Феномен радиоактивности

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 29 Декабря 2011 в 23:01, реферат

Краткое описание

В настоящее время известно много процессов самопроизвольного превращения ядер. Эти процессы называются радиоактивными, т.к. они протекают по законам радиоактивного распада. Свойства атомов испускать излучение впервые обнаружил французский физик А.Беккерель, а его соотечественники Пьер и Мария Кюри назвали это явление радиоактивностью. Впервые радиоактивное излучение было проанализировано при помощи опытов по отклонению его в электрическом и магнитном полях и по поглощению в веществе.

Содержимое работы - 1 файл

3.Радиоактивность.docx

— 46.29 Кб (Скачать файл)

     ИОНИЗИРУЮЩИЕ  ИЗЛУЧЕНИЯ

Феномен радиоактивности 

     В настоящее время известно много  процессов самопроизвольного превращения ядер. Эти процессы называются радиоактивными, т.к. они протекают по законам радиоактивного распада. Свойства атомов испускать излучение впервые обнаружил французский физик А.Беккерель, а его соотечественники Пьер и Мария Кюри назвали это явление радиоактивностью. Впервые радиоактивное излучение было проанализировано при помощи опытов по отклонению его в электрическом и магнитном полях и по поглощению в веществе.

     В результате этих опытов было установлено, что естественные радиоактивные вещества испускают три вида лучей:

    • a-лучи - тяжелые, положительно заряженные частицы, движущиеся со скоростью около 107 м/с и поглощающиеся алюминиевой фольгой толщиной несколько микрон. Впоследствии методом спектрального анализа было показано, что этими частицами являются ядра гелия (42He);
    • b-лучи - легкие, отрицательно заряженные частицы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, и поглощаемые слоем алюминия в среднем 1мм. Этими частицами оказались электроны;
    • g-лучи - сильно проникающее излучение, не отклоняющееся ни в электрическом, ни в магнитном полях. Природа этих лучей - жесткое электромагнитное излучение, имеющее еще более короткую волну, чем рентгеновское излучение.

     Единицами измерения количества радиоактивных  веществ является кюри (Ки) и беккерель (Бк). Численному значению активности 1 Ки приблизительно соответствует активность 1г радия с продуктами его распада. За единицу 1 Бк принят 1 распад в 1 секунду.

     1 Ки » 37 млрд. расп. в 1с » 3.7×1010 Бк

     1Бк = 1 расп./с = 0.27×10-11Ки.

     Ядра, имеющие избыток нейтронов, испускают b-частицы. Этот тип радиоактивности относится к b-распаду. В процессе b-распада нейтрон, испуская электрон е- и антинейтрино n, превращается в протон: n® p+b+n.

     Порядковый  номер изотопа увеличивается  на единицу, а отношение N/Z ядра уменьшается.

     a-распад характерен для тяжелых ядер с Z ³83. Порядковый номер изотопа уменьшается сразу на две единицы, а массовое число - на четыре.

     В результате всех видов радиоактивных  превращений количество ядер данного  изотопа постепенно уменьшается. Радионуклиды, имеющие малый период полураспада называются короткоживущими, а радионуклиды с большим периодом полураспада - долгоживущими (уран, торий, полоний). Искусственные могут быть как короткоживущими (T1/2 - от нескольких секунд до нескольких дней), так и долгоживущими (несколько десятков лет). 

     Естественные  и искусственные  источники 

     ионизирующих  излучений

     Естественными радиоактивными веществами называют радионуклиды, распространенные в природной среде. Такие естественные радиоактивные  элементы, как уран и торий очень широко распространены в природе. Периоды полураспада природных изотопов столь велики, что они сохранились в земной коре с момента ее образования. Изотопы урана и тория являются родоначальниками трёх рядов (семейств) радиоактивных элементов. Все остальные естественные радиоактивные элементы встречаются в природе как продукты радиоактивного распада урана и тория.

     В результате процессов разрушения горных пород, их выветривания, происходит миграция радиоактивных элементов и нарушается радиоактивное равновесие. Радиоактивные  элементы, отделенные от материнского радионуклида - урана или тория, постепенно распадаются.

     Долгоживущие  радиоактивные элементы образуют вторичные  отложения, например, черные глины и водные источники, содержащие радий.

     Кроме урана, тория и продуктов их распада  в природе найдены изотопы  таких химических элементов как  калий, кальций, рубидий, олово и  др. Т.е. многие химические элементы обладают естественной радиоактивностью. Среднее содержание естественных радиоактивных элементов в земной коре составляю около 0.1% по весу. Поэтому в растениях и животных наряду с большим содержанием урана, тория, радия и продуктов их распада содержатся радиоактивные изотопы других химических элементов, например, 40Ка.

     В атмосфере Земли в больших  количествах образуется радиоактивный  углерод. В результате воздействия  космический лучей на компоненты газовой смеси атмосферы - азот и  кислород - происходит расщепление  ядер атомов этих элементов и появляются быстрые нейтроны. Нейтроны действуют  на ядра атомов азота, при этом происходит образование радиоактивного изотопа углерода: 14C.

     Получившиеся  атомы отдачи 14С взаимодействуют с кислородом, образуя диоксид углерода, содержащий радиоактивный углерод.

     Интенсивность космического излучения, очевидно, не менялось в течение веков. Поэтому  в атмосфере Земли непрерывно с одинаковой скоростью образуется диоксид углерода и его распад. Вследствие этого в атмосфере всегда содержится определенная доля радиоактивного диоксида углерода, который ассимилируется растениями, благодаря чему в тканях живых растений содержание радиоактивного углерода постоянно.

     В организме животных он содержится также, т.к. попадает в них при употреблении растительной пищи. Взаимодействие ядер азота с нейтронами, порожденными космическим излучением, приводит также к образованию радиоактивного изотопа водорода - трития 3H.

     Тритий попадая в воду, также, как и радиоактивный углерод, поглощается растениями и животными.

     Помимо  образования продуктов деления  урана и плутония, при взрыве атомной  и водородной бомб выделяется большое  число нейтронов. Они действуют на окружающую среду и образуют искусственные радиоактивные изотопы. Радиоактивные продукты ядерных взрывов поднимаются в стратосферу, а затем в течение нескольких лет оседают на земную поверхность.

     Затем радиоактивные продукты ядерных  взрывов концентрируются в сельскохозяйственных продуктах, например, в сене, зерне  и других, а попадая в воду, накапливаются в телах рыб. Из растительных продуктов они переходят в организм животных, оттуда - в тело человека.

     Кроме того, радиоактивные вещества поступают  в окружающую среду также при  выбросах теплоэлектростанций, работающих на угле и нефти, причём эти выбросы превышаю выбросы АЭС, работающей в безаварийном режиме.  

     Взаимодействие  ионизирующих излучений  с веществом

     Проблема  радиационной безопасности тесно связаны  с процессами взаимодействия различных видов излучения с веществом, включая биологическую ткань.

     Корпускулярные  частицы ядерного происхождения (a-частицы, b-частицы, нейтроны, протоны и т.д.), а также фотонное излучение (g-кванты, рентгеновское и тормозное излучение) обладают значительной кинетической энергией. Взаимодействуя с веществом, они теряют эту энергию в основном в результате упругих взаимодействий с ядрами атомов или электронами, отдавая им всю или часть своей энергии на возбуждение атомов, а также на ионизацию атомов или молекул среды (т.е. отрыв одного или более электронов от атомов).

     Заряженные  частицы способны ионизировать среду  за счет взаимодействия с электрическим полем атома. Попадая в зону действия электрического поля, положительно заряженные частицы тормозятся и отклоняются от направления своего движения, испуская при этом тормозное излучение - одну из разновидностей фотонного излучения.

     При взаимодействии излучений с веществами происходят все три вида последствий  этого взаимодействия: упругое соударение, возбуждение и ионизация. Процесс ионизации является наиболее важным эффектом, на котором построены почти все методы дозиметрии и ядерных излучений. В процессе ионизации образуются две заряженные частицы: положительный ион и свободный электрон.

     В радиационной безопасности используется специальная величина, характеризующая  количество энергии, потерянное частицей в веществе. Это - тормозная способность вещества. Она тем выше, чем больше концентрация электронов в атомах среды. Чем больше тормозная способность частицы, тем меньше ее пробег в веществе, тем большее количество ионов она образует на единице своего пути.

     В дозиметрии ионизирующих излучений широко используется величина - линейная тормозная способность вещества, т.е. доля, потерянная частицей или фотоном, энергии на единицу пути частицы вдоль ее траектории или линейная передача энергии (ЛПЭ). В практике дозиметрии ионизирующий излучений используют как абсолютную тормозную способность вещества, так и относительную, т.е. тормозную способность одного вещества относительно другого. Очень важной в дозиметрии ионизирующих излучений величиной, связанной с относительной величиной тормозной способности вещества, является относительная биологическая эффективность излучения (ОБ) или коэффициент качества (КК) излучения.

     Взаимодействие a-частиц с веществом.

     a-частицы - это поток ядер гелия, состоящих из двух нейтронов и двух протонов. Источниками a-частиц являются главным образом тяжелые ядра радиоактивных элементов, расположенных в таблице Менделеева после Po.

     Энергия a-частиц, испускаемая известными в настоящее время радионуклидами, составляет 4-9 МэВ, скорость примерно 20000 км/с. Длина пробега a-частицы определяется ее энергией. Так пробег a-частиц достигает в воздухе 8-9 см, а в мягкой биологической ткани - нескольких десятков микрон. Траектории a-частиц в веществе представляют прямые линии.

     Взаимодействие b-излучения с веществами

     Прохождение b частиц (электронов) через вещество сопровождается упругими и неупругими соударениями с ядрами и электронами тормозящей среды. Упругое рассеяние электронов на ядрах более вероятно и осуществляется при относительно низких энергиях электронов Ек<0.5 МэВ.

     Интенсивность пучка электронов уменьшается почти  экспоненциально с ростом толщины поглощающего слоя, а пробег электронов примерно в тысячу раз больше пробега a-частиц в веществе.

     Взаимодействие g-излучений с веществом

     Большинство естественных и искусственных изотопов испускают g-кванты, энергия которых лежит в интервале 0.01-10 МэВ. Взаимодействие g-излучения с веществом характеризуется тем, что каждый фотон выбывает из падающего пучка в результате одиночного акта. Число выбывших из пучка фотонов пропорционально пройденной толщине вещества и числу падающих фотонов.  

     Действие  ионизирующих излучений  на организм человека

     При взаимодействии ионизирующего излучения с биологической тканью, составляющей организм человека, происходит множество специфических процессов, изучение которых необходимо для оценки влияния радиации на состояние здоровья человека.

     В зависимости от того, расположен ли источник излучения вне или внутри организма, различают внешнее или внутреннее облучение. Внешнее облучение организма создают природные космические лучи, продукты распада радона, излучение природных или искусственных излучателей, находящихся в в земле, стенах помещения, или используемые в медицинских целях рентгеновские аппараты.

     Наибольшую  опасность при внешнем облучении  представляют излучения, обладающие высокой проникающей способностью, т.е. сравнительно легко преодолевающие внешние препятствия на своем пути. Внешнему облучению может подвергаться весь организм (общее облучение) или отдельные органы организма - клетки, руки, ноги, голова (локальное облучение).

Информация о работе Феномен радиоактивности