Виды радиоактивных излучений

Виды и свойства радиоактивных излучений.

По современным представлениям ядро атома состоит из нуклонов: протонов |р и нейтронов j.n. Размер ядра приблизительно в 105 раз меньше размера атома, но почти вся масса атома содержится именно в ядре. В природе наблюдается явление радиоактивного распада — самопроизвольное (без внешних воздействий) превращение ядер определенных элементов в ядра других элементов с испусканием радиоактивных излучений. Радиоактивные излучения исторически были названы альфа-, бета- и гамма-излучениями. Потоки альфа-частиц, электронов и позитронов, а также гамма- излучение возникают при радиоактивном распаде:

1) а-частицы образуются в результате а распада тяжелых ядер: а-частицы состоит из 4-х нуклонов: двух нейтронов и двух протонов;

2) потоки электронов и позитронов возникают в результате бетта распада

3) альфа и бетта- распады могут сопровождаться у-излучением (кванты электромагнитного поля с высокой энергией). Возможны и другие процессы, приводящие к гамма-излучению. К основным свойствам радиоактивных излучений относятся их проникающая и ионизирующая способности.

Ионизирующая способность излучения оценивается линейной плотностью ионизации i=dn/dl. Проникающая способность излучения оценивается длиной свободного пробега или средним линейным пробегом — среднее расстояние, которое проходит частица в данном веществе, пока она способна ионизировать. Ионизирующая и проникающая способности частиц зависят от их заряда и массы, а также от плотности вещества, в котором идет процесс ионизации. Чем больше заряд и масса частицы, тем больше ее способность ионизировать вещество и тем меньше ее средний линейный пробег. Выбитые при ионизации электроны могут выбивать вторичные электроны, обладающие энергией, достаточной для последующей ионизации веществ. Возникающее в результате комптон-эффекта рентгеновское излучение, в свою очередь, также может вызывать ионизацию. Рентгеновское излучение и гамма-фотоны, вызывая незначительную первичную ионизацию, порождают вторичную, в результате которой полный ионизационный эффект может быть весьма значительным.

Естественный радиоактивный фон Земли.

На биосферу Земли непрерывно действует космическое излучение, а также потоки альфа- и бета-частиц, гамма-квантов в результате излучения различных радионуклидов, рассеянных в земной коре, воде подземных источников, реках, морях и океанах, в воздухе. Кроме того, радионуклиды входят в состав живых организмов. Совокупность излучений этих радиоактивных источников называется природным или естественным радиоактивным фоном. Наиболее распространенные на Земле радионуклиды — это Rn, Rn и К, а также радионуклиды, составляющие ряды урана. Радиационный фон Земли определяется в основном следующими природными источниками (в % указан вклад соответствующего источника в общий фон):

космические лучи — 15%

нуклиды ряда урана — 20%

Изотоп радона Rn дает альфа-излучение 5,5 МэВ на нуклон, сопровождающееся испусканием гамма-фотонов 0,5 МэВ. В массе стабильного К содержится 0,01% изотопа К, ядра которого распадаются с образованием Са, бета-излучения и гамма-квантов. Этот изотоп калия содержится в почве, удобрениях, а также в головном мозге, мышцах, селезенке и костном мозге. Космические лучи возникают в результате межзвездных и галактических событий и активности Солнца. Космическое излучение состоит из потоков протонов высоких энергий, альфа-частиц, ядер некоторых элементов, потоков электронов, фотонов и нейтронов. Магнитное поле Земли отклоняет низко энергетические заряженные частицы. Частицы высоких энергий, взаимодействуя с атмосферой, образуют в результате ядерных реакций целую серию радионуклидов 3Н, 7Ве, 2 2Na и др. и потоки нейтронов и протонов. Образуются космические ливни, составляющие вторичное космическое излучение, проникающее в нижние слои атмосферы. На биосферу воздействует ионизирующий компонент вторичного космического излучения. Оно дает 1,9-2,5 ионизации / см3 за 1 с на уровне моря; в горах в 2—3 раза выше. Средняя мощность дозы облучения от всех источников природной радиации на гонады, гаверсовы костные каналы и костный мозг человека как наиболее чувствительные ткани к действию радиации составляет около 200 мбэр в год (2 мЗв в год). Однако радиационный фон в зависимости от местоположения, времени года, наличия промышленных предприятий и др. может меняться в значительных пределах. Так, в городах мощность дозы фонового излучения составляет в среднем около 20 мкР/час и может меняться в 2 и более раза в различных районах города.

Важно отметить, что природный радиоактивный фон, оказывая влияние на развитие жизни на Земле, является неотъемлемой частью сферы обитания человека. В условиях радиоактивного фона происходят такие процессы, как деление одноклеточных организмов и клеток, развитие эмбрионов насекомых, рост и развитие высших растений и животных.

Виды радиоактивных излучений

Навигация по статье:

Радиация и виды радиоактивных излучений, состав радиоактивного (ионизирующего) излучения и его основные хаpaктеристики. 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.

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.

Читать еще:  Использование реамберина при алкогольной интоксикации

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 paку.

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!

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.

Читать еще:  Холестерин и сало: связаны ли они и вредно ли есть сало?

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 и законы радиоактивного излучения

В 986 году Антуаном Беккерелем было обнаружено ранее неизвестное излучение солей урана. Спустя два года Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри после исследования урановой руды смогли открыть новые элементы, названные полонием и радием. Они выдавали более интенсивное излучение по сравнению с ураном. Имея аналогичную массу, интенсивность излучения была больше в 10 10 , а радия в 2 · 10 7 раз.

В это же период времени Э. Резерфорд после пропускания излучения через однородное магнитное поле пришел к выводу о том, что оно включает в себя два компонента с разноименными частицами. На рисунке 1 приведена схема опыта Резерфорда, где имеются:
1 – фотопластинка, 2 – направление индукции магнитного поля, 3 – свинцовый контейнер, 4 – радиоактивное вещество, 5 – отвод для вакуумного насоса.

Компонента с положительно заряженными частицами получила название α -лучей, компонента с отрицательными – β -лучей. Позже было выявлено, что β -лучи включают в себя поток электронов, а α -лучи – поток ядер атома гелия. В 1900 году П. Виллард обнаружил третью компоненту, которая не поддавалась влиянию магнитного поля. Она получила название γ -лучей, являющихся потоком фотонов с самой короткой длиной волны во всем спектре электромагнитного излучения.

Радиоактивностью называют явление, которое происходит при излучении выше указанными изотопами («radius» — луч).

Виды излучения

Радиоактивностью считают спонтанное образование изотопов химических элементов, которое обусловленное распадом ядер.

Основываясь на это, выделяют:

• α -распад (А. Беккерель, 1896 год) ;
• δ -распад:
  • β — -распад (А. Беккерель, 1896 год) ;
  • β + распад (И. та Ф.Жолио-Кюри, 1934 год) ;
  • K -захват (Л. Альварес) ;
• спонтанное деление ядер (Г. М. Фльоров, К.А. Петржак, 1939 год) ;
• p -распад:
  • однопротонный (Г. М. Фльоров, 1963 год) ;
  • двухпротонный.

γ -излучение не относят к видам радиоактивного распада, так как оно не меняет состав ядра, а только свою энергию. Оно может возникать когда ядро не появляется в результате распада другого ядра, а находится в возбужденном состоянии. Переход из состояния с высшей энергией в состояние с низшей сопровождается γ -излучением.

Основываясь на опытах, было доказано, что связанные с ней процессы протекают в самом ядре. Никакие внешние факторы не могут повлиять на скорость радиоактивного распада. Он не находится в зависимости от хаpaктера химического соединения, к которому проникает изотоп, и его агрегатного состояния.

Нестабильные ядра хаpaктеризуются природной радиоактивностью. Ядра стабильных изотопов могут становиться радиоактивными в результате облучения, что говорит об искусственной радиоактивности. Законы природной и искусственной радиоактивности не зависят от способа получения изотопа.

Зоны радиоактивного распада

Радиоактивный распад хаpaктеризуется своей произвольностью, к большей совокупности ядер применимы статистические законы.

Каждое радиоактивное ядро имеет определенную вероятность λ того, что оно распадется за единицу времени. При существующем моменте времени t имеется N количество радиоактивных ядер, тогда их среднее количество d N , распадающееся за время d t , пропорционально определенному количеству ядер N и величине λ , отсюда следует,

λ получила название постоянной распада. Она считается хаpaктерной постоянной радиоактивного изотопа. Знак » — » говорит об уменьшении количества радиоактивных ядер. Проинтегрировав формулу, получим:

Формула явно выражает закон радиоактивного распада. Заметно, что уменьшение количества ядер происходит по экспоненциальному закону. Его относят к статистическому и справедливому для достаточно большого количества ядер радиоактивного изотопа. Закон и опыты подтверждают друг друга. Величина N показывает не количество ядер, которые ужа распались, а количество радиоактивных ядер в момент времени t . Периодом полураспада называют распад половины начального количества ядер за время T .

Зачастую, возникающий в результате радиоактивного распада изотоп радиоактивный, что влечет за собой появление цепочки радиоактивных преобразований. При распаде ядер радиоактивного изотопа появляются другие ядра иного изотопа, являющиеся радиоактивными.

Состояние, которое соответствует вышеприведенному неравенству, получило название состояния насыщения. Еще одно название равенства – условие радиоактивного равновесия. Его физический смысл заключается в возможности компенсирования увеличением распада дочерних ядер по причине распада материнских.

Оценка радиоактивного излучения

Радиоактивные препараты хаpaктеризуются активностью, равняется количеству распадов радиоактивных ядер препарата за единицу времени: A = N t . Значение мгновенной радиоактивности – d N d t .

Единицей активности препарата считается один распад за секунду – беккерель ( Б к ) . Зачастую применима внесистемная единица распада – Кюри ( К и ) : 1 К и = 3 , 7 · 10 10 Б к .

Количественная оценка действий радиоактивного и рентгеновского излучения на вещество – доза облучения. Их делят на экспозиционную дозу поглощения, эквивалентную дозу.

Экспозиционная доза D э к с п – это мера ионизации рентгеновского и γ -излучения в воздухе, численно равная отношению суммарного заряда ионов одного знака ∆ Q , созданных в воздухе при помощи вторичных частиц (электронами и позитронами, образующимися в элементарном объеме при их полном торможении) до массы ∆ m воздуха в этом объеме D э к с п = ∆ Q ∆ m и измеряется в кулонах на килограмм ( К л / к г ) . Широкое распространение на пpaктике получила единица, называемая рентген ( Р ) , 1 P = 2 , 58 · 10 — 4 К л / к г .

Определение дозы поглощения D п о г л выполняется при помощи соотношения энергии ∆ E , переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе ∆ m вещества в этом объеме D п о г л = ∆ E ∆ m . Измеряется в греях ( Г р ) , 1 Г р = 1 Д ж / к г . Широкое распространение также получила единица, называемая радиан, 1 р а д = 0 , 01 Г р .

Определение эквивалентной дозы D э к в выполняется как произведение поглощенной дозы D п о г л на коэффициент ионизирующего излучения K , то есть D э к в = K D п о г л . Ее единица измерения аналогичная единице измерения дозы поглощения. В системе СИ единица эквивалентной дозы – зиверт (Зв), соответствующей поглощенной дозе в 1 грей при K = 1 . Широкое распространение получила специальная единица измерения эквивалентной дозы, соответствующая биологическому эквиваленту рентгена ( б е р ) , то есть совпадает с поглощенной дозой в 1 р а д при K = 1 ( 1 б е р = 0 , 01 З в ) .

Читать еще:  Какие симптомы вызывает аллергия на морепродукты и как с ней бороться

Искусственная радиоактивность

В 1934 году Иреной и Фредериком Жолио-Кюри было выявлено становления алюминия радиоактивным после облучения α -частицами. Искусственная радиоактивность ядерных преобразований действует в два этапа. Первый хаpaктеризуется преобразованием ядра в радиоактивное под действием частиц. Второй – спонтанный радиоактивный распад созданного ранее ядра, происходящий согласно экспоненциальному закону.

Выявили, что при бомбардировке атомных ядер разных элементов α -частицами, протонами, нейтронами, дейстронами и γ -квантами появляются ядра новых радиоактивных изотопов, распад которых подчиняется по тому же закону.

За последнее время было получено достаточное количество радиоактивных изотопов. Во время бомбардировки частицами высоких энергий ядер изотопов, находящихся в конце периодической таблицы, создавали искусственные ядра, которые стали основателями радиоактивных семей с малым временем жизни.

Бомбардируя T 90 232 h дейтронами с энергией 690 М э В , образовывались радиоактивные ядра P 91 227 a . Реакция выглядит следующим образом:

Для изображения распада ядер P 91 227 a используется:

Такие искусственные радиоактивные элементы преимущественно β -активные, притом β — или β + -активные, узнаются по специальной диаграмме зависимости количества нейтронов от количества протонов в ядре для стабильных и радиоактивных ядер, как показано на рисунке. Расположение стабильных ядер присуще узкой зоне, ограниченной кривыми 1 и 2 . Изотопы, для которых соотношение N / Z > N с т / Z с т превышает значение, что отвечает 1 , принадлежащей области протонодефицитных ядер I . Прохождение такого распада может протекать с уменьшением N / Z , то есть при сокращении количества нейтронов N в ядре. В ядре происходят преобразования вида n → p + e — + v

e . Отсюда следует, что протонодефицитные ядра во время радиоактивного распада хаpaктеризуются распадом
β -частиц. И наоборот, ядра, располагаемые в области I I , нейтронодефицитных ядер

Процесс создания искусственных радиоактивных ядер также относят к делению тяжелых ядер. При делении ядер U 92 235 могут быть созданы два новых, относящихся к протонодефицитным, именно поэтому аналогичные ядра способны излучать β -частицы.

Некоторые радиоактивные изотопы, полученные искусственным путем после излучения электронов, еще могут излучать γ -кванты. Теперь возможно получать радиоактивные изотопы с высокой активностью. Это открывает возможности для создания компактных источников радиоактивности, широко используемые в науке и технике.

Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Радиоактивные превращения. Биологическое действие ионизирующих излучений.

Радиоактивность –это явление самопроизвольного превращения одних ядер в другие, сопровождающееся испусканием частиц. Элементы с порядковым номером более 83 – радиоактивные.

Различаются естественная и искусственная радиоактивности. Естественной радиоактивностью называется радиоактивность, наблюдающаяся у существующих в природе неустойчивых изотопов. Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций.

Виды радиоактивных излучений:Существует несколько видов радиоактивного излучения, отличающихся по энергии и проникающей способности, которые оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма.

Альфа-излучение — это поток положительно заряженных частиц, каждая из которых состоит из двух протонов и двух нейтронов. Проникающая способность этого вида излучения невелика. Оно задерживается несколькими сантиметрами воздуха, несколькими листами бумаги, обычной одеждой. Альфа-излучение может быть опасно для глаз. Оно пpaктически не способно проникнуть через наружный слой кожи и не представляет опасности до тех пор, пока радионуклиды, испускающие альфа-частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или вдыхаемым воздухом — тогда они могут стать чрезвычайно опасными. В результате облучения относительно тяжелыми положительно заряженными альфа-частицами через определенное время могут возникнуть серьезные повреждения клеток и тканей живых организмов.

Бета-излучение — это поток движущихся с огромной скоростью отрицательно заряженных электронов, размеры и масса которых значительно меньше, чем альфа-частиц. Это излучение обладает большей проникающей способностью по сравнению с альфа-излучением. От него можно защититься тонким листом металла типа алюминия или слоем дерева толщиной 1.25 см. Если на человеке нет плотной одежды, бета-частицы могут проникнуть через кожу на глубину несколько миллиметров. Если тело не прикрыто одеждой, бета-излучение может повредить кожу, оно проходит в ткани организма на глубину 1‑2 сантиметра.

Гамма-излучение, подобно рентгеновским лучам, представляет собой электромагнитное излучение сверхвысоких энергий. Это излучение очень малых длин волн и очень высоких частот. С рентгеновскими лучами знаком каждый, кто проходил медицинское обследование. Гамма-излучение обладает высокой проникающей способностью, защититься от него можно лишь толстым слоем свинца или бетона. Рентгеновские и гамма-лучи не несут электрического заряда. Они могут повредить любые органы.

Биологическое действие ионизирующих излучений. —Различают два вида эффекта воздействия на организм ионизирующих излучений: соматический и генетический. При соматическом эффекте последствия проявляются непосредственно у облучаемого, при генетическом — у его потомства. Соматические эффекты могут быть ранними или отдалёнными. Ранние возникают в период от нескольких минут до 30-60 суток после облучения. К ним относят покраснение и шелушение кожи, помутнение хрусталика глаза, поражение кроветворной системы, лучевая болезнь, летальный исход. Отдалённые соматические эффекты проявляются через несколько месяцев или лет после облучения в виде стойких изменений кожи, злокачественных новообразований, снижения иммунитета, сокращения продолжительности жизни.

Для биологического действия ионизирующих излучений хаpaктерен ряд общих закономерностей:

1) Глубокие нарушения жизнедеятельности вызываются ничтожно малыми количествами поглощаемой энергии.

2) Биологическое действие ионизирующих излучений не ограничивается подвергнутым облучению организмом, но может распространяться и на последующие поколения, что объясняется действием на наследственный аппарат организма.

3) Для биологического действия ионизирующих излучений хаpaктерен скрытый (латентный) период, т. е. развитие лучевого поражения наблюдается не сразу. Продолжительность латентного периода может варьировать от нескольких минут до десятков лет в зависимости от дозы облучения, радиочувствительности организма. Так, при облучении в очень больших дозах (десятки тыс. рад) можно вызвать «cмepть под лучом», длительное же облучение в малых дозах ведёт к изменению состояния нервной и других систем, к возникновению опухолей спустя годы после облучения.

Большое значение имеют также возраст, физиологическое состояние, интенсивность обменных процессов организма, а также условия облучения. При этом, помимо дозы облучения организма, играют роль: мощность, ритм и хаpaктер облучения (однократное, многократное, прерывистое, хроническое, внешнее, общее или частичное, внутреннее), его физические особенности, определяющие глубину проникновения энергии в организм (рентгеновское, гамма-излучение, альфа- и бета-частицы), плотность ионизации (под влиянием альфа-частиц она больше, чем при действии других видов излучения). Все эти особенности воздействующего лучевого агента определяют относительную биологическую эффективность излучения. Если источником излучения служат попавшие в организм радиоактивные изотопы, то огромное значение для биологического действия ионизирующих излучений испускаемого этими изотопами, имеет их химическая хаpaктеристика, определяющая участие изотопа в обмене веществ, концентрацию в том или ином органе, а следовательно, и хаpaктер облучения организма.

— Задача на применение законов сохранения массового числа и электрического заряда.

Определите, какая частица участвует в осуществлении ядерной реакции

Воспользовавшись свойством сохранения числа протонов и общего числа нуклонов при осуществлении ядерных реакций, можно определить, что неизвестная частица х содержит два протона и состоит из четырех нуклонов. Следовательно, это ядро атома гелия Не (а-частица).

— Задача на применение уравнения Эйнштейна для фотоэффекта.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.