Радиоактивность. Виды и законы радиоактивного излучения

Навигация по статье:

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.

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
• 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:
• 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.

Видео:

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).

Радиация существовала задолго до появления человека и сопровождает человека от рождения до смерти. Ни один из наших органов чувств не способен распознавать коротковолновое излучение. Для выявления его человеку пришлось изобрести специальные приборы, без которых никак нельзя судить ни об уровне радиации, ни об опасности, которую она в себе несет.

История изучения радиоактивности

Все живое на нашей планете возникло, развивалось и существует в условиях, иногда далеких от благоприятных. На живые организмы действуют перепады температур, атмосферные осадки, движение воздуха, изменения атмосферного давления, чередование дня и ночи и другие факторы. Среди них особое место занимает ионизирующая радиация, образующаяся за счет 25 природных радиоактивных элементов, таких как уран, радий, радон, торий и др. Естественная радиоактивность - это частицы, летящие сквозь атмосферу от Солнца и звезд Галактики. Это два источника ионизирующего облучения всего живого и неживого.

Рентгеновское, или γ-излучение, представляет собой электромагнитные волны с высокой частотой и чрезвычайно большой энергией. Все виды ионизирующего излучения обусловливают ионизацию и изменение облучаемых объектов. Считается, что все живое на Земле приспособилось к действию ионизирующих излучений и не реагирует на них. Существует даже гипотеза, что естественная радиоактивность - это двигатель эволюции, благодаря которому возникло такое большое количество видов, самых разнообразных по форме и способам жизни организмов, поскольку мутации есть не что иное, как возникновение новых признаков организма, которые могут привести к появлению совершенно нового вида.

В течение XVIII-XIX столетий, а особенно сейчас, естественный радиационный фон на Земле повысился и продолжает увеличиваться. Причиной стала прогрессирующая индустриализация всех развитых стран, в результате которой при увеличении добычи металлических руд, угля, нефти, строительных материалов, удобрений и других полезных ископаемых на ее поверхность в больших количествах поступают различные минералы, содержащие природные радиоактивные элементы. При сжигании минеральных источников энергии, особенно таких, как уголь, торф, горючие сланцы, в атмосферу попадает много различных веществ, в том числе и радиоактивных. В середине XX века была открыта искусственная радиоактивность. Это привело к созданию атомной бомбы в США, а затем и в других странах, а также к развитию атомной энергетики. Во время атомных взрывов, работы АЭС (особенно при авариях), в окружающей среде, кроме постоянного естественного фона, накапливается искусственная радиоактивность. Это приводит к появлению очагов и больших территорий с высоким уровнем радиоактивности.

Что такое радиоактивность, кто открыл это явление?

Радиоактивность была открыта в 1896 году физиком из Франции А. Беккерелем. Он определил, что главным источником радиационного облучения является гамма-излучение вследствие его большой проникающей способности. Радиоактивность - это излучение, которому постоянно подвергается человек в результате воздействия природных источников радиации (космические и солнечные лучи, земное излучение). Его называют естественным радиационным фоном. Он существовал всегда: с момента образования нашей планеты и до настоящего времени. Человек, как и любой другой организм, постоянно находится под действием естественного радиационного фона. По данным Научного Комитета ООН по действию атомной радиации (НКДАР), радиоактивное облучение человека, вызванное действием природных источников радиоактивности, составляет около 83 % всей радиации, полученной человеком. Остальные 17 % вызываются техногенными источниками радиоактивности. Открытие и практическое применение ядерной энергии вызвало много проблем. С каждым годом расширяется сфера контактов человечества и всего живого с ионизирующим излучением. Уже сегодня из-за загрязнения почвы и атмосферы радиоактивными продуктами атомной энергетики и экспериментальных ядерных взрывов, большого распространения лучевого лечения и медицинской диагностики, применения новых стройматериалов радиационное давление увеличилось более чем в два раза.

Виды радиоактивности

На получение человеком предельных доз действует искусственная и естественная радиоактивность. Это процесс, который активизирует изучение биологического воздействия радиации все более широким кругом лиц. Каждый человек должен знать, какая есть связь между мощностью экспозиционной дозы излучения (МЭД) и эквивалентной дозой облучения, которая является определяющей для оценки ущерба, причиненного человеку радиацией.

