Виды радиоактивных излучений

Содержание

Виды радиоактивных излучений

Навигация по статье:

  • Альфа излучение
  • Нейтронное излучение
  • Бета излучение
  • Гамма излучение
  • Рентгеновское излучение
  • Сравнительная таблица видов радиации
  • Видео о радиации и ее видах

Радиация и виды радиоактивных излучений, состав радиоактивного (ионизирующего) излучения и его основные характеристики. Действие радиации на вещество.

Что такое радиация

Для начала дадим определение, что такое радиация:

В процессе распада вещества или его синтеза происходит выброс элементов атома (протонов, нейтронов, электронов, фотонов), иначе можно сказать происходит излучение этих элементов. Подобное излучение называют — ионизирующее излучение или что чаще встречается радиоактивное излучение, или еще проще радиация. К ионизирующим излучениям относится так же рентгеновское и гамма излучение.

Радиация — это процесс излучения веществом заряженных элементарных частиц, в виде электронов, протонов, нейтронов, атомов гелия или фотонов и мюонов. От того, какой элемент излучается, зависит вид радиации.

Ионизация — это процесс образования положительно или отрицательно заряженных ионов или свободных электронов из нейтрально заряженных атомов или молекул.

Радиоактивное (ионизирующее) излучение можно разделить на несколько типов, в зависимости от вида элементов из которого оно состоит. Разные виды излучения вызваны различными микрочастицами и поэтому обладают разным энергетическим воздействие на вещество, разной способностью проникать сквозь него и как следствие различным биологическим действием радиации.

Виды радиации

Альфа, бета и нейтронное излучение — это излучения, состоящие из различных частиц атомов.

Гамма и рентгеновское излучение — это излучение энергии.

Альфа излучение

  • излучаются: два протона и два нейтрона
  • проникающая способность: низкая
  • облучение от источника: до 10 см
  • скорость излучения: 20 000 км/с
  • ионизация: 30 000 пар ионов на 1 см пробега
  • биологическое действие радиации: высокое

Альфа (α) излучение возникает при распаде нестабильных изотопов элементов.

Альфа излучение — это излучение тяжелых, положительно заряженных альфа частиц, которыми являются ядра атомов гелия (два нейтрона и два протона). Альфа частицы излучаются при распаде более сложных ядер, например, при распаде атомов урана, радия, тория.

Альфа частицы обладают большой массой и излучаются с относительно невысокой скоростью в среднем 20 тыс. км/с, что примерно в 15 раз меньше скорости света. Поскольку альфа частицы очень тяжелые, то при контакте с веществом, частицы сталкиваются с молекулами этого вещества, начинают с ними взаимодействовать, теряя свою энергию и поэтому проникающая способность данных частиц не велика и их способен задержать даже простой лист бумаги.

Однако альфа частицы несут в себе большую энергию и при взаимодействии с веществом вызывают его значительную ионизацию. А в клетках живого организма, помимо ионизации, альфа излучение разрушает ткани, приводя к различным повреждениям живых клеток.

Из всех видов радиационного излучения, альфа излучение обладает наименьшей проникающей способностью, но последствия облучения живых тканей данным видом радиации наиболее тяжелые и значительные по сравнению с другими видами излучения.

Облучение радиацией в виде альфа излучения может произойти при попадании радиоактивных элементов внутрь организма, например, с воздухом, водой или пищей, а также через порезы или ранения. Попадая в организм, данные радиоактивные элементы разносятся током крови по организму, накапливаются в тканях и органах, оказывая на них мощное энергетическое воздействие. Поскольку некоторые виды радиоактивных изотопов, излучающих альфа радиацию, имеют продолжительный срок жизни, то попадая внутрь организма, они способны вызвать в клетках серьезные изменения и привести к перерождению тканей и мутациям.

Радиоактивные изотопы фактически не выводятся с организма самостоятельно, поэтому попадая внутрь организма, они будут облучать ткани изнутри на протяжении многих лет, пока не приведут к серьезным изменениям. Организм человека не способен нейтрализовать, переработать, усвоить или утилизировать, большинство радиоактивных изотопов, попавших внутрь организма.

Нейтронное излучение

  • излучаются: нейтроны
  • проникающая способность: высокая
  • облучение от источника: километры
  • скорость излучения: 40 000 км/с
  • ионизация: от 3000 до 5000 пар ионов на 1 см пробега
  • биологическое действие радиации: высокое

Нейтронное излучение — это техногенное излучение, возникающие в различных ядерных реакторах и при атомных взрывах. Также нейтронная радиация излучается звездами, в которых идут активные термоядерные реакции.

Не обладая зарядом, нейтронное излучение сталкиваясь с веществом, слабо взаимодействует с элементами атомов на атомном уровне, поэтому обладает высокой проникающей способностью. Остановить нейтронное излучение можно с помощью материалов с высоким содержанием водорода, например, емкостью с водой. Так же нейтронное излучение плохо проникает через полиэтилен.

Нейтронное излучение при прохождении через биологические ткани, причиняет клеткам серьезный ущерб, так как обладает значительной массой и более высокой скоростью чем альфа излучение.

Бета излучение

  • излучаются: электроны или позитроны
  • проникающая способность: средняя
  • облучение от источника: до 20 м
  • скорость излучения: 300 000 км/с
  • ионизация: от 40 до 150 пар ионов на 1 см пробега
  • биологическое действие радиации: среднее

Бета (β) излучение возникает при превращении одного элемента в другой, при этом процессы происходят в самом ядре атома вещества с изменением свойств протонов и нейтронов.

При бета излучении, происходит превращение нейтрона в протон или протона в нейтрон, при этом превращении происходит излучение электрона или позитрона (античастица электрона), в зависимости от вида превращения. Скорость излучаемых элементов приближается к скорости света и примерно равна 300 000 км/с. Излучаемые при этом элементы называются бета частицы.

Имея изначально высокую скорость излучения и малые размеры излучаемых элементов, бета излучение обладает более высокой проникающей способностью чем альфа излучение, но обладает в сотни раз меньшей способность ионизировать вещество по сравнению с альфа излучением.

Бета радиация с легкостью проникает сквозь одежду и частично сквозь живые ткани, но при прохождении через более плотные структуры вещества, например, через металл, начинает с ним более интенсивно взаимодействовать и теряет большую часть своей энергии передавая ее элементам вещества. Металлический лист в несколько миллиметров может полностью остановить бета излучение.

Если альфа радиация представляет опасность только при непосредственном контакте с радиоактивным изотопом, то бета излучение в зависимости от его интенсивности, уже может нанести существенный вред живому организму на расстоянии несколько десятков метров от источника радиации.

Если радиоактивный изотоп, излучающий бета излучение попадает внутрь живого организма, он накапливается в тканях и органах, оказывая на них энергетическое воздействие, приводя к изменениям в структуре тканей и со временем вызывая существенные повреждения.

Некоторые радиоактивные изотопы с бета излучением имеют длительный период распада, то есть попадая в организм, они будут облучать его годами, пока не приведут к перерождению тканей и как следствие к раку.

Гамма излучение

  • излучаются: энергия в виде фотонов
  • проникающая способность: высокая
  • облучение от источника: до сотен метров
  • скорость излучения: 300 000 км/с
  • ионизация: от 3 до 5 пар ионов на 1 см пробега
  • биологическое действие радиации: низкое

Гамма (γ) излучение — это энергетическое электромагнитное излучение в виде фотонов.

Гамма радиация сопровождает процесс распада атомов вещества и проявляется в виде излучаемой электромагнитной энергии в виде фотонов, высвобождающихся при изменении энергетического состояния ядра атома. Гамма лучи излучаются ядром со скоростью света.

Когда происходит радиоактивный распад атома, то из одних веществ образовываются другие. Атом вновь образованных веществ находятся в энергетически нестабильном (возбужденном) состоянии. Воздействую друг на друга, нейтроны и протоны в ядре приходят к состоянию, когда силы взаимодействия уравновешиваются, а излишки энергии выбрасываются атомом в виде гамма излучения

Гамма излучение обладает высокой проникающей способностью и с легкостью проникает сквозь одежду, живые ткани, немного сложнее через плотные структуры вещества типа металла. Чтобы остановить гамма излучение потребуется значительная толщина стали или бетона. Но при этом гамма излучение в сто раз слабее оказывает действие на вещество чем бета излучение и десятки тысяч раз слабее чем альфа излучение.

Основная опасность гамма излучения — это его способность преодолевать значительные расстояния и оказывать воздействие на живые организмы за несколько сотен метров от источника гамма излучения.

Рентгеновское излучение

  • излучаются: энергия в виде фотонов
  • проникающая способность:высокая
  • облучение от источника: до сотен метров
  • скорость излучения: 300 000 км/с
  • ионизация: от 3 до 5 пар ионов на 1 см пробега
  • биологическое действие радиации: низкое

Рентгеновское излучение — это энергетическое электромагнитное излучение в виде фотонов, возникающие при переходе электрона внутри атома с одной орбиты на другую.

Рентгеновское излучение сходно по действию с гамма излучением, но обладает меньшей проникающей способностью, потому что имеет большую длину волны.

Рассмотрев различные виды радиоактивного излучения, видно, что понятие радиация включает в себя совершенно различные виды излучения, которые оказывают разное воздействие на вещество и живые ткани, от прямой бомбардировки элементарными частицами (альфа, бета и нейтронное излучение) до энергетического воздействия в виде гамма и рентгеновского излечения.

Каждое из рассмотренных излучений опасно!

Сравнительная таблица с характеристиками различных видов радиации

характеристика Вид радиации
Альфа излучение Нейтронное излучение Бета излучение Гамма излучение Рентгеновское излучение
излучаются два протона и два нейтрона нейтроны электроны или позитроны энергия в виде фотонов энергия в виде фотонов
проникающая способность низкая высокая средняя высокая высокая
облучение от источника до 10 см километры до 20 м сотни метров сотни метров
скорость излучения 20 000 км/с 40 000 км/с 300 000 км/с 300 000 км/с 300 000 км/с
ионизация, пар на 1 см пробега 30 000 от 3000 до 5000 от 40 до 150 от 3 до 5 от 3 до 5
биологическое действие радиации высокое высокое среднее низкое низкое

Как видно из таблицы, в зависимости от вида радиации, излучение при одной и той же интенсивности, например в 0.1 Рентген, будет оказать разное разрушающее действие на клетки живого организма. Для учета этого различия, был введен коэффициент k, отражающий степень воздействия радиоактивного излучения на живые объекты.

Коэффициент k
Вид излучения и диапазон энергий Весовой множитель
Фотоны всех энергий (гамма излучение) 1
Электроны и мюоны всех энергий (бета излучение) 1
Нейтроны с энергией < 10 КэВ (нейтронное излучение) 5
Нейтроны от 10 до 100 КэВ (нейтронное излучение) 10
Нейтроны от 100 КэВ до 2 МэВ (нейтронное излучение) 20
Нейтроны от 2 МэВ до 20 МэВ (нейтронное излучение) 10
Нейтроны > 20 МэВ (нейтронное излучение) 5
Протоны с энергий > 2 МэВ (кроме протонов отдачи) 5
Альфа-частицы, осколки деления и другие тяжелые ядра (альфа излучение) 20

Чем выше «коэффициент k» тем опаснее действие определенного вида радиции для тканей живого организма.

Вопрос. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и их свойства.

⇐ ПредыдущаяСтр 22 из 41

Нестабильность атомов была открыта в конце 19-го века. Спустя 46 лет был построен первый ядерный реактор.

Радиоактивностьюназывается способность нестабильных ядер превращаться в другие ядра при этом процесс превращения сопровождается испусканием различных частиц.

Открытие радиоактивности – явления, доказывающего сложный состав ядра, произошло благодаря счастливой случайности. Рентгеновские лучи впервые были получены при столкновении быстрых электронов со стеклянной стенкой разрядной трубки. Одновременно наблюдалось свечение стенок трубки. Беккерельзавернул фотопластинку в плотную черную бумагу, положил соли и выставил на яркий свет. После проявления пластинка почернела на тех участках, где лежала соль. Следовательно, уран создавал какое-то излучение, которое, подобно рентгеновскому пронизывает непрозрачные тела и действует на пластинку. Беккерель думал, что излучение возникает под влиянием солнечных лучей. Но однажды, в феврале 1884 года, провести очередной опыт не удавалось из-за облачной погоды. Беккерель убрал пластинку в ящик стола, положив на нее сверху медный крест, покрытый солью урана. Проявив на всякий случай пластинку два дня спустя, он обнаружил на ней почернение в форме отчетливой тени креста. Это означало, что соли урана самопроизвольно, без каких-либо внешних влияний создают какое-то излучение.

В 1898 году Мария Склодовская-Кюри во Франции и другие учёные обнаружили излучение тория. В дальнейшем главные усилия в поисках новых элементов были предприняты Марией Склодовской-Кюри и её мужем Пьером Кюри. Был открыт ещё один элемент, дающий очень интенсивное излучение. Он был назван радием. Само же явление самопроизвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью.

Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.

После открытия радиоактивности элементов началось исследование физической природы их излучения. Кроме Беккереля и супругов Кюри этим занялся Резерфорд.

Классический опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения, состоял в следующем. Препарат радия помещали на дно узкого канала в куске свинца. Против канала находилась фотопластинка. На выходившие из канала излучения действовало сильное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны лучу. Вся установка размещалась в вакууме.

В отсутствии магнитного поля на фотопластинке после проявления обнаруживалось одно тёмное пятно, точно напротив канала. В магнитном поле пучок распадался на три пучка. Две составляющие первичного потока отклонялись в противоположные стороны. Это указывало на наличие у этих излучений электрических зарядов противоположных знаков. При этом отрицательный компонент излучения отклонялся магнитным полем гораздо больше чем положительный. Третья составляющая не отклонялась магнитным полем. Положительно заряженный компонент получил название альфа-лучей, отрицательно заряженный – бета-лучей и нейтральный – гамма-лучей.

Эти три вида излучения очень сильно отличаются друг от друга по проникающей способности, т.е. по тому, насколько интенсивно они поглощаются различными веществами.

Альфа-излучение — это поток тяжелых положительно заряженных частиц. Возникает в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. В воздухе альфа-излучение проходит не более пяти сантиметров и, как правило, полностью задерживается листом бумаги или внешним омертвевшим слоем кожи. Однако если вещество, испускающее альфа-частицы, попадает внутрь организма с пищей или воздухом, оно облучает внутренние органы и становится опасным.

Бета-излучение — это электроны, которые значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь тела на несколько сантиметров. От него можно защититься тонким листом металла, оконным стеклом и даже обычной одеждой. Попадая на незащищенные участки тела, бета-излучение оказывает воздействие, как правило, на верхние слои кожи. Во время аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году пожарные получили ожоги кожи в результате очень сильного облучения бета-частицами. Если вещество, испускающее бета-частицы, попадет в организм, оно будет облучать внутренние ткани.

Гамма-излучение — это фотоны, т.е. электромагнитная волна, несущая энергию. В воздухе оно может проходить большие расстояния, постепенно теряя энергию в результате столкновений с атомами среды. Интенсивное гамма-излучение, если от него не защититься, может повредить не только кожу, но и внутренние ткани. Плотные и тяжелые материалы, такие как железо и свинец, являются отличными барьерами на пути гамма-излучения.

Вопрос

Билет 14.

Date: 2016-07-22; view: 1087; Нарушение авторских прав

Понравилась страница? Лайкни для друзей:

Радиация: виды, опасность, последствия, единицы измерения, приборы

Радиация – это способность отдельных частиц к излучению или распространению энергии в пространство. Сила такой энергии является очень мощной и оказывает воздействие на вещества, в результате чего появляются новые ионы с разными зарядами.

Радиоактивность – это свойство веществ и предметов выделять ионизирующее излучение, т.е. они становятся источниками радиации. Почему так происходит?

Что такое изотопы и период полураспада?

Практически всегда частицы с ионизирующим излучением выпадают из атомного ядра различных химических элементов. При этом ядро находится в стадии радиоактивного распада. Только радиоактивные элементы могут выпускать ионизирующие частицы. Часто один и тот же элемент может иметь разные варианты существования – изотопы, которые подразделяются на стабильные и радиоактивные.

Каждому радиоактивному изотопу отведено определенное время для жизни. Когда ядро распадается, оно испускает частицу, и дальше процесс не идет. Периодом полураспада называют время жизни радиоактивных изотопов, за которое распадается половина их ядер. Если допустить, что все радиоактивные элементы полностью распадутся, то радиоактивность исчезнет. Однако периоды полураспада бывают самыми разными – от нескольких долей секунд до продолжительных миллионов лет.

Радиоактивные изотопы в природе образуются естественным путем (уран, калий, радий) или могут появляться искусственно – в результате деятельности человека при строительстве АЭС, проведении ядерных испытаний.

Виды радиации (излучения)

По сочетанию таких свойств, как состав, энергия и проникающая способность, выделяют следующие виды ионизирующего излучения:

  • излучение альфа-частиц – обладает сильной ионизацией – это достаточно тяжелые ядра гелия с положительным зарядом,
  • излучение бета-частиц – это поток заряженных электронов, по проникающей способности значительно превосходит альфа-частицы,
  • гамма-излучение – похоже на видимый световой поток, а по своей природе – это короткие волны электромагнитного излучения, способные проникать в окружающие предметы,
  • рентгеновское излучение – электромагнитные волны с меньшей энергией, чем гамма-излучение. Солнце – естественный и не менее мощный источник рентгеновских лучей, но слои атмосферы обеспечивают защиту от солнечного излучения,
  • нейтроны – электрически нейтральные частицы, которые возникают около работающих атомных реакторов. Доступ на такую территорию всегда ограничен.

Опасность разных видов радиационного излучения для человека

В качестве мощного источника излучения, опасного для здоровья и жизни человека, может выступать совершенно любой радиоактивный предмет или вещество. И в сравнении со многими другими возможными опасностями радиацию невозможно почувствовать, увидеть. Определить ее уровень можно только специальными приборами. Влияние радиационного излучения на здоровье человека зависит от его конкретного вида, периода времени и частоты воздействия.

Гамма-излучение для человека считается самым опасным. Альфа-излучение, хотя и обладает малой проникающей способностью, опасно в случае попадания альфа-частиц непосредственно в организм человека (в легкие или пищеварительную систему). При излучении бета-частиц необходимо защитить кожные покровы человека и не допустить их попадания внутрь.

При работе с рентгеновским оборудованием необходимо соблюдать меры защиты, поскольку излучение от него является мутагенным фактором, что приводит к мутации генов – изменению генетического материала клетки.

Все перечисленные виды радиационного излучения могут вызывать у человека:

  • серьезные заболевания – лейкоз, рак (легких, щитовидной железы),
  • инфекционные осложнения, нарушение обмена веществ, катаракту,
  • генетические нарушения (мутации), врожденные пороки,
  • выкидыши и бесплодие.

Последствия воздействия радиации на организм человека

Помимо появления различных заболеваний последствия радиационного излучения могут быть с летальным исходом:

  • при единственном посещение территории вблизи мощного естественного или искусственного источника радиации,
  • при постоянном получении доз облучения от радиоактивных предметов – при хранении дома антикварных вещей или драгоценных камней, получивших дозу радиации.

Заряженные частицы отличаются активным взаимодействием с разными веществами. В некоторых случаях от радиации защитит обычная плотная одежда. К примеру, альфа-частицы самостоятельно не проникают через кожу, но они опасны, если попадают вовнутрь – тогда на ткани концентрируется облучение изнутри.

Радиация наибольшее влияние оказывает на детей, что вполне объяснимо с научной точки зрения. С клетками, находящимися в стадии роста и деления, ионизирующее излучение вступает в реакцию быстрее. Тогда как у взрослых – деление клеток замедляется или даже приостанавливается, и воздействие излучения ощущается значительно меньше. Для беременных женщин крайне нежелательно и недопустимо получить ионизирующее излучение. В этот период внутриутробного формирования клетки растущего организма маленького человечка особенно восприимчивы к проникающей радиации, поэтому даже слабое или кратковременное ее воздействие негативно отразится на развитии плода. Для всех живых организмов радиация вредна. Она разрушает и повреждает структуру молекул ДНК.

Может ли радиация передаваться как болезнь – от человека к другим людям?

Многие люди уверены, что контактировать с облученными лицами опасно, поскольку есть вероятность заразиться. Такое мнение ошибочно – радиация оказывает воздействие на человеческий организм, но радиоактивных веществ в нем не образуется. Человек не становится источником излучения. Общаться с больными, страдающими от лучевой болезни или других заболеваний, появившихся в результате облучения, можно напрямую, без средств индивидуальной защиты. Лучевая болезнь от человека к другим людям не передается.

Опасными являются радиоактивные предметы с определенным зарядом и энергией – они становятся источниками излучения при непосредственном контакте.

Единицы измерения радиации и ее предельные нормы

Для получения результатов измерений важно учесть интенсивность радиации, определяя опасность самого ее источника и оценивая период времени, который можно провести около него без негативных последствий. Исследованиями и реакциями радиационного излучения на живые организмы занимался в Швеции ученый Рольф Зиверт. Именно в его честь названа единица измерения доз ионизирующего излучения – зиверт (Зв/час) – это величина энергии, которую поглощает один килограмм биологической ткани за один час, равная по воздействию полученной дозе гамма-излучения в 1 Гр (грэй). К примеру, облучение в 5 – 6 зивертов для человека смертельно.

Кроме определения единицы измерения Зиверт установил, что радиационное излучение не имеет конкретного нормативного уровня безопасности. Даже получив минимальную дозу радиации, у человека возникают генетические изменения и заболевания. Они могут не сразу проявиться, а лишь спустя определенный (длительный) промежуток времени. В такой ситуации, когда не существует абсолютных безопасных показателей ионизирующего излучения, устанавливаются его предельно допустимые нормы.

На территории России функции нормирования и контроля над радиационным облучением населения возложены на Госкомсанэпиднадзор. В соответствии с действующим законодательством и нормативной документацией он устанавливает пределы допустимых значений радиации, а также иные требования для ее ограничения.

Безопасным принят уровень радиации, не превышающий 0,5 микрозиверт в час – это максимально допустимый предел дозу облучения. Если его значение составляет 0,2 микрозиверта в час, то для человека это благоприятные условия – радиационный фон находится в пределах нормы. Поглощенная доза облучения имеет свойство накапливаться в человеческом организме. Однако для основной массы обычного населения в течение года значение не должно превышать 1 миллизиверта, за всю жизнь в среднем – не более 70 миллизивертов (из расчета на 70 лет).

Как измерить уровень радиации?

В обычной повседневной жизни предусмотрен только единственный способ определить уровень радиации – измерить ее специальным прибором – дозиметром. Это можно сделать самостоятельно или воспользоваться услугами специалистов. Дозиметры фиксируют ионизирующее излучение за определенный промежуток времени в дольных единицах – микро — или милизивертах в час.

Бытовые модификации приборов незаменимы для тех, кто стремится защитить себя от негативного влияния радиации. Дозиметром измеряют мощность дозы радиации в конкретном месте, где он находится или обследуют им определенные предметы – продукты питания, детские игрушки, строительные материалы и т.д. Полезно применять дозиметр:

  • для проверки радиационного фона в своем доме или квартире, особенно при покупке нового жилья,
  • для проверки территорий в походах, путешествиях по незнакомым удаленным местам,
  • для проверки земельного участка, предполагаемого для дачи, огорода,
  • для проверки грибов и ягод в лесу.

Очистить территорию или предметы от радиации без специальных средств невозможно, поэтому, когда дозиметром выявлены потенциально опасные источники излучения, их нужно избегать.

Оптимальный выбор дозиметра

Все приборы подразделяются на 2 группы:

  • для профессионального использования,
  • индивидуальные (бытовые).

Между собой они отличаются по 2 параметрам:

  • величине погрешности измерения,

Для профессиональных приборов она не должна превышать 7%, а для бытовых может составлять и 30%.

  • максимальному значению измерений.

Профессиональные дозиметры работают в диапазоне измерений от 0,05 до 999 мкЗв в час, тогда как индивидуальные в основном определяют дозы облучения не более 100 мкЗв в час.

Дополнительной функцией дозиметров каждого типа является режим поиска и звуковой сигнализации. На панели прибора задается определенное значение уровня радиации и при его обнаружении он издает звуковой сигнал, что очень удобно для большинства ситуаций, в том числе и для поиска опасных радиоактивных предметов.

В каких местах обязательно проводятся замеры радиации?

В некоторых местах общий фон радиации всегда превышает средние значения:

  • в горных районах,
  • в салонах и кабинах самолетов, космической техники.

Природным источником излучения является газ радон. Он находится в почве, не имеет запаха и цвета. Может проникать в помещения и даже в легкие человека. По этой причине важно отслеживать радиационный фон постоянно.

В целях контроля обязательно проводятся замеры уровня радиации:

  • на территориях, предусмотренных под строительство,
  • на объектах завершенного строительства при их сдаче в эксплуатацию,
  • в зданиях и помещениях при их реконструкции или капитальном ремонте.

Что такое радиационное заражение и когда оно происходит?

Радиационное заражение территории выявляется в тех случаях, когда на местности обнаружены опасные источники ионизирующего излучения. Реально это возможно в двух вариантах:

  • в результате концентрации радиоактивных веществ при ядерном взрыве. В окружающую среду попадают радиоактивные изотопы под воздействием мгновенного гамма-излучения.
  • в результате рассеивания радиоактивных частиц при техногенных авариях – утечках из ядерных реакторов, при повреждениях транспортировки или хранения радиоактивных отходов, при случайных потерях из промышленных и медицинских хранилищ.

В век развития информационных технологий и обилия компьютерной техники многих людей волнует вопрос о том, что компьютер является источником радиации. На самом деле это совсем не так. Небольшими дозами излучения по рентгеновскому типу отличались старые электролучевые мониторы (как и телевизоры старого поколения). Современные жидкокристаллические и плазменные дисплеи не обладают радиоактивными свойствами.

Виды радиационного излучения

Ионизирующее излучение (далее — ИИ) – это излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к ионизации атомов и молекул, т.е. это взаимодействие приводит к возбуждению атома и отрыву отдельных электронов (отрицательно заряженных частиц) из атомных оболочек. В результате, лишенный одного или нескольких электронов, атом превращается в положительно заряженный ион – происходит первичная ионизация. К ИИ относят электромагнитное излучение (гамма-излучение) и потоки заряженных и нейтральных частиц — корпускулярное излучение (альфа-излучение, бета-излучение, а также нейтронное излучение).

Альфа-излучение относится к корпускулярным излучениям. Это поток тяжелых положительно заряженных а-частиц (ядер атомов гелия), возникающее в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. Поскольку частицы тяжелые, то пробег альфа-частиц в веществе (то есть путь, на котором они производят ионизацию) оказывается очень коротким: сотые доли миллиметра в биологических средах, 2,5—8 см в воздухе. Таким образом, задержать эти частицы способен обычный лист бумаги или внешний омертвевший слой кожи.

Однако вещества, испускающие альфа-частицы, являются долгоживущими. В результате попадания таких веществ внутрь организма с пищей, воздухом или через ранения, они разносятся по телу током крови, депонируются в органах, отвечающих за обмен веществ и защиту организма (например, селезенка или лимфатические узлы), вызывая, таким образом, внутреннее облучение организма. Опасность такого внутреннего облучения организма высока, т.к. эти альфа-частицы создают очень большое число ионов (до нескольких тысяч пар ионов на 1 микрон пути в тканях). Ионизация, в свою очередь, обуславливает ряд особенностей тех химических реакций, которые протекают в веществе, в частности, в живой ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.).

Бета-излучение (бета-лучи, или поток бета-частиц) также относится к корпускулярному типу излучения. Это поток электронов (β—излучение, или, чаще всего, просто β -излучение) или позитронов (β+-излучение), испускаемых при радиоактивном бета-распаде ядер некоторых атомов. Электроны или позитроны образуются в ядре при превращении нейтрона в протон или протона в нейтрон соответственно.

Электроны значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь вещества (тела) на 10-15 сантиметров (ср. с сотыми долями миллиметра у а-частиц). При прохождении через вещество бета-излучение взаимодействует с электронами и ядрами его атомов, расходуя на это свою энергию и замедляя движение вплоть до полной остановки. Благодаря таким свойствам для защиты от бета-излучения достаточно иметь соответствующей толщины экран из органического стекла. На этих же свойствах основано применение бета-излучения в медицине для поверхностной, внутритканевой и внутриполостной лучевой терапии.

Нейтронное излучение – еще один вид корпускулярного типа излучений. Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов (элементарных частиц, не имеющих электрического заряда). Нейтроны не оказывают ионизирующего действия, однако весьма значительный ионизирующий эффект происходит за счет упругого и неупругого рассеяния на ядрах вещества.

Облучаемые нейтронами вещества могут приобретать радиоактивные свойства, то есть получать так называемую наведенную радиоактивность. Нейтронное излучение образуется при работе ускорителей элементарных частиц, в ядерных реакторах, промышленных и лабораторных установках, при ядерных взрывах и т. д. Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородсодержащие материалы.

Гамма излучение и рентгеновское излучение относятся к электромагнитным излучениям.

Принципиальная разница между двумя этими видами излучения заключается в механизме их возникновения. Рентгеновское излучение — внеядерного происхождения, гамма излучение — продукт распада ядер.

Рентгеновское излучение, открыто в 1895 году физиком Рентгеном. Это невидимое излучение, способное проникать, хотя и в разной степени, во все вещества. Представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны порядка от — от 10-12 до 10-7 . Источник рентгеновских лучей – рентгеновская трубка, некоторые радионуклиды (например, бета-излучатели), ускорители и накопители электронов (синхротронное излучение).

В рентгеновской трубке есть два электрода – катод и анод (отрицательный и положительный электроды соответственно). При нагреве катода происходит электронная эмиссия (явление испускания электронов поверхностью твёрдого тела или жидкости). Электроны, вылетающие из катода, ускоряются электрическим полем и ударяются о поверхность анода, где происходит их резкое торможение, вследствие чего возникает рентгеновское излучение. Как и видимый свет, рентгеновское излучение вызывает почернение фотопленки. Это одно его из свойств, основное для медицины – то, что оно является проникающим излучением и соответственно пациента можно просвечивать с его помощью, а т.к. разные по плотности ткани по-разному поглощают рентгеновское излучение – то мы можем диагностировать на самой ранней стадии многие виды заболеваний внутренних органов.

Гамма излучение имеет внутриядерное происхождение. Оно возникает при распаде радиоактивных ядер, переходе ядер из возбужденного состояния в основное, при взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, аннигиляции электронно-позитронных пар и т.д.

Высокая проникающая способность гамма-излучения объясняется малой длиной волны. Для ослабления потока гамма-излучения используются вещества, отличающиеся значительным массовым числом (свинец, вольфрам, уран и др.) и всевозможные составы высокой плотности (различные бетоны с наполнителями из металла).

Виды радиационных излучений

Излучение в широком понимании представляет собой одну из форм передачи энергии. Выделяют гравитационное, акустическое и электромагнитное излучение.

Существует три основных вида излучения: ионизирующее, неионизирующее и космическое. Космическая энергия попадает в атмосферу нашей планеты непосредственно из дальнего космоса и от Солнца. Несмотря на все достижения науки и техники, это направление и происхождение галактических частиц изучено достаточно плохо. Неионизирующее излучение предусматривает передачу ультрафиолета, видимого света, инфракрасного излучения, электромагнитных, радио и других волн. Сюда же относится излучение черного тела и тепла. Этот вид передачи частиц широко используется в науке, связи и медицине. Но темой статьи является ионизирующее излучение, способное нанести серьезный вред живым организмам. Энергия атомов ионизирующего излучения воздействует на ДНК и, как считается, способствует развитию онкологии. В данном случае речь идет о радиоактивном излучении, способном оказывать серьезное энергетическое воздействие на живые организмы, проникать внутрь и при достижении определенной концентрации вызывает гибель.

Ионизирующее излучение
Необходимо отметить, что ионизирующее излучение, также как и неионизирующе, широко используется в различных отраслях науки, медицине и даже строительном сегменте. Основными разновидностями рассматриваемого излучения являются:
— Альфа ;
— Бета ;
— Нейтронное ;
— Гамма;
— рентгеновское;
— ультрафиолетовая радиация.

Основными источниками альфа-излучения выступает полоний, радон и радий. Существуют определенные разновидности альфа-частиц, которые способны проникать в тело. Но в связи с тяжестью рассматриваемых частиц, а также коротким пробегом, задержать их можно с помощью обычного листа бумаги. Особую опасность радиоизотопы представляют в тех случаях, когда проглатывается или же выдыхаются человеком. Внутреннее облучение возникает в результате оседания частиц в лимфатических узлах и других жизненно важных органах.
Способы защиты от альфа-излучения
Частицы оседают в организме и в течение продолжительного времени распадаются, тем самым, нанося серьезный вред. Но, благодаря низкой проникающей способности, от альфа излучения можно защититься с помощью резиновых перчаток, распиратора и специальных костюмов. Наиболее подвержены риску люди, которые находятся в непосредственной близости от источника заражения.

Бета-излучение
Радиационное излучение возникает в том случае, когда происходит освобождение бета-частиц. Причиной является распадание нейтрона на протон. Естественное бета излучение уступает альфа излучению, которое возникает в результате использования линейного ускорителя. Именно поэтому последний вариант используют для лечения онкологических заболеваний. Источником является излучение позитронов.
Проникающая способность бета излучения гораздо выше, чем альфа излучение и определяется источником. Обычные средства индивидуальной защиты в данном случае не демонстрирует эффективности. Тем не менее, металлический или пластиковый лист толщиной несколько миллиметров способен остановить бета лучи. Также эффективным инструментом для обеспечения безопасности является органическое стекло или плексиглас.

Нейтронное излучение
Возникает в результате синтеза цепной реакции при термоядерном взрыве. Также нейтронное излучение характерно для ядерных реакторов. Важно подчеркнуть, что это единственная разновидность ионизирующего излучения, в результате которой радиация передается на другие материалы. Благодаря уникальной способности нейронных лучей передавать радиацию сторонним предметам, эту технологию использует в медицинских и промышленных целях. Корпускулярное излучение возникает при работе ускорителя элементарных частиц. В отличие от предыдущих разновидности излучения, нейтральные частицы отличаются наибольшей проникающей способностью.
В твердых телах нейтральные частицы могут перемещаться на несколько метров. Если же речь идет о воздухе, то это перемещение может достигать нескольких километров. Для эффективной защиты используют экранирующие вещества, в состав которых входит бетон и вода. При этом защитный экран должен иметь большую толщину, поскольку нейтронные частицы могут перемещаться до одного метра и более.

Рентгеновское и гамма-излучение
Гамма лучи состоят из фотонов. Такие частицы способны проникать глубоко внутрь , причём даже твердых предметов. Для защиты используют твердые металлы, например, сталь, свинец и чугун. Аналогичные методы защиты применяют для от воздействия рентгеновских лучей. Каждый вид перечисленных излучений отличается проникающей способностью, скоростью, ионизацией, биологическим действием и другими параметрами.

Радиактивный распад в электрическом поле

Радиоактивность

Все знают, что атомы вещества состоят из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Ядро – это очень устойчивое образование, которое сложно разрушить. Однако, ядра атомов некоторых веществ обладают нестабильностью и могут излучать в пространство различную энергию и частицы. Это излучение называют радиоактивным. Оно включает в себя несколько составляющих, которые назвали соответственно первым трем буквам греческого алфавита: α-, β- и γ- излучение (альфа-, бета- и гамма-излучение).

Явление радиоактивности было открыто опытным путем французским ученым Анри Беккерелем в 1896 г. для солей урана. Беккерель заметил, что соли урана засвечивают завернутую во много слоев фотобумагу невидимым проникающим излучением.
Виды радиоактивных излучений и методы их регистрации.
Английский физик Эрнест Резерфорд исследовал радиоактивное излучение в электрических и магнитных полях. Он открыл две составляющие этого излучения, которые были названы α-, β-излучением. На рисунке изображено радиоактивное излучение в электрическом поле.

  • a — излучение — это поток тяжелых положительно заряженных частиц (ядер гелия), движущихся со скоростью около 107 м/с. Вследствие положительного заряда a – частицы отклоняются электрическим и магнитным полями.
  • β — излучение — это поток быстрых электронов. Электроны —e значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь тела на несколько сантиметров. Обладают скоростью от 108 м/с до0,999с. Из-за наличия отрицательного заряда электроны отклоняются электрическим и магнитным полями в противоположную сторону по сравнению с β – частицами.
  • γ – излучение — это фотоны, т.е. электромагнитное излучение, несущее энергию. Оно не отклоняется электрическим и магнитным полями. Параметры ядра при излучении не меняются, ядро лишь переходит в состояние с меньшей энергией. Распавшееся ядро тоже радиоактивно, т. е. происходит цепочка последовательных радиоактивных превращений. Процесс распада всех радиоактивных элементов идет до свинца. Свинец — конечный продукт распада.

Было установлено, что проникающая способность оказалась самая малая у α- -лучей (лист бумаги или несколько сантиметров слоя воздуха),
а β-лучи проходят сквозь алюминиевую пластину толщиной в несколько миллиметров. Очень велика проникающая способность у γ — лучей (например, алюминий — толщина пластины десятки сантиметров).

Итак, радиоактивность свидетельствует о сложном строении атомов.
Специальные приборы, которые применяются для регистрации ядерных излучений, называются детекторами ядерных излучений. Наиболее широкое применение получили детекторы, которые обнаруживают ядерные излучения по производимой ими ионизации и возбуждению атомов вещества. Это — газоразрядный счетчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера. Существует также метод фотоэмульсий, основанный на способности пролетающей частицы создавать в фотоэмульсии скрытое изображение. След пролетевшей частицы сквозь нее виден на фотографии после проявления.
Влияние ионизирующей радиации на живые организмы
Радиоактивное излучение оказывает сильное биологическое действие на ткани живого организма. Оно ионизирует атомы и молекулы среды. Под действием ионизирующей радиации разрушаются сложные молекулы и элементы клеточных структур. В человеческом организме нарушается процесс кроветворения. Человек заболевает белокровием, или так называемой лучевой болезнью. Большие дозы облучения приводят к смерти.

Бумага задерживает только альфа-излучение

Стекло задерживает только альфа- и бета-излучение

стальной лист задерживает только альфа-излучение, бета-излучение и гамма-излучение

бетонная плита задерживает только альфа-,бета-, гамма- и и нейтронное излучение

Научно производственное предприятие «МР-КВАНТ»

Основные свойства, виды и источники радиоактивных излучений

В течение своей жизни и всего биологического развития человек облучался и в настоящее время продолжает подвергаться воздействию радиоактивного излучения от естественного природного фона. Это относится ко всему населению земного шара и речь идет о естественной радиоактивности.

Естественные источники излучения, производящие этот фон, разделяют на две категории: внешнего и внутреннего облучения. К внешним относятся космические (галактические) излучения, солнечная радиация, излучения от горных пород земной коры и воздуха. Облучают нас даже собственные стены, то есть стройматериалы, из которых изготовлены здания и сооружения.

Например, в Швеции был измерен фон излучения почти в тысяче квартир (677 домов из 13 городов), построенных из различных материалов: деревянные, кирпичные, бетонные и каменные. Все они были построены до 1946 года, то есть до начала крупных испытаний атомного оружия. Результаты измерений показали, что в деревянных строениях фоновые облучения человека примерно в два раза ниже, чем на открытой местности, в кирпичных — примерно такие же, бетонных — в два, а в гранитных примерно в четыре раза выше, чем на открытой местности.

Внутреннее облучение человека обусловлено теми естественными радиоактивными веществами, которые попадают внутрь организма с воздухом, водой, продуктами питания. Это радиоактивные газы, которые поступают из глубины земных недр (радон, торон и др.), а также радиоактивный калий, уран, торий, рубидий, радий, которые входят в состав пищевых продуктов, растений и воды.

Табл. 1. Содержание природных радионуклидов в пищевых продуктах

* Бк/кг — единица удельной радиоактивности.

До недавнего времени среднегодовая доза облучения всего тела естественными источниками ионизирующих излучений примерно была равна 100 мбэр. Однако с учетом техногенно усиленного фона, по данным Научного комитета ООН по действию атомной радиации в 1982 г., значение эффективной дозы облучения увеличилось в два раза — 200 мбэр в год. Распределяется она от различных источников излучения следующим образом, мбэр/год:

Внеземное (космическое) 30
Земное:
внешнее (калий, уран, торий) 30
внутреннее (калий, рубидий, уран, торий) 71
Всего среднегодовая доза облучения всего тела: 131

Среднегодовые дозы облучения от естественных источников излучений с учетом техногенно усиленного фона, мбэр:

От внеземного:
внешнее 30
внутреннее 1
От земного:
внешнее
на улице 6
в доме 29
внутреннее (торий, калий, рубидий, уран)
ингаляция на улице 9
ингаляция в доме 94
поступление с пищей 16
другие поступления 19
Всего среднегодовая доза облучения: 204

В настоящее время от естественного фона жители крупных городов за год получают дозу в полтора-два раза большую, чем сельские, что объясняется урбанизацией общества и ростом промышленности в городах.

Так что же такое радиоактивность?

Радиоактивность — это природное явление, когда происходит самопроизвольный распад ядер атомов, при котором возникают излучения.

По своей физической природе это потоки элементарных, быстродвижущихся частиц, входящих в состав атомных ядер, а также их волновое электромагнитное излучение. Эти излучения имеют большую энергию. Их общим свойством является способность ионизировать вещество, среду, в которой они распространяются: воздух, воду, металлы, человеческий организм и т. д. При этом нейтральные атомы и молекулы вещества распадаются на пары положительно и отрицательно заряженных частиц — ионов.

Ионизация вещества всегда сопровождается изменением его основных физико-химических свойств, а для биологической ткани — нарушением ее жизнедеятельности. Поэтому радиоактивные излучения и оказывают на живой организм поражающее действие.

Для ионизации вещества требуется затрата определенной энергии внешних сил. Поэтому, проникая в вещество и ионизируя его, радиоактивное излучение постепенно теряет свою энергию.

Ионизирующая способность радиоактивного излучения зависит от его типа и энергии, а также свойства ионизирующего вещества и оценивается удельной ионизацией, которая измеряется количеством ионов этого вещества, создаваемых излучением на длине в 1 см.

Чем больше величина удельной ионизации, тем быстрее расходуется энергия излучений, т. е. тем меньший путь пройдет излучение в веществе до полной потери своей энергии. Поэтому чем больше ионизирующая способность излучения, тем меньше его проникающая способность, и наоборот.

Поражение человека радиоактивными излучениями возможно в результате как внешнего, так и внутреннего облучения. Внешнее облучение создается радиоактивными веществами, находящимися вне организма, а внутреннее — попавшими внутрь с воздухом, водой и пищей. Очевидно, что при внешнем облучении наиболее опасны излучения, имеющие высокую проникающую способность, а при внутреннем — ионизирующую.

Считают, что внутреннее облучение более опасно, чем внешнее, от которого нас защищают стены помещений, одежда, кожные покровы, специальные средства защиты и др.

Внутреннее же облучение воздействует на незащищенные ткани, органы, системы тела, причем на молекулярном, клеточном уровне. Поэтому внутреннее облучение поражает организм больше, чем такое же внешнее.

Основные типы радиоактивных излучений: альфа, бета, нейтронные (группа корпускулярных излучений), рентгеновские и гамма-излучения (группа волновых).

Корпускулярные представляют собой потоки невидимых элементарных частиц, имеющих массу и диаметр. Волновые излучения имеют квантовую природу. Это электромагнитные волны в сверхкоротковолновом диапазоне.

Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц, распространяющихся с начальной скоростью около 20 тыс. км/с. Их ионизирующая способность огромна, а так как на каждый акт ионизации тратится определенная энергия, то их проникающая способность незначительна: длина пробега в воздухе составляет 3—11 см, а в жидких и твердых средах — сотые доли миллиметра. Лист плотной бумаги полностью задерживает их. Надежной защитой от альфа-частиц является также одежда человека.

Поскольку альфа-излучение имеет наибольшую ионизирующую, но наименьшую проникающую способность, внешнее облучение альфа-частицами практически безвредно, но попадание их внутрь организма весьма опасно.

Бета-излучение — поток бета-частиц, которые в зависимости от энергии излучения могут распространяться со скоростью, близкой к скорости света (300 тыс. км/с). Заряд бета-частиц меньше, а скорость больше, чем у альфа-частиц, поэтому они имеют меньшую ионизирующую, но большую проникающую способность. Длина пробега бета-частиц с высокой энергией составляет в воздухе до 20 м, воде и живых тканях — до 3 см, металле — до 1 см. На практике бета-частицы почти полностью поглощают оконные или автомобильные стекла и металлические экраны толщиной в несколько миллиметров. Одежда поглощает до 50 % бета-частиц.

При внешнем облучении организма на глубину около 1 мм проникает 20—25 % бета-частиц. Поэтому внешнее бета-облучение представляет серьезную опасность лишь при попадании радиоактивных веществ непосредственно на кожу (особенно на глаза) или же внутрь организма. Так, после Чернобыльской аварии наблюдались бета-ожоги ног за 50—100 км от АЭС (например, в г. Народичи Житомирской области). Поэтому местному населению не рекомендовалось ходить по земле босиком.

Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов, скорость распространения которых достигает 20 тыс. км/с. Так как нейтроны не имеют электрического заряда, они легко проникают в ядра атомов и захватываются ими. При ядерном взрыве большая часть нейтронов выделяется за короткий промежуток времени. Они легко проникают в живую ткань и захватываются ядрами ее атомов. Поэтому нейтронное излучение оказывает сильное поражающее действие при внешнем облучении. Лучшими; защитными материалами от них являются; легкие водородсодержащие материалы: полиэтилен, парафин, вода и др.

Гамма-излучение — это электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращениях. Оно, как правило, сопровождает бета-распад, реже альфа-распад. По своей природе гамма-излучение представляет собой электромагнитное поле с длиной волны 10~8—10~и см. Оно испускается отдельными порциями (квантами) и распространяется со скоростью света. Ионизирующая способность его значительно меньше, чем у бета-частиц и тем более у альфа-частиц.

Зато гамма-излучение имеет наибольшую проникающую способность и в воздухе может распространяться на сотни метров. Для ослабления его энергии в два раза необходим слой вещества (слой половинного ослабления) толщиной: воды — 23 см, стали — около 3, бетона — 10, дерева — 30 см.

Из-за наибольшей проникающей способности гамма-излучение является важнейшим фактором поражающего действия радиоактивных излучений при внешнем облучении.

Хорошей защитой от гамма-излучений являются тяжелые металлы, например свинец, который для этих целей используется наиболее часто.

Рентгеновские излучения (икс-лучи) были открыты первыми из всех ионизирующих излучений и наиболее хорошо изучены. У них та же физическая природа (электромагнитное поле) и те же свойства, что и у гамма-излучений. Их различают прежде всего по способу получения, и в отличие от гамма-лучей они имеют внеядерное происхождение. Излучение получают в специальных вакуумных рентгеновских трубках при торможении (ударе о специальную мишень) быстро летящих электронов.

Энергия квантов рентгеновских лучей несколько меньше, чем гамма-излучения большинства радиоактивных изотопов; соответственно несколько ниже их проникающая способность. Однако это второстепенные различия. Поэтому рентгеновские лучи широко используют вместо гамма-излучения, в частности для экспериментального облучения животных, семян растений и т. п. С этой целью применяют рентгеновские установки для облучения (просвечивания) людей.

Лучшими защитными материалами от рентгеновских лучей являются тяжелые металлы и в частности свинец.

В последние десятилетия появилась возможность получать электромагнитные излучения высокой энергии с помощью ускорителей заряженных частиц. Такое синхротронное излучение обладает теми же свойствами, что и рентгеновское и гамма-излучение.

Основные источники радиоактивного загрязнения окружающей среды

В настоящее время основными источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды являются:

урановая промышленность, которая занимается добычей, переработкой, обогащением и приготовлением ядерного топлива. Основным сырьем для этого топлива является уран-235. Аварийные ситуации могут возникнуть при изготовлении, хранении и транспортировке тепловыделяющих элементов (твэлов). Однако вероятность их незначительная;

ядерные реакторы разных типов, в активной зоне которых сосредоточены большие количества радиоактивных веществ;

радиохимическая промышленность, на предприятиях которой производится регенерация (переработка и восстановление) отработанного ядерного топлива. Они периодически сбрасывают сточные радиоактивные воды, хотя и в пределах допустимых концентраций, но тем не менее в окружающей среде неизбежно могут накапливаться радиоактивные загрязнения. Кроме того, некоторое количество радиоактивного газообразного йода (йод-131) все-таки попадает в атмосферу;

места переработки и захоронения радиоактивных отходов из-за случайных аварий, связанных с разрушением хранилищ, также могут явиться источниками загрязнения окружающей среды;

использование радионуклидов в народном хозяйстве в виде закрытых радиоактивных источников в промышленности, медицине, геологии, сельском хозяйстве и других отраслях. При нормальном хранении и использовании этих источников загрязнение окружающей среды маловероятно. Однако в последнее время появилась определенная опасность в связи с использованием радиоактивных источников в космических исследованиях и астронавтике. При запуске ракет-носителей, а также при посадке спутников и космических кораблей возможны аварийные ситуации. Так, при аварки Челенджера (США) сгорели радионуклидные источники тока, работающие на стронции-90. Также произошло загрязнение атмосферы над Индийским океаном в июне 1969 г., когда сгорел американский спутник, на котором генератор тока работал на плутонии-238. Тогда в атмосферу попали радионуклиды с активностью 17 тыс. кюри.

Вместе с тем наибольшее загрязнение окружающей среды все же создает сеть радиоизотопных лабораторий (которые имеются в очень многих странах мира), занимающихся использованием радионуклидов в открытом виде для научных и производственных целей. Сбросы радиоактивных отходов в сточные воды даже при концентрациях, меньше допустимых, с течением времени приведут к постепенному накоплению радионуклидов во внешней среде;

ядерные взрывы и возникающее после взрыва радиоактивное загрязнение местности (могут быть как локальные, так и глобальные выпадения радиоактивных осадков). Масштабы и уровни радиоактивных загрязнений при этом зависят от типа ядерных боеприпасов, вида взрывов, мощности заряда, топографических и метеорологических условий.

Бэр — единица эквивалентной дозы облучения человека. Будет рассмотрена в следующем разделе

Слово корпускулярные происходит от греческого «корпускула» — частица

Кюри — единица активности (значительной величины). Будет рассмотрена в следующем разделе

Другие статьи

  • Термины, наиболее часто используемые в радиологии
  • Методы и средства дезактивации поверхностей, пищевых продуктов и воды
  • Соотношение традиционных единиц радиоактивности с единицами международной системы (СИ)
  • Рекомендации по гигиене питания и профилактическим мероприятиям
  • Основные рекомендации по ведению индивидуальных хозяйств и работ на дачных участках
  • Экспрессные методы определения радиоактивности пищевых продуктов, воды и других объектов окружающей среды
  • Дозиметрические и радиометрические приборы
  • Принципы нормирования облучения людей и загрязнения объектов
  • Характеристика радиоактивных излучений и единицы их измерения
  • Основные свойства, виды и источники радиоактивных излучений

Известно 2500 атомных ядер, и 90 % из них являются нестабильными.

Определение 1

Радиоактивность – это способность нестабильных ядер превращаться в другие ядра с испусканием частиц.

Большие ядра получают нестабильность, как результат конкурирования притяжения нуклонов ядерными силами и кулоновского отталкивания протонов. Стабильных ядер с зарядовым числом Z>83 и массовым числом A>209 не существует. Однако радиоактивными свойствами могут обладать ядра атомов со значимо меньшими значениями чисел Z и A. Когда в составе ядра количество протонов существенно превышает число нейтронов, нестабильность объясняется излишком энергии кулоновского взаимодействия. Если же ядро содержит больше нейтронов, оно становится нестабильным, как следствие факта, что масса нейтрона больше массы протона. Если увеличивается масса ядра, растет и его энергия.

Явление радиоактивности открыл физик А.Беккерель в 1896 году: было обнаружено, что соли урана испускают неизвестное излучение, имеющее способность проходить сквозь препятствия и вызывать почернение фотоэмульсии. А спустя пару лет физики М. и П. Кюри зафиксировали радиоактивность тория и открыли два новых радиоактивных элемента – полоний Po84210 и радий Ra88226.

В дальнейшем за изучение природы радиоактивных излучений принимались многие ученые, например, Э. Резерфорд со своими учениками. Было обнаружено, что радиоактивные ядра способны испускать три вида частиц: положительно заряженные, отрицательно заряженные и нейтральные.

Определение 2

α-, β- и γ-излучения – это излучения, на которые способны радиоактивные ядра (соответственно заряженное положительно, отрицательно и нейтрально).

Рис. 6.7.1 отображает схему опыта, результатом которого стало обнаружение сложного состава радиоактивного излучения. В магнитном поле α- и β-лучи отклоняются в противоположных друг другу направлениях (отклонение β-лучей значимо больше); γ-лучи в магнитном поле вообще не получают отклонения.

Рисунок 6.7.1. Схема эксперимента по обнаружению α-, β- и γ-излучений. К – свинцовый контейнер, П – радиоактивный препарат, Ф – фотопластинка, B→ – магнитное поле.

Обнаруженные учеными три типа радиоактивных излучений имеют существенные отличия друг от друга в отношении способности ионизировать атомы вещества, а значит и по проникающей способности. Наименьшая проникающая способность характерна для α-излучения. В воздушной среде при нормальных условиях α-лучи проходят путь в несколько сантиметров. β-лучи, в свою очередь, менее поглощаемы веществом. Они имеют возможность проходить сквозь слой алюминия толщиной в несколько мм. Наконец, наибольшая проникающая способность принадлежит γ-лучам, имеющим способность проникать через слой свинца толщиной 5–10 см.

Определение 3

В 20-х годах XX века, после того, как Э. Резерфорд открыл ядерное строение атомов, появилось твердое утверждение, что радиоактивность является свойством атомных ядер. В ходе изучения было определено, что α-лучи есть поток α-частиц – ядер гелия He24, β-лучи представляют собой поток электронов, а γ-лучи — это коротковолновое электромагнитное излучение при очень малой длине волны λ<10–10 м и, как следствие, ярко выраженных корпускулярных свойствах (эти лучи есть поток частиц – γ-квантов).

Рассмотрим подробнее существующие виды радиоактивного распада.

Альфа-распад

Определение 4

Альфа-распад – это самопроизвольное преобразование атомного ядра с числом протонов Z и нейтронов N в иное (дочернее) ядро, в котором содержится число протонов Z–2 и нейтронов N–2, сопровождающееся испусканием α-частицы – ядра атома гелия He24.

Пример 1

Образцом альфа-распада может служить α-распад радия:

Ra88226→Rn86222+He24

α-частицы, которые испускают ядра атомов радия, Резерфорд применял, проводя экспериментальное рассеивание на ядрах тяжелых элементов. Измерение по кривизне траектории в магнитном поле установило скорость α-частиц, испускаемых при α-распаде ядер радия: порядка 1,5·107 м/с. Размер кинетической энергии при этом — примерно 7,5·10–13 Дж (около 4,8 МэВ). Эта величина несложно определяется, когда известны значения масс материнского и дочернего ядер и ядра гелия. Скорость испускаемой α-частицы очень велика, однако она равна лишь 5 % от скорости света, т.е. в расчетах допустимо использовать нерелятивистское выражение для кинетической энергии.

Также результатом исследований стал факт, что радиоактивное вещество способно испускать
α-частицы с несколькими дискретными значениями энергий. Объяснение этому явлению заключается в способности ядер находиться, аналогично атомам, в различных возбужденных состояниях. В одном из таких состояний может оказаться дочернее ядро при α-распаде. Далее ядро переходит в основное состояние, и испускается γ-квант. Схема α-распада радия с испусканием α-частиц с двумя значениями кинетических энергий указана на рис. 6.7.2.

Рисунок 6.7.2. Энергетическая диаграмма α-распада ядер радия. Продемонстрировано возбужденное состояние ядра радона Rn*86222. При переходе из возбужденного состояния ядра радона в основное происходит излучение γ-кванта с энергией 0,186 МэВ.

Итак, α-распад ядра во множестве случаев происходит совместно с γ-излучением.

Теория α-распада также содержит предположение о возможном образовании ядер групп, включающих в себя два протона и два нейтрона, т. е. α-частицу. Материнское ядро служит для
α-частиц потенциальной ямой, ограниченной потенциальным барьером. Количество энергии
α-частицы в ядре не хватает, чтобы преодолеть данный барьер (рис. 6.7.3).

Определение 5

Испускание α-частицы из ядра возможно лишь благодаря такому квантово-механическому явлению, как туннельный эффект.

Квантовая механика гласит, что существует неравная нулю вероятность прохождения частицы под потенциальным барьером. Явление туннелирования носит вероятностный характер.

Рисунок 6.7.3. Туннелирование α-частицы сквозь потенциальный барьер.

Бета-распад

В процессе бета-распада ядро испускает электрон. Вообще существование в ядре электрона невозможно, т.е. появление электрона – лишь результат β-распада, сопровождающегося превращением нейтрона в протон. Такой процесс происходит как внутри ядра, так и со свободными нейтронами. Среднее время жизни свободного нейтрона равно примерно 15 минутам. При радиоактивном распаде нейтрон n01 превращается в протон p11 и электрон e-10.

В результате измерений было выявлено, что при бета-распаде наблюдается кажущееся нарушение закона сохранения энергии, поскольку суммарно энергия протона и электрона, появившихся при распаде нейтрона, меньше энергии нейтрона. В 1931 году В. Паули предположил выделение при распаде нейтрона еще одной частицы с нулевыми значениями массы и заряда, уносящей с собой часть энергии.

Определение 6

Нейтрино (маленький нейтрон) – частица с нулевыми значениями массы и заряда, возникающая при распаде нейтрона. Была открыта в 1953 году.

Нейтрино плохо взаимодействует с атомами вещества, поскольку не обладает зарядом и массой, и вследствие этого ее обнаружение в ходе эксперимента очень затруднительно. Ионизирующая способность нейтрино является настолько малой, что один акт ионизации в воздухе приходится приблизительно на 500 км пути. На данный момент известно, что существует несколько типов нейтрино.

Определение 7

Электронный антинейтрино – частица, возникающая вследствие распада нейтрона и обозначаемая ve~00.

Запись реакции распада нейтрона выглядит так:

n01→p11+e-10+ve~00

Те же явления происходят внутри ядер при β-распаде. При распаде одного их ядерных нейтронов образуется электрон, сразу же выбрасываемый из «родительского дома» (ядра) с очень большой скоростью, отличающейся от скорости света на небольшую долю процента. Поскольку распределение энергии, выделяющейся при β-распаде, между электроном, нейтрино и дочерним ядром имеет случайный характер, β-электроны способны обладать разными скоростями в широком интервале значений.

β-распад сопровождается увеличением зарядового числа Z на единицу при неизменности массового числа A. Дочернее ядро в данном случае есть ядро одного из изотопов элемента, чей атомный номер в периодической системе Менделеева на единицу превышает атомный номер исходного ядра. В качестве характерного примера β-распада можно рассмотреть преобразование изотона тория
Th90234, возникающего при α-распаде урана U92238, в протактиний Pa91234:

Th90234→Pa91234+e-10+ve~00

Совместно с электронным β-распадом было определено такое явление, как позитронный β+-распад: ядро испускает позитронe+10 и нейтрино ve00.

Определение 8

Позитрон является частицей-двойником электрона, отличающейся от него лишь знаком заряда.

Существование позитрона предсказывалось еще в 1928 г. великим физиком П. Дираком. Спустя несколько лет позитрон обнаружили, как составляющую космических лучей. Позитроны возникают в результате реакции преобразования протона в нейтрон по следующей схеме:

p11→n01+e10+ve00

Гамма-распад

В отличие от α- и β-радиоактивности, γ-радиоактивность ядер не имеет связи с изменением внутренней структуры ядра, а также при гамма-распаде не изменяется зарядовое или массовое число. При α- или β-распаде дочернее ядро способно войти в некоторое возбужденное состояние и получить излишнюю энергию. Переход ядра из возбужденного состояния в основное происходит совместно с испусканием одного или более γ-квантов, чья энергия способна достигать уровня нескольких МэВ.

Закон радиоактивного распада

Любой образец радиоактивного вещества имеет в своем составе множество радиоактивных атомов. Поскольку для процесса радиоактивного распада характерна случайность, не зависящая от внешних условий, то закономерность в убывании количества N (t) нераспавшихся к данному моменту времени t ядер становится важнейшей статистической характеристикой процесса радиоактивного распада.

Допустим, число нераспавшихся ядер N (t) изменилось на ΔN<0 в течение небольшого промежутка времени Δt. Поскольку вероятность распада каждого ядра неизменна во времени, то количество распадов пропорционально количеству ядер N (t) и промежутку времени Δt:

∆N=-λN(t)∆t

Определение 9

Коэффициент пропорциональности λ – это вероятность распада ядра за время Δt=1 с.

Это выражение означает, что скорость dNdt изменения функции N (t) прямо пропорциональна самой функции.

dNdt=-λN.

Такая зависимость имеет место во многих физических процессах (к примеру, при разряде конденсатора через резистор). Решение этого уравнения дает возможность записать экспоненциальный закон:

N (t)=N0 e–λt

Здесь N0 является начальным числом радиоактивных ядер при t=0.

Определение 10

Среднее время жизни радиоактивного ядра, обозначаемое, как τ, и равное: τ=1 λ — это время, за которое количество нераспавшихся ядер уменьшается в e≈2,7 раза.

В целях практического применения закон радиоактивного распада оптимально записать в ином виде, беря за основание число 2, а не e:

N(t)=N0 · 2–tT.

Определение 11

Период полураспада, обозначаемый, как Т, – это время, за которое произойдет распад 12 первоначального количества радиоактивных ядер.

Величины τ и Т связаны друг с другом соотношением:

T=1λln 2=τ ln 2=0,693τ

Рисунок 6.7.4 дает представление о законе радиоактивного распада.

Рисунок 6.7.4. Закон радиоактивного распада.

Период полураспада является основной величиной, описывающей скорость радиоактивного распада. Чем меньше Т, тем интенсивность распада выше. Например, для урана T≈4,5 млрд лет, а для радия период полураспада составляет примерно 1600 лет: таким образом, активность радия во много раз больше, чем активность урана. Существуют радиоактивные элементы с периодом полураспада в доли секунды.

При α- и β-радиоактивном распаде дочернее ядро тоже может стать нестабильным. Т.е. допустимы серии последовательных радиоактивных распадов, заканчивающихся тем, что образуются стабильные ядра. В природе существует несколько подобных серий. Самая длинная серия — серия
U92238, включающая в себя 14 последовательных распадов (8 α-распадов и 6 β-распадов). Эта серия заканчивается стабильным изотопом свинца Pb82206 (рис. 6.7.5).

Рисунок 6.7.5. Схема распада радиоактивной серии U92238 с указанием периодов полураспада.

Известно еще несколько радиоактивных серий, подобных серии U92238. Существует последовательность от нептуния Np93237 (не обнаруженного в естественных условиях) до висмута Bi83209. Эта серия радиоактивных распадов характерна для ядерных реакторов.

Радиоактивность была интересным образом использована в методе, который используется для датирования археологических и геологических находок. Датирование производится на основании концентрации радиоактивных изотопов. Чаще применяют радиоуглеродный метод датирования. Нестабильный изотоп углерода C614 появляется в атмосфере в результате ядерных реакций, которые вызываются космическими лучами. Малый процент этого изотопа имеется в воздухе совместно с обычным стабильным изотопом C612. Растения и прочие организмы потребляют углерод из воздуха, накапливая оба изотопа в такой же пропорции, что и в воздушной среде. Растение гибнет и, естественно, перестает потреблять углерод, тогда нестабильный изотоп в результате β-распада постепенно превращается в азот N714 с периодом полураспада 5730 лет. Точным измерением относительной концентрации радиоактивного углерода C614 в останках древних организмов возможно установить время их гибели.

Радиоактивное излучение всех типов (альфа, бета, гамма, нейтроны), а также электромагнитная радиация (рентгеновское излучение) оказывают сильнейшее биологическое воздействие на живые организмы. Это воздействие включает в себя процессы возбуждения и ионизации атомов и молекул, составляющих живые клеток. Воздействуя на клетки, ионизирующая радиация разрушает сложные молекулы и клеточные структуры, следствием чего является лучевое поражение организма, а потому крайне важны меры радиационной защиты людей, работающих с неким источником радиации и имеющим шанс попасть в зону действия излучения.

Серьезность проблемы в том, что человек может испытать на себе действие ионизирующей радиации и в бытовых условиях. Особую опасность для здоровья человека представляет инертный, бесцветный, радиоактивный газ радон Rn86222. Схема, изображенная на рисунке 6.7.5, демонстрирует, что радон — продукт α-распада радия с периодом полураспада T=3,82 сут. Радий в небольших количествах содержится в почве, в камнях, в разного рода строительных конструкциях. Концентрация радона имеет относительно небольшое время жизни, но постоянно пополняется в результате новых распадов ядер радия, поэтому радон может накапливаться в закрытых помещениях. Попав в легкие, радон испускает α-частицы и преобразуется в полоний Po84218, не являющийся химически инертным. Далее происходит цепь радиоактивных преобразований серии урана (рис. 6.7.5). По данным Американской комиссии радиационной безопасности и контроля, человек в среднем получает 55 % ионизирующей радиации за счет радона и только 11 % за счет медицинских процедур. Доля космических лучей здесь — около 8 %. Общая доза облучения, получаемая человеком за жизнь, много меньше предельно допустимой дозы (ПДД), установленной для людей некоторых профессий, которые подвергаются дополнительному облучению ионизирующей радиацией.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *