Учебная работа. Радиоактивность и ядерные излучения

Учебная работа. Радиоактивность и ядерные излучения

Реферат

Тема: Радиоактивность и ядерные излучения

План

1. Общие сведения о радиоактивных излучениях

2. Строение атомного ядра

3. Радиоактивный распад

4. Взаимодействие излучений с веществом

4.1. Взаимодействие альфа-частиц с веществом

4.2.Взаимодействие бета-частиц с веществом

4.3.Взаимодействие гамма-излучения с веществом

4.4.Взаимодействие нейтронов с веществом

5. Дозиметрия

Литература

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЯХ

Радиоактивность возникли на земле со времени ее образования и человек за всю историю развития собственной цивилизации находился под воздействием естественных источников радиации. Земля подвержена радиационному фону, источниками которого служат излучения Солнца, галлактическое излучение, излучение от залегающих в Земле радиоактивных частей.

термин радиоактивность, радиация по латыни звучит как излучение, с которым мы встречаемся любой денек, зажигая электронный свет (электромагнитное излучение), включая телек (излучение электронов) либо загорая на солнце (ультрафиолетовое излучение). В предстоящем под термином радиоактивность мы будем разглядывать ионизирующее излучение, т.е. излучение, действующее на вещество и изменяющее физическое состояние атомов в нем. Явление радиоактивности было открыто французским физиком А. Беккерелем 1 марта 1896 года при случайных обстоятельствах. Беккерель положил несколько фотографических пластинок в ящик собственного стола и, чтоб на их не попал видимый свет, он прижал их кусочком соли урана. Опосля проявления и исследования он увидел почернение пластинки, объяснив это излучением солью урана невидимых лучей. От солей урана Беккерель перешёл к чистому железному урану и отметил, что эффект испускания лучей усилился. Так вышло открытие радиоактивности.

Исследования проявили, что эти лучи попадают через тонкие железные экраны и ионизируют газ, через который проходят. Их проникающая способность не зависит ни от температуры, ни от освещения, ни от давления. Их интенсивность не изменялась со временем. Восхитительной способностью найденного излучения оказалась его самопроизвольность. Эти лучи, окрестили позже рентгеновскими.

Поисками веществ, способных к лучеиспусканию, по предложению Беккереля занялись юный доктор Пьер Кюри и его жена Мария Складовская-Кюри. Эти учёные нашли, что урановая смоляная руда владеет способностью давать излучение, в 4 раза превосходящее по интенсивности излучение урана. Это свидетельствовало о том, что в руде находился источник излучения, наиболее мощнейший, чем уран. В 1898 году супруги Кюри открыли два новейших элемента — полоний, нареченный так в честь родины Марии Складовской-Кюри — Польши, и радий, что значит по латыни «испускающий лучи».

В честь супругов Кюри получил свое заглавие искусственно приобретенный трансурановый элемент с номером 96 — Кюрий. Посреди частей содержащихся в земной коре, радиоактивными являются все начиная с висмута, т.е. с порядковым номером наиболее 83 в таблице частей Менделеева.

Вещества, испускающие новейшие излучения были названы радиоактивными, а новое свойство вещества, связанное с испусканием излучения, по предложению М. Кюри, было названо радиоактивностью.

Скоро опосля открытия полония и радия Резерфордом было установлено, что радиоактивное излучение неоднородно по собственному составу. одна часть излучения поглощается узкой дюралевой фольгой, а иная проходила без конфигурации. анализ состава излучения проводился по отклонению его в магнитном поле (рис. 1.1). Было найдено, что излучение содержит три вида лучей — альфа, бета, палитра.

нрав отличия лучей в магнитном поле указывает, что альфа-лучи несут положительный заряд. Оказалось, что это атомы гелия, потерявшие два электрона, т.е. ядра атома гелия-4.

Ядро гелия-4 состоит из 2-ух положительных протонов и 2-ух нейтральных нейтронов. Все частички в ядре соединены крепкой связью и оно размеренно.

а-лучи — томные частички с малой проникающей способностью.

Бета-лучи — легкие частички с большенный проникающей способностью. Бета-лучи представляют собой поток стремительно парящих электронов. Их скорость близка к скорости света.

у-лучи владеют наибольшей проникающей способностью и представляют собою твердое электромагнитное излучение. Палитра-лучи владеют относительно малой ионизирующей способностью, в тоже время они имеют огромные частоты, чем рентгеновские лучи. Это свойство гамма-лучей привело к широкому использованию их в медицине, для исцеления злокачественных опухолей, диагностике болезней и т.д.

2. СТРОЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА

Все тела независимо от их агрегатного состояния состоят из мелких «кирпичиков», которые окрестили атомами. «Кирпичики» имеют разные типы связи зависимо от того к какому хим элементу таблицы Менделеева они принадлежат. Хим элемент — совокупа атомов 1-го типа. Древнейшие греки считали атом неразделимым, отсюда и произошел термин атом, «неразделимый». Но, как показано выше, атом является источником радиоактивного излучения, потому разглядим его строение наиболее тщательно.

Британский учёный Джозеф Джон Томпсон, проводя исследование катодных лучей, возникающих при электронном разряде в газах, в первый раз экспериментально нашел простые отрицательные заряды — электроны. Он же 1-ый измерил удельный заряд электрона — е/т (отношение заряда электрона к его массе). Было установлено, что электроны вырываются из атомов. Атомы, представлявшиеся ранее неразделимыми «кирпичиками мироздания», нашли узкую структуру.

