Ioniseeriv kiirgus

Allikas: Vikipeedia

Ioniseeriv kiirgus koosneb osakestest või lainetest, millel on piisavalt energiat, et rebida ära vähemalt üks elektron aatomi elektronkattest (s.t. ioniseerida aatom). Osakeste voo või laine ioniseerimisvõime ei sõltu osakeste arvust, vaid iga konkreetse osakese ioniseerimisvõimest (energiast).

Radioaktiivne kiirgus on ioniseeriv kiirgus. Sõltuvalt kiirguse tüübist teeb ta seda otseselt (alfa-, beeta- ja gammakiirgus) või kaudselt (neutronkiirgus). Ka röntgenkiirgus on ioniseeriv kiirgus, kuid selle energia (ja seega ka ioniseerimisvõime) on gammakiirgusest väiksem. Ultraviolettkiirgus ja nähtav valgus ioniseerivad vaid väheseid aineid, mille välise elektronkihi elektroni seoseenergia on piisavalt väike. Seda nähtust nimetatakse ka fotoionisatsiooniks.

Ioniseerivat kiirgust kasutatakse paljudes valdkondades (meditsiin, teaduslik uurimistöö, ehitus, tööstuslik tootmine jne.), kuid selle väärkasutus võib põhjustada tõsiseid tervisekahjustusi. Elusaine kudede ionisatsioon lõhub rakke ja kahjustab DNAd. Suured ioniseeriva kiirguse doosid võivad põhjustada mutatsioone või vähki.

Ioniseeriva kiirguse tüübid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ioniseeriv kiirgus tekib radioaktiivsel lagunemisel ja tuumareaktsioonides. Samuti on võimalik kuumutada soojuskiirgust kiirgavat keha piisavalt kuumaks, et selle musta keha kiirgus muutub ioniseerimisvõimeliseks. Ka elementaarosakeste kiirendi tekitatud osakeste voog on ioniseeriv kiirgus.

Selleks, et osake oleks ioniseerimisvõimeline, peab tal olema piisavalt energiat ja ta peab mõjutama sihtmärgi aine aatomeid. Sõltuvalt mõjust jagatakse ioniseeriv kiirgus otseselt ioniseerivaks kiirguseks ja kaudselt ioniseerivaks kiirguseks. Footonid (alates kõrge energiaga ultraviolettkiirgusest), mõjutavad nii aatomituuma kui ka aatomi elektronkatte elektrone, põhjustades otseselt aatomi ioniseerumist. Samuti on otseselt ioniseerivad kõik laetud osakesed (näiteks alfa- ja beetaosakesed). Neutraalsed osakesed (näiteks neutron) on kaudselt ioniseeriva toimega. Nende ioniseeriv mõju avaldub alles peale nende neeldumist sihtmärgi aine tuumas.

Alfakiirgus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis alfakiirgus

Alfakiirgus koosneb rasketest ja suure positiivse laenguga alfaosakestest. Alfaosakesed on väga tugeva ioniseeriva toimega. Möödudes sihtmärgi aatomitest pidurduvad alfaosakesed aatomi elektronkatte elektriväljas andes osa oma liikumise energiast üle elektronidele. Kui seda energiat on piisavalt (üle elektroni seoseenergia), siis rebitakse elektron aatomi elektronkattest välja ja see muutub vabaks elektroniks. Tavaliselt on alfaosakesel piisavalt energiat, et tekitada oma liikumisteel terve kaskaad vabu elektrone, milledest mõnigatele ule antud energia on piisav, et põhjustada veel täiendavat ionisatsiooni.

Kuna alfakiirgus ioniseerib "kohe ja kõike" alates kiirgumise hetkest, siis on alfakiirguse varjestamine lihtne. Tavaliselt piisab selleks õhukesest paberilehest. Alfakiirgust kiirgav objekt ei ole inimesele ohtlik, kuna alfakiirgus neeldub täielikult juba paarisentimeetrises õhukihis. Alfakiirgus on ohtlik ainult kiirgava ainega vahetu kokkupuute korral (näiteks allaneelamisel või sissehingamisel).

Beetakiirgus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Beetakiirgus

Sarnaselt alfakiirgusele põhjustab beetakiirgus samuti ionisatsiooni tänu kiirete elektronide pidurdumisele aatomi elektronkatte elektriväljas. Tulenevalt beetaosakeste väiksemale massile, suuremale kiirusele ja väiksemale laengule, suudavad beetaosakesed tungida sügavamale ioniseeritava aine sisse. Suure energiaga beetaosakesed tekitavad oma teel samuti terve kaskaadi vabu elektrone, mis võivad samuti olla ioniseeriva toimega.

Lisaks aatomite ioniseerimisele võib elektron aatomi (või aatomituuma) elektromagnetväljas pidurdudes või suunda muutes kiirata elektromagnetkiirgust. Sellisel moel tekib nn. pidurduskiirgus (ehk bremsstrahlung).

Beetakiirgus on alfakiirgusest ohtlikum, kuid siiski võrreldes gammakiirgusega siiski suhteliselt väheohtlik. Beetakiirguse varjestamiseks piisab õhukesest metall-lehest või paarikümnesentimeetrisest õhukihist kiirgava objekti ja inimese vahel.

Gamma- ja röntgenkiirgus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Gammakiirgus
Next.svg Pikemalt artiklis Röntgenkiirgus

Nii gamma- kui röntgenkiirgus on elektromagnetiline kiirgus, mis erineb kiirguse allika poolest. Gammakiirgus pärineb ergastatud aatomituumadest ja röntgenkiirgus ergastatud aatomitest (elektronidest). Reeglina on gammakiirgus röntgenkiirgusest tugevam (suurema energiaga), kuid röntgenkiirguse spektri ülemine ots kattub gammakiirguse spektri alumise otsaga. Ka ultraviolettkiirguse spektri ülemine ots on sarnaselt röntgenkiirgusele ioniseeriva toimega. Elektromagnetkiirgus põhjustab ionisatsiooni kolmel erineval moel:

  • fotoelektriline efekt tekib siis, kui aatom (või aatomi tuum) neelab footoni ja läheb ergastatud olekusse. Kui aatomi poolt saadud lisaenergia ületab aatomi väliskihi elektroni seoseenergia, siis võib aatom selle elektroni kaotada. Kui aatom elektroni ei kaota, siis peab ta põhiolekusse naasmiseks üleliigse energia taas footonina ära kiirgama, kusjuures kiiratud footon on endiselt ioniseerimisvõimeline põhjustades mõne järgmise aatomi ioniseerumise.
  • Comptoni hajumine tekib siis, kui elektron footonit ei neela, vaid footon hajub elektronilt. Sellisel juhul annab footon osa oma energiast üle elektronile, mis võib muutuda vabaks elektroniks. Footoni enda energia väheneb (lainepikkus suureneb). Sõltuvalt hajunud footonile jäänud energiast võib ta endiselt olla ioniseerimisvõimeline.
  • elektron-positron paar tekib siis kui footoni energia on piisavalt suur paari vaakumist välja löömiseks. Kui footoni energia oli suurem kui paari tekkeks vajalik, siis võib tekkinud elektron omada ise piisavalt energiat, et ioniseerida aatomeid. Positron annihileerub mõne aatomi elektroniga ning ioniseerib sellega aatomi. Lisaks tekib uus footon, mis on omakorda ioniseerimisvõimeline.

Elektromagnetkiirgus (erinevalt alfa- või beetakiirgusest) ei ioniseeri kõiki aatomeid oma teel. Seega suudab elektromagnetkiirgus tungida oluliselt sügavamale aine sisse (sellele aitab kaasa ka footonite neeldumiste-kiirgumiste jada, ehk teisene kiirgus). Seetõttu on elektromagnetkiirgus palju suurema läbimisvõimega. Mida suurema energiaga on elektromagnetkiirgus, seda paksemat ja suurema tihedusega ainest varjestust on vaja (näiteks gammakiirguse peatamiseks on vaja paksu pliikihti). Inimesele on gammakiirgus väga ohtlik põhjustades kiirgustõbe ja surma.

Neutronkiirgus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Neutronkiirgus

Neutronkiirgus on kaudselt ioniseeriv kiirgus. Neutronid neutraalse osakesena ei saa ise otseselt mõjutada elektrone aatomi elektronkattest lahkuma. Neutronite ioniseeriv toime avaldub alles peale nende kokkupõrget mõne ioniseeritava aine aatomituumaga. Näiteks kiire neutroni põrge vesiniku aatomi tuumaga võib (sarnaselt piljardipallidele) lüüa prootoni tuumast minema (st. purustada vesiniku aatomi). Selle tulemusena neutron aeglustub ja tekib kiiresti liikuv vaba prooton, mis ioniseerib oma liikumise teel teisi aatomeid.

Kui neutron neeldub aatomituumas, siis läheb tuum ergastatud olekusse ja muutub radioaktiivseks. Kui neutroni lisandumise järel tekkis stabiilne sihtmärgi aine isotoop, siis tekitab neutroni neeldumine ainult gammakiirgust (ergastatud tuum kiirgab gammakvandi, et naasta põhiolekusse). Kui tekkinud isotoop on radioaktiivne, siis võib selle tuuma lagunemisel lisaks gammakiirgusele tekkida ka alfa- või beetakiirgust.

Kuna neutraalne neutron reageerib ainult sihtmärgi aine aatomituumadega, siis võib ta läbida aines pika vahemaa enne tuumaga kokku põrkamist. Seetõttu on neutronkiirguse läbimisvõime kõigist ioniseeriva kiirguse liikidest kõige suurem. Võttes arvesse, et neutroni kokkupõrge sihtmärgi aatomi tuumaga tekitab suurtest kogustest teisest ioniseerivat kiirgust, siis on neutronkiirgus konkurentsitult kõige ohtlikum ioniseeriva kiirguse tüüp (Neutronkiirgus on kuni kümme korda gammakiirgusest ohtlikum).

Neutronkiirguse varjestamiseks sobivad ohtralt vesiniku aatomeid sisaldavad ained (vesi, betoon jms), milles kiired neutronid aeglustuvad ja muutuvad tuumade jaoks hõlpsamalt neelatavateks. Samas peab neutronkiirguse varjestamiseks kasutatav veekiht olema piisavalt paks ning ümbritsetud teisest gammakiirgust varjestava pliikestaga. Inimesele on neutronkiirgus ohtlik ka tema poolt tekitatud jääkradioaktiivsuse tõttu. See tähendab, et neutronkiirguse kahjulik mõju läbi radioaktiivseteks muutunud aatomite lagunemise kestab ka peale neutronkiirguse lõppu.

Ioniseeriva kiirguse kasutamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ioniseerivat kiirgust kasutatakse laialdaselt meditsiinis, tööstuses, teadusuuringutel ja mujal. Mõõtes ioniseeriva kiirguse materjalis neeldumist on võimalik hinnata materjali paksust ja kvaliteeti. Seda meetodit kasutatakse näiteks paberi tootmisel liinilt tuleva paberilehe paksuse kontrollimiseks või mikropragude otsimiseks detaili sisemuses. Ioniseeriva kiirguse võimet muuta erinevate gaaside elektrijuhtivust kasutatakse näiteks suitsuandurites. Mõõtes ioniseeritud õhku läbiva elektrivoolu tugevust on võimalik tuvastada õhu koostise muutust (ioniseeritud suitsuse õhu elektritakistus suureneb võrreldes puhta ioniseeritud õhu elektritakistusega).

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]