Негативні фактори та їх вплив на людину

За своєю фізичною природою бета-частинки не відрізняються від електронів, що знаходяться на оболонках атомів та їх античастинок — позитронів. Маса бета-частинок, як і електронів у стані спокою, становить 1/1840 маси ядра водню. Бета-частинки, подібно до електронів і позитронів, мають елементарний негативний або позитивний заряди. Вони виникають в ядрах атомів у процесі радіоактивного розпаду й негайно з них випромінюються. Так розпадається радіоактивний фосфор, перетворюючись на сірку. Цю реакцію можна записати:

 ,

(число ліворуч знизу — атомний, чи порядковий, номер у таблиці періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва, число ліворуч зверху — масове число, тобто атомна маса. Бета-частинки, що вилітають з ядер атомів, мають різну швидкість. Однак максимальна їх швидкість для конкретного виду радіоактивних атомів — величина цілком визначена. Наприклад, для радіоактивного фосфору   вона не набагато менша за швидкість світла. Енергія надшвидких бета-частинок   дорівнює 1,7 МеВ. Середня енергія бета-частинок   дорівнює одній третині цієї величини. Втрата ядром бета-частинки, що несе елементарний негативний заряд, зумовлює перетворення радіоактивного атома на атом іншого елемента, що стоїть в періодичній системі Менделєєва праворуч (зрушення праворуч). Виліт позитрона супроводжується зрушенням ліворуч, тобто перетворенням на атом елемента, що має на одиницю менший атомний номер, ніж у первинного радіоактивного атома.

Бета-частинки (електрони, позитрони), на відміну від електромагнітного випромінювання (рентгенівських і гамма-променів), відхиляються від свого шляху в електричному й магнітному полях.

До важких ядерних часток належать альфа-частинки. Загалом альфа-частинка в 7300 разів важча за бета-частинку. За своєю фізичною природою альфа-частинки — це ядра атомів гелію з атомною масою 4,003  . Альфа-частинка несе два елементарних позитивних електричних заряди. Ці частинки випромінюються під час радіоактивного розпаду деяких важких хімічних елементів. Так розпадається, наприклад, радій:

 .

Швидкість альфа-частинок, що випромінюються радієм, дорівнює приблизно 17 000 км/с. У результаті вилітання альфа-частинки атомний номер зменшується на дві одиниці, а атомна маса — на чотири.

Альфа-частинки становлять близько 6 % загальної кількості іонізуючих частинок у космічних променях поблизу поверхні Землі.

Відомо близько 30 різних природних радіоактивних речовин, під час розпаду яких утворюються альфа-частинки. Нині вчені штучно отримали ряд нових альфа-випромінювачів, яких немає в природі. Це так звані трансуранові елементи з атомним номером понад 92 (93—109).

Іншими важкими ядерними частинками є протони й дейтрони. Протони й дейтрони — це ядра легкого та важкого водню з одним елементарним позитивним зарядом. Маса протона майже в чотири рази, а дейтрона в два рази менша за масу альфа-частинки. Під час деяких ядерних реакцій протони випромінюються з атомних ядер. Маючи колосальну енергію, протони потрапляють на Землю зі світового простору в складі космічних променів. Вони переважають над іншими частинками у внутрішньому радіаційному поясі Землі (600—1000 км і вище й у місцях магнітних аномалій нижче 600 км).

У результаті ядерних реакцій під час поглинання енергії протонів в атмосфері виникає радіоактивний вуглець  .

До іонізуючого випромінювання належать і нейтральні частинки, що не несуть електричного заряду, — нейтрони. Вони вилітають з ядер атомів під час деяких ядерних реакцій, зокрема реакцій ділення ядер урану та плутонію. Маса нейтрона майже дорівнює масі протона. Нейтрони характеризуються різною швидкістю. Швидкі нейтрони мають енергію порядку 1 МеВ і вище, повільні — від одиниць до кількох електрон-вольт. Розрізняють також нейтрони проміжної енергії.

Ядра елементів, важчих за водень і гелій, прискорених до великих швидкостей, також належать до іонізуючого випромінювання. Вплив важких іонів на живі організми вивчений недостатньо, але майбутнім космонавтам доведеться зважувати на те, що такі частинки є поза земною атмосферою в складі первинного космічного випромінювання. Ядра важчих за гелій елементів становлять на Землі близько 1 % усієї кількості частинок у космічних променях, що мають галактичне походження. 

Ефект іонізації. Швидко рухаючись й поширюючись у будь-якому середовищі, ядерні частинки будуть зіштовхуватися (взаємодіяти) з молекулами й атомами речовини, втрачуючи при цьому свою енергію.

Механізм поглинання енергії різного за своєю фізичною природою випромінювання (рентгенівських і гамма-квантів, заряджених частинок, нейтронів) неоднаковий, але, зрештою, він зводиться до виникнення іонів і збуджених атомів і молекул. Ефект іонізації, властивий усім цим випромінюванням, дає змогу віднести їх до однієї категорії — іонізуючих променів.

Ефект іонізації полягає в тому, що заряджена частинка електрично взаємодіє з електроном на зовнішній оболонці атома чи молекули речовини, через яку вона пролітає. Це спричиняє розрив зв'язку цього електрона з відповідним атомом або молекулою, унаслідок чого останні стають позитивно зарядженими іонами. Позитивний іон разом з електроном, що відірвався, утворює пару іонів. Електрон, зірваний з оболонки атома під час первинного зіткнення з іонізуючою частинкою, може, своєю чергою, іонізувати молекули й атоми середовища, що зустрічаються на його шляху, поки не вичерпає свою кінетичну енергію й не приєднається до нейтральної молекули з утворенням негативного іона. На утворення пари іонів витрачається тільки частина енергії іонізуючої частинки. Повна ж передача її енергії супроводжується утворенням у поглинаючому середовищі багатьох пар іонів. На кожну пару іонів виникають, крім того, два-три збуджених атома чи молекули. Перескакування електрона з найближчої до ядра атома оболонки на дальшу (на що також витрачається енергія) «збуджує»