В 1903 г. опосля открытия электрона Томсон предложил модель атома в виде положительной объемно заряженной сферы поперечником 10~10 м, снутри которого, подобно изюму в кексе, инкрустированы электроны. Отрицательный заряд электронов равен положительному заряду сферы. Излучение атомом Томсон разъяснял колебаниями электронов относительно центра сферы. Из модели Томсона следовало, что масса атома распределялась умеренно по всему размеру, но, как позже в 1908 году показал Э. Резерфорд в опытах по рассеянию «-частиц (ядер гелия узкой золотой фольгой), это являлось неверным.

В качестве «зондирующих» частиц были выбраны альфа-частицы, преимущество которых перед иными видами излучений — в их высочайшей монохроматичности (все альфа-частицы, вылетающие из атомов 1-го сорта имеют схожую скорость) и в их большенный массе (масса альфа-частицы превосходит массу электрона в 7296 раз). Из-за собственной большенный массы альфа-частицы не должны испытывать соударений с электронами, содержащимися в атоме, и по их рассеиванию в веществе можно судить о распределении положительно заряженной материи в атоме.

Схема опытов Резерфорда представлена на рис. 1.2. Альфа-частицы испускались источником 1, помещенным снутри свинцовой камеры с узеньким каналом 2 так, чтоб все частички, не считая передвигающихся вдоль оси канала, поглощались стенами камеры. Узенький пучок альфа-частиц попадал на узкую золотую фольгу 3, перпендикулярно к её поверхности. Альфа-частицы, прошедшие через фольгу и рассеянные ею, попадали на экран и вызывали вспышки (сцинтилляции) на нем. В промежутке меж фольгой и экраном создавался вакуум, чтоб не происходило доп рассеяния альфа-частиц в воздухе.

Опыты проявили, что в большинстве собственном частички опосля прохождения фольги сохраняли своё прежнее направление либо отклонялись на весьма малые углы. И только одна из 2 х 104 частиц отклонялась на угол, больший 90°. Для разъяснения результатов этих опытов Резерфорд представил, что весь положительный заряд сосредоточен в очень малом объеме атома — ядре. Остальной размер атома заполнен электронами, полный отрицательный заряд которых равен положительному заряду ядра. Так в 1911 году была сотворена ядерная модель атома.

Рассеяние альфа-частиц в данной модели атома получило обычное разъяснение. По правде, потому что электроны имеют очень малую массу, по сопоставлению с альфа-частицей и распределены по всему размеру атома, то а-частицы не должны испытывать приметного отличия из-за взаимодействия с электронами. Лишь те частички, которые проходят поблизости ядра испытывают мощное отклонение из-за кулоновских сил отталкивания меж положительно заряженной частичкой и мощным ядром. Но из-за малых размеров ядра возможность встречи альфа-частицы с ядром также мала, потому и число альфа-частиц, испытавших отличия на огромные углы, очень невелико.

На основании опытов Резерфорда по рассеянию альфа-частиц тонкими металлическими фольгами и теоретических расчетов была сформулирована ядерная модель ядра. По данной модели в центре атома — ядре, имеющем линейные размеры 10~ -10 м, сосредоточен весь положительный заряд атома и фактически вся его масса. Вокруг атома, в области размером приблизительно 10 м, по орбитам движутся электроны, масса которых составляет очень незначимую часть массы атома. Ядерная модель атомов припоминает галлактику: в центре системы находится «солнце» — ядро, а по орбитам вокруг него движутся «планетки» — электроны. «Планетарная» модель атома, дополненная постулатами Бора, оказалась очень плодотворной для разъяснения линейчатых спектров водородоподобных атомов, дозволила разъяснить природу характеристических рентгеновских спектров и ряд остальных физических явлений. В предстоящем эта модель атома перетерпела конфигурации, сохранив при всем этом свои главные черты. Атом состоит из ядра и электронов, расположенных вокруг ядра на определенных энергетических оболочках. Важными чертами ядра являются его заряд Z и масса М.

В 1911 г. в опытах Резерфорда по облучению альфа-частицами легких газов показано, что ядра расщепляются, с вылетом ядер водорода, которые потом были названы протонами. Эти опыты проявили, что протоны являются составной частью ядра.

В 1932 г. британский физик Дж. Чедвиг провел опыты по бомбардировке бериллиевой фольги альфа-частицами и открыл еще одну ядерную частичку — нейтрон, который по собственной массе был близок к протону.

Заряд ядра определяется числом простых положительных зарядов, содержащихся в нем, и совпадает с порядковым номером хим элемента в таблице Менделеева. Носителем простого положительного заряда является протон. Заряд протона (р) q = +1,6021 х Ю~19 Кл, масса покоя протона М = 1,6726 хЮ»26 кг =1836Ме (Ме = 9,11хЮ~31 кг). В состав ядра, не считая протонов, входят нейтроны. Нейтрон (п) — нейтральная частичка с массой покоя Мп = 1,6749 х 10~27 кг = 1839Ме.

В ядерной физике считается, что протон и нейтрон — два так именуемых зарядовых состояния одной и той же частички — нуклона (от латинского nucleus — ядро). Протон является протонным состоянием нуклона с зарядом +е , нейтрон — его нейтронным состоянием с нулевым зарядом. Нуклоны в ядре находятся в состояниях, хороших от их вольных состояний. Это соединено с тем, что в ядре меж нуклонами осуществляется особенное ядерное взаимодействие. От электромагнитного взаимодействия оно различается тем, что идиентично действует на заряженный протон и нейтральный в простом отношении нейтрон. действие ядерного взаимодействия проявляется на весьма близких ядерных расстояниях (около 10~13 м), величина весьма велика, позволяющая сжать ядерное вещество до плотности сотки миллионов тонн в 1 см3.

Масса атомного ядра совпадает фактически с массой всего атома, т.к. масса электронов мала. Ядро, как и нейтральный атом, символически обозначаются так АгХ , где X — знак хим элемента, Z — атомный номер (число протонов в ядре), А — общее число (число нуклонов в ядре). Массы атомов принято выражать в атомных единицах массы (а. е. м.). За атомную единицу массы принята 1/16 массы атома кислорода:

Не считая того применяется «унифицированная атомная единица массы» (у. а. е. м.), равная 1/12 массы атома углерода:

В природе есть огромное количество радиоактивных веществ, в согласовании со своими качествами они объединены в ряды тория и урана. Но и посреди их встречаются вещества с схожими хим качествами но с разными массами. Эти вещества были названы изотопами (от греческих слов «однообразный» и «пространство«), т.е. ядра с схожими Z, но различными А (т.е. с различными числами нейтронов N = А — Z). к примеру, водород (Z = 1) имеет три изотопа:— протий (Z = 1, N = 0), — дейтерий (Z = 1, N = 1), — тритий (Z = 1, N = 2). Ядра с схожими А, но различными Z именуются изобарами. Примером ядер-изобар могут служить.

3. РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД

В 1911 году Резерфорд и Содди проявили, что атомы неких веществ испытывают поочередные перевоплощения, образуя радиоактивные ряды, где любой член этого ряда возникает из предшествующего, при этом никакими наружными физическими действиями (температура, электронные и магнитные поля, давление) недозволено воздействовать на свойства распада.

Позднее, способность неких ядер самопроизвольно (спонтанно) преобразовываться в остальные ядра с испусканием разных видов излучения и простых частиц называли радиоактивностью. При всем этом различают два вида радиоактивности — естественную, наблюдающуюся у нестабильных изотопов атома, имеющихся в природе, и искусственную, наблюдающуюся у изотопов, образующихся в итоге ядерных реакций. Оба вида радиоактивности ничем принципно не различаются друг от друга и описываются одними и теми же законами радиоактивных перевоплощений.

процесс естественного, самопроизвольно происходящего радиоактивного перевоплощения именуется радиоактивным распадом, либо просто распадом. Ядра, испытывающие распад, именуются радионуклидами. Начальное атомное ядро именуется материнским, а ядро, образовавшееся в итоге распада, именуется дочерним.

Радиоактивный распад происходит со строго определённой скоростью, соответствующей для всякого данного элемента. время, за которое начальное число радиоактивных ядер в среднем миниатюризируется в два раза, именуется периодом полураспада Т. Периоды полураспада разных ядер колеблются в весьма широких границах. Так, к примеру, период полураспада уранасоставляет 4,5 миллиардов. лет, радия — 1620 лет, радона— 3,8 суток. Наиболее того, периоды полураспада у изотопов 1-го и того элемента могут очень различаться — уRa Т = 1630 лет, а уТ=0,001с.

Так как отдельные радиоактивные ядра распадаются независимо друг от друга, то закон радиоактивного распада носит статистический нрав. Можно показать, что законубывания во времени числа радиоактивных ядер данного вещества (законрадиоактивного распада) имеет вид

Тут— число радиоактивных ядер в момент времени, принятый за начало отсчёта, т.е. при t = 0 . N — число радиоактивных ядер в момент времени t. Я — неизменная для данного радиоактивного вещества величина, носящая заглавие неизменной радиоактивного распада. Меж неизменной радиоактивного распада и периодом полураспада существует обычная связь:

Среднее время жизни радиоактивного ядра г есть величина, оборотная неизменной радиоактивного распада, т.е. радионуклиды, из которых 37000 распадается каждую 5 секунду.

Радиоактивный распад происходит в согласовании с правилами смещения, установленными опытным путём. Правила смещения: => для альфа-распада (перевоплощения ядер, сопровождающиеся испусканием альфа-частиц)

:=>

для бета распада (перевоплощения ядер, сопровождающиеся, испусканием бета-частиц)

Активностью А нуклида в радиоактивном источнике именуется число распадов, происходящих с ядрами эталона в единицу времени:

где— число ядер, распавшихся в среднем за интервал времени от t до t + dt.

Единица активности в системе СИ — беккерелъ (Бк): 1 Бк — активность нуклида, при которой за 1 с происходит один распад. Внесистемная единица активности — кюри (Ки):

Бк.

1 кюри равен числу распавшихся ядер содержащихся в 1 г радия за 1 с (3,7 храс/сек).

Милликюри —Ки.

Микрокюри —Ки.

На всех картах радиационного загрязнения, явившегося результатом Чернобыльской катастрофы, приводится радиационная плотность загрязнения, т.е. радиоактивность на единицу площади.

К примеру, если вы проживаете на местности с плотностью загрязнения земли 1 Ки/кв. км либо 37000 Бк/кв. м (37 кБк/кв. м), то это значит, что на одном квадратном метре данной земли находятся

где X — хим знак материнского ядра, — ядро атома гелия,— символическое обозначение электрона (заряд его равен —1, общее число равно 0).

Правила смещения являются следствиями 2-ух законов сохранения, выполняющихся при радиоактивных распадах — сохранения электронного заряда и массового числа: сумма зарядов (массовых чисел) возникающих ядер и частиц равна заряду (массовому числу) начального ядра.

Получившееся в итоге распада дочернее ядро тоже быть может радиоактивным. В итоге возникает цепочка либо ряд радиоактивных перевоплощений, заканчивающихся размеренным изотопом. совокупа частей, образующих цепочку, именуется радиоактивным семейством. Семейство именуется по более долгоживущему элементу (с большим периодом полураспада) «родоначальнику» семейства: тория уранаи актиния. Конечными нуклидами являются соответственно

В таблице 1 представлена цепочка семейства урана.

Таблица 1. Семейство урана.

Вид излучения

Нуклид

Период полураспада

б

Уран-238

4,47 миллиардов.лет

в

Торий-234

24,1 суток

в

Протактиний-234

1,17 минут

б

Уран-234

245000 лет

б

Торий-230

8000 лет

б

Радий-226

1600 лет

б

Радон-222

3,823 суток

б

Полоний-218

3,05 минут

в

Свинец-214

26,8 минут

в

Висмут-214

19,7 минут

б

Полоний-214

0,000164 секунды

в

Свинец-210

22,3 лет

в

Висмут-210

5,01 суток

в

Полоний-210

138,4 суток

Свинец-206

размеренный

4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЙ С ВЕЩЕСТВОМ

Для регистрации радиоактивности и мер защиты от ядерных излучений, нужно знать за счет каких действий пропадает энергия излучения, проходя через вещество; какова ионизирующая способность разных видов излучения.

В главном заряженные частички, проходя через вещество, теряют свою энергию за счет столкновений с атомами этого вещества. Потому что масса ядра вещества на много больше по сопоставлению с массой электронов атома, то наблюдаются значительные различия меж столкновениями «электрическими» (падающая частичка сталкивается с электроном) и «ядерными» столкновениями (падающая частичка сталкивается с ядром атома). В первом случае происходит возбуждение либо ионизация атома (неупругое столкновение), во 2-м — частичка и атом приходят в движение как единая система (упругое столкновение). Ядерные столкновения происходят в веществе неоднократно, что приводит к рассеянию частиц. Если в итоге взаимодействия возникают новейшие частички либо исчезают начальные, то этот процесс именуют реакцией. А именно, если появляются при содействии ядра с новенькими качествами, то реакция именуется ядерной.

процесс радиоактивного перевоплощения частей постоянно сопровождаются выбросом простых частиц. Это могут быть заряженные частички такие, как альфа-, бета-частицы, протоны и остальные, нейтральные — нейтроны, нейтрино, так и палитра кванты разных энергий.

Пучки заряженных простых частиц, ядра лёгких частей, ионов оказывают ионизирующее действие на вещество, через которые они проходят. Опосредствованное ионизирующее действие оказывают и нейтральные частички, до этого всего нейтроны: в итоге взаимодействия этих частиц с ядрами веществ испускаются ядром протон и палитра квант, которые и вызывают ионизацию среды.

Разглядим процессы, сопровождающие прохождение ионизирующего излучения через вещество.

4.1 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЛЬФА-ЧАСТИЦ С ВЕЩЕСТВОМ

История открытия и исследования альфа-частиц связана с именованием Резерфорда. С помощью альфа-частиц Резерфорд проводил исследования большинства атомных ядер.

Альфа-частицы это атомы гелия, потерявшие два электрона, т.е. ядра атома гелия

Ядро гелия, состоящее из 2-ух протонов и 2-ух нейтронов стабильно, частички соединены в нем крепко.

В истинное время понятно наиболее 200 альфа активных ядер, основным образом тяжёлых (А > 200, Z > 82 ), исключение составляют редкоземельные элементы (А=140-160). Примером альфа распада может служить распад изотопов урана:

Скорости, с которыми альфа-частицы ,, вылетают из распавшегося ядра, весьма значительны и колеблются для различных ядер в границах от 1,4 х 107 до 2,0×10′ м/с, что соответствует кинетическим энергиям этих частиц 4—8,8 МэВ. Альфа-частицы в состав ядра не входят, и, по современным представлениям, они образуются в момент радиоактивного распада при встрече передвигающихся снутри ядра 2-х протонов и 2-х нейтронов.

Пролетая через вещество, альфа-частицы равномерно теряют свою энергию, затрачивая ее на ионизацию газов. Причём сначала пути, когда энергия альфа-частиц велика, удельная ионизация меньше, чем в конце пути.

Под пробегом частички в веществе понимается толщина слоя этого вещества, которую может пройти эта частичка до полной остановки. Пробег частиц в главном определен для томных частиц, т.к. их путь представляет прямую линию с минимальным рассеянием. Пробег альфа-частиц зависит как от энергии частиц, так и от плотности вещества, в каком они движутся.

По пробегу альфа частички можно найти ее энергию.

4.2 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БЕТА-ЧАСТИЦ С ВЕЩЕСТВОМ

Бета-распад происходит, когда подмена в атомном ядре ( нейтрона на протон энергетически прибыльна, и образующееся новое ядро имеет огромную энергию связи. Бета-излучение состоит из бета-частиц (электронов либо позитронов), которые испускаются при бета-распаде радиоактивных изотопов. Электроны не входят в состав ядра и не выбрасываются из оболочки атома, при электроном бета- распаде происходит перевоплощение нейтрона в протон с одновременным образованием электрона и вылетом антинейтрино. При всем этом заряд ядра и его порядковый номер растут на единицу. электрический распад характерен для ядер с лишним числом нейтронов. Примером электрического бета-распада может служить распад стронция:

При позитронном бета-распаде происходит перевоплощение протона в нейтрон с образованием и выбросом из ядра позитрона. Заряд и порядковый номер ядра уменьшаются на единицу. Позитронный бета-распад наблюдается для неуравновешенных ядер с лишним числом протонов. Примером позитронного бета-распада может служить распад радионуклида натрия:

К бета-распаду относится также электрический захват (е-захват), т.е. захват атомным ядром 1-го из электронов собственного атома. При всем этом один из протонов ядра преобразуется в нейтрон и испускается нейтрино. Возникшее ядро может оказаться в возбужденном состоянии.

Переходя в основное состояние оно испускает гамма-фотон. Пространство в электрической оболочке, освобожденное захваченным электроном, заполняется электронами из вышестоящих слоев, в итоге возникает рентгеновское излучение.

Примером электрического захвата может служить последующая реакция:

Бета-частицы, испускаемые при бета-распаде, имеют различную энергию, потому и пробег их в веществе не схож. Путь, проходимый бета-частицей в веществе, представляет собою не прямую линию, как у альфа-частиц, а ломаную. Взаимодействуя с веществом среды, бета-частицы проходят поблизости ядра. В поле положительно заряженного ядра негативно заряженная бета-частица резко тормозится и теряет при всем этом часть собственной энергии. Эта энергия излучается в виде тормозного рентгеновского излучения. С повышением энергии бета-частиц и атомного номера вещества интенсивность рентгеновского излучения увеличивается.

Ионизирующая способность бета-частиц много меньше, а длина пробега много больше, чем у альфа-частиц.

4.3 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ

В литературе нередко встречаются определения радиоактивных излучений: рентгеновские либо гамма-лучи, либо общее заглавие — электромагнитные волны с маленькими длинами волн, которые владеют большенный проникающей способностью в веществе. Разные наименования рентгеновские и палитра лучи — соединены не с разными физическими качествами этих лучей, а со методом их получения. Более нередко употребляется гамма-излучение, которое не является самостоятельным видом радиоактивности, а лишь аккомпанирует альфа- и бета- распады. Оно возникает при ядерных реакциях, при торможении заряженных частиц и т.д.

Палитра-излучение испускается дочерним ядром. Дочернее ядро в момент собственного образования оказывается возбуждённым, а потом за времяс оно перебегает в основное состояние с испусканием гамма-излучения. Ворачиваясь в основное состояние, ядро может пройти через ряд промежных состояний, потому гамма-излучение может содержать несколько групп гамма-квантов, различающихся значениями энергии.

Палитра-кванты, владея нулевой массой покоя, не могут замедляться в среде, они либо поглощаются либо рассеиваются. Палитра-излучение не имеет заряда и тем не испытывает воздействия кулоновских сил. При прохождении пучка гамма-квантов через вещество их энергия не изменяется, но миниатюризируется интенсивность, согласно закону(— интенсивности гамма-излучения на входе и выходе слоя всасывающего вещества шириной X, — коэффициент поглощения); зависит от параметров вещества и энергии гамма-квантов.

Главными действиями, провождающими прохождение гамма-излучения через вещество является фотоэффект, компто-новское рассеяние и образование электронно-позитронных пар (рис. 1.3).

Фотоэффектом именуется процесс, при котором атом на сто процентов поглощает палитра квант с энергией hv и испускает электрон с кинетической энергией Ek , равной

где I — энергия ионизации соответственной атомной оболочки. Если энергия hv достаточна для вырывания электрона из хоть какой атомной оболочки (hv >), то более возможным будет испускание очень связанных, т.е. глубинных атомных электронов. Повышение порядкового номера z поглотителя приводит к повышению вероятности фотоэффекта, так как ослабляется связь электронов с атомным остатком и увеличивается число электронов в атоме. С ростом энергии hv возможность фотоэффекта снижается.

Комптоновским рассеянием именуется таковой процесс, при котором гамма-квант, взаимодействуя со слабо связанным электроном, передает ему часть собственной энергии hv и рассеивается под углом q к начальному направлению, а электрон покидает атом, владея кинетической энергией.

Повышение энергии палитра квантовприводит к однообразному убыванию вероятности Комптон-эффекта.

Рождение электронно-позитронной пары — процесс, при котором гамма-квант преобразуется в пару частиц — электрон и позитрон, в итоге взаимодействия с электронным полем ядра либо электрона. процесс рождения пары частиц в поле ядра вероятен при энергиях гамма-квантов превосходящих 1,02 МэВ. Для появления такового же процесса в поле электрона энергия палитра квантов обязана достигнуть порогового значения 2,04 МэВ.

Механизм поглощения гамма-излучения зависит от его энергии. Если энергия кванта меньше 100-200 кэВ, то более возможным механизмом поглощения является фотоэффект. Образовавшийся при фотоэффекте электрон способен вызвать ионизацию среды в какой он движется. При энергиях, огромных 200 кэВ и прямо до 100 МэВ, главным механизмом поглощения энергии палитра квантов является Комптон-эффект. Начиная с энергии палитра кванта 1,02 МэВ возникает возможность образования электронно-позитронных пар. Энергия кванта, равная 1,02 МэВ, расходуется на образование пары, а излишек энергии кванта перебегает в кинетическую энергию образующихся частиц, которые теряют эту энергию при столкновении с электронами. вместе с действием образования пар происходит их аннигиляция с образованием 2-ух палитра квантов

4.4 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕЙТРОНОВ С ВЕЩЕСТВОМ

Нейтроны, имеющие нулевой заряд, не ведут взаимодействие с электрической оболочкой встреченных атомов, а потому могут просачиваться вглубь их. Проникающая способность нейтронов очень велика. При всем этом нейтроны могут или поглощаться ядрами, или рассеиваться на их. При упругом рассеивании на ядрах углерода, азота, кислорода и остальных частей, входящих в состав тканей, нейтроны теряют только 10-15% энергии, а при столкновении с практически равными с ними по массе ядрами водорода — протонами — энергия нейтрона миниатюризируется в среднем в два раза. Потому, с одной стороны, вещества, содержащие огромное количество атомов водорода (вода, парафин), употребляют для замедления нейтронов. С иной стороны, процесс упругого соударения нейтронов с протонами употребляется для регистрации стремительных нейтронов. По правде при упругом ударе нейтрона с недвижным протоном крайнему передаётся большая часть кинетической энергии нейтрона — нейтрон фактически останавливается, а протон начинает двигаться в том направлении, в каком двигался нейтрон. Передвигающийся протон на своём пути производит интенсивную ионизацию, которая регится счётчиком либо камерой Вильсона.

Испытавшие столкновение нейтроны совершают хаотическое движение с термическими скоростями. Такие термо нейтроны могут быть зарегистрированы при помощи ядерных реакций, при которых нейтрон, проникая в ядро, содействует вылету из него высокоэнергетической альфа-частицы. По количеству ионизации, производимых этими альфа-частицами, можно судить о прохождении через камеру неспешных нейтронов.

Не считая упругих взаимодействий нейтронов с ядрами, вероятны и неупругие взаимодействия. При таком содействии нейтрон поглощается ядром. В итоге этого поглощения (радиационного захвата) появляется нестабильный тяжёлый изотоп, который испытывает бета-распад, сопровождающийся гамма-излучением. процесс радиационного захвата нейтронов употребляется в технике для получения искусственных радиоактивных нуклидов, к примеру, кобальта (радиоактивный распадсопровождается испусканием бета-частиц с наибольшей энергией 1,33 МэВ).

Представляет Энтузиазм реакция протекающая в атмосфере повсевременно под действием нейтронов, содержащихся в галлактическом излучении. Возникающий при всем этом углеродрадиоактивен, его период полураспада составляет 5730 лет. Радиоуглерод усваивается растениями в итоге фотосинтеза и участвует в круговороте веществ в природе. Установлено, что сбалансированная концентрация в разных местах земного шара схожа и соответствует приблизительно 14 распадам за минуту на любой гр углерода. Когда организм погибает, процесс усвоения углерода прекращается и концентрация в организме начинает убывать по закону радиоактивного распада. Таковым образом, измерив концентрацию в останках организмов, тканей и т.д. можно найти их возраст.

Захватом нейтрона сопровождается также одна из важных реакций — реакция деления, в итоге которой ядро делится на две приблизительно равные по массе части. При делении ядра образуются новейшие вторичные нейтроны: два-три на любой акт деления, которые могут, в свою очередь, вызвать деление остальных ядер вещества, что в соответственных критериях может вызвать цепную реакцию.

Реакции деления атомных ядер будут рассмотрены наиболее тщательно ниже.

В заключение заметим, что при попадании нейтронов на тело человека, так же как палитра квантов либо альфа, бета-частиц, их действие сводится, в конечном счете, к ионизации био ткани (Строение тканей живых организмов изучает наука гистология). Напомним коротко характеристики 3-х видов излучений.

Альфа излучение — проникающая способность невелика, задерживается листом бумаги, одежкой, неповрежденной кожей; оно не представляет угрозы до того времени, пока радиоактивные вещества не попадут вовнутрь организма с едой либо вдыхаемым воздухом. При попадании вовнутрь организма альфа-излучение приводит к суровому повреждению близкорасположенных клеток.

Бета излучение — резвые, передвигающиеся с большой скоростью электроны, проходит в ткани (Строение тканей живых организмов изучает наука гистология) организма на глубину 1-2 см, но от него можно защититься узким слоем сплава — 1,25 см, слоем дерева либо плотной одежкой.

Палитра излучение и рентгеновское излучение — электромагнитное излучение, владеет весьма большенный энергией и проникающей способностью, оно проходит через био ткани (Строение тканей живых организмов изучает наука гистология) человека и его можно задержать только свинцовыми либо бетонными плитами.

Основную дозовую нагрузку на организм человека в итоге Чернобыльской катастрофы на местности Гомельской и Могилевской областей определяют последующие радионуклиды и виды излучений:

цезий-137 — 90%- гамма-частиц, 10% бета-частиц,

стронций-90 — 100% альфа-частиц,

плутоний — 100% альфа-частиц,

калий-40 — (естественный радионуклид) 10% — гамма-частиц, 90% — бета-частиц.

Не считая перечисленных выше радионуклидов в почвах и растениях гамма-излучения определяют также цезий-134, церий-144, рутений-106.

При прохождении ионизирующего излучения через вещество происходит утрата энергии излучения. Среднюю энергию частички, теряемую на единице длины её пути в веществе именуют линейной передачей энергии (ЛПЭ). понятие ЛПЭ было введено в 1954 году. За единицу ЛПЭ принимают 1 кэВ на 1 км пути: 1 кэВ/мкм = 62 Дж/м. Все ионизирующие излучения зависимо от значения ЛПЭ делятся на редко- и плотно ионизирующие. К изредка ионизирующим излучениям принято относить все виды излучения, для которых ЛПЭ = 10 кэВ/мкм, а к плотно ионизирующим — те, для которых ЛПЭ > 10 кэВ/мкм. Для заряженных частиц ЛПЭ увеличивается с уменьшением их скорости.

5. ДОЗИМЕТРИЯ

Повреждения, вызванные в живом организме излучением, будут тем больше, чем больше энергии излучения передается тканям. количество таковой переданной организму энергии именуется дозой. Измеряемые физические величины связанные с радиационным эффектом именуют дозиметрическими. Задачей дозиметрии является измерение неких физических величин для пророчества либо оценки радиационного эффекта, а именно радиобиологического. Всераспространенными дозиметрическими величинами являются поглощенная доза, экспозиционная доза, эквивалентная доза, действенная эквивалентная доза, ожидаемая доза и коллективная доза. Как найти эти дозы? Если человек подвергается действию ионизирующего излучения, то нужно знать распределение интенсивности излучения в пространстве. Не считая того, всасывающая способность тканей различна. Потому для свойства энергии ионизирующего излучения употребляют экспозиционную дозу.

Экспозиционная доза — мера ионизационного деяния фотонного излучения, определяемая по ионизации воздуха в критериях электрического равновесия, т.е. если поглощенная энергия излучения в неком объеме среды равна суммарной кинетической энергии ионизирующих частиц (электронов, протонов).

Экспозиционная доза является конкретно измеряемой физической величиной.

В СИ единицей экспозиционной дозы является один Кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемная единица экспозиционной дозы — рентген

Кл/кг, а 1Кл/кг= 3,876 х 103 Р.

Рентген — единица экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучения, при прохождении которого через 0,001239 г воздуха в итоге окончания всех ионизационных действий, вызванных сиим излучением, появляется 2,08х109 пар ионов. Отметим, что 0,001293 г — масса 1 см3 сухого атмосферного воздуха при обычных критериях. Экспозиционная доза охарактеризовывает радиационную обстановку независимо от параметров облучаемых объектов.

Всасывающая способность объекта может очень изменяться зависимо от энергии излучения, её вида и интенсивности, также от параметров самого всасывающего объекта. Для свойства поглощенной энергии ионизирующего излучения вводят понятие поглощенной дозы, определяемой как энергия поглощения в единице массы облучаемого вещества. Единица поглощенной дозы выражается в греях (Гр), 1Гр = 1Дж/кг. Единица названа по имени Луи Гарольда Грея — лауреата премии имени Рентгена, радиобиолога. Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад: 1 рад — 100 эрг/г = 0,01 Дж/кг; 1Гр = 1Дж/кг = 100 рад.

Нередко употребляют понятие интегральной дозы, т.е. энергии, суммарно поглощенной во всем объеме объекта. Интегральная доза измеряется в Джоулях (1Гр х кг = 1 Дж)

Поглощенная доза не учитывает пространственного распределения поглощенной энергии. При схожей поглощенной дозе альфа-излучение еще опаснее бета- либо гамма-излучения. Для учета этого явления вводят понятие эквивалентной дозы.

Эквивалентная доза излучения представляет собой поглощенную дозу, умноженную на коэффициент, отражающий способность излучения данного вида повреждать ткани (Строение тканей живых организмов изучает наука гистология) организма; альфа-излучение считается при всем этом в 20 раз опаснее остальных видов излучений. В СИ для единицы эквивалентной дозы излучения употребляют зиверт (Зв). Эта единица названа по имени Зиверта — большого исследователя в области дозиметрии и радиационной сохранности. По его инициативе сотворена сеть станций наблюдения за радиоактивным загрязнением наружной среды. Внесистемной единицей эквивалентной дозы излучения является бэр.

Эквивалентная доза излучения быть может найдена через поглощенную дозу D, умноженную на средний коэффициент Q свойства излучения био ткани (Строение тканей живых организмов изучает наука гистология) обычного состава и на преобразующий фактор N: Если излучение смешанное, то формула будет иметь вид TV

где i — индекс вида энергии излучения.

Применяемый в формулах коэффициент свойства излучения представляет собой безразмерный коэффициент Q, который предназначен для учета воздействия микрораспределения поглощенной энергии на степень проявления вредного био эффекта. значения коэффициента свойства для разных видов излучений даны в таблице 2

Таблица 2 Коэффициент свойства для разных видов излучений.

Вид излучения

Рентгеновское и гамма-излучение

1

Бета-излучение

1

Протоны с энергией меньше 10 МэВ

10

Нейтроны с энергией меньше 20 КэВ

3

Нейтроны с энергией: 0,1-10 МэВ

10

Альфа-излучение с энергией меньше 10 МэВ

20

Тяжёлые ядра отдачи

20

Следует также учесть, что одни части тела (органы, ткани (Строение тканей живых организмов изучает наука гистология)) наиболее чувствительны, чем остальные. к примеру, при схожей эквивалентной дозе облучения появление рака легких наиболее возможно, чем рака щитовидной железы. Потому дозы облучения органов и тканей, также следует учесть с различными коэффициентами.

Коэффициенты радиационного риска для различных тканей (органов) человека при равномерном облучении всего тела, рекомендованные для вычисления действенной эквивалентной дозы приведены в таблице 3.

Таблица 3. Коэффициенты радиационного риска

Органы либо ткани (Строение тканей живых организмов изучает наука гистология)

Коэффициент радиационного риска

Красноватый костный обычно расположенный в головном отделе тела и представляющий из себя малогабаритное скопление орган животного, служащий для передачи в обычно расположенный в головном отделе тела и представляющий собой компактное скопление нервных клеток и их отростков»> обычно расположенный в головном отделе тела и представляющий собой компактное скопление нервных клеток и их отростков»>мозг

(центральный отдел нервной системы животных, обычно расположенный в головном отделе тела и представляющий собой компактное скопление нервных клеток и их отростков)

0,12

Костная ткани (Строение тканей живых организмов изучает наука гистология)

0,3

Яичники либо семенники

0,25

организм в целом

1

Умножив эквивалентную дозу на надлежащие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективно-эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма. Она также измеряется в зивертах.

Рассмотренные понятия обрисовывают лишь персонально получаемые дозы. Просуммировав личные эквивалентные дозы, приобретенные группой людей мы придем к коллективной действенной дозе, которая измеряется в человеко-зивертах (чел.-Зв).

Не считая того, вводят очередное определение, так как почти все радионуклиды распадаются весьма медлительно и останутся радиоактивными и в определенном будущем. Коллективную эффективную эквивалентную дозу, которую получают почти все поколения людей именуют ожидаемой (полной) коллективной действенной эквивалентной дозой.

одна и та же доза, но приобретенная в минуту либо за десятилетия, может оказать различное воздействие на организм. Потому сказать, что кто-то получил такую-то дозу, будет недостаточно, потому что на основании данной инфы не постоянно можно создать заключение о угрозы последствий. При приобретенном облучении нужно подразумевать две его индивидуальности. 1-ая состоит в том, что радиационная доза облучения скапливается в организме со временем, а 2-ая — чем меньше каждодневная доза и чем больше промежутки меж облучениями, тем больше суммарная доза, приводящая к этим же последствиям, что и в прошлых вариантах. Таковым образом, доза, приобретенная за наиболее долгий срок, наименее вредоносна, чем таковая же доза, приобретенная за наиболее маленький срок.

В истинное время опосля Чернобыля принята интернациональная норма радиационной безопасности, которая допускает дозу облучения в 0,1 Бэр в год, что равно 1 мЗв в год. Таковым образом, за жизнь человека предельная доза скопления составляет 7 Бэр либо 70 мЗв.

При расчетах дозиметрических характеристик в итоге Чернобыльской катастрофы нужно употреблять все вероятные пути действия ионизирующих излучений на человеческий организм, также радиационные причины не только лишь конкретно опосля трагедии, да и в процессе жизнедеятельности в следующем. один из ведущих американских радиологов Джон Гофман в собственной книжке «Чернобыльская трагедия: радиационные последствия для реального и грядущего поколений» приходит, к последующему.

Данные о связи меж повреждениями в генетическом аппарате и целым рядом тяжелейших заболеваний (раковые тела и представляющий собой компактное скопление нервных клеток и их отростков»> работоспособности»> работоспособности»>заболевания (нарушения нормальной жизнедеятельности, работоспособности) быть может уменьшен за счет фракционирования, неприемлемы к человеку. При низких дозах облучения риск ракового работоспособности»>смертей от индуцированного радиацией рака.

Относительная био эффективность рентгеновского излучения приблизительно в 2 раза выше, чем а-лучей.

Теория гормезиса, т.е. наличия полезного эффекта от действия низких доз радиации, не имеет под собой научной базы.

Во избежание небезопасных последствий для здоровья людей нужно организовать институт независящих интернациональных профессионалов для оценки сохранности всех больших проектов, связанных с внедрением ядерной энергии и ядерных технологий.

Литература

1. Савенко В.С. Радиоэкология. — Мн.: ПРО, 1997.

2. М.М. Ткаченко, “Радіологія (променева діагностика та променева терапія)”

3. А.В.Шумаков Короткое пособие по радиационной медицине. Луганск -2006

4. Бекман И.Н. Лекции по ядерной медицине

5. Л.Д. Линденбратен, Л.Б. Наумов Мед рентгенология. М. Медицина 1984

6. П.Д.Хазов, М.Ю.Петрова. Базы мед радиологии. Рязань,2005

7. П.Д. Хазов. Лучевая другими словами заключения о сути заболевания и состоянии пациента»>диагностика (процесс установления диагноза, то есть заключения о сущности болезни и состоянии пациента). Цикл лекций. Рязань. 2006

]]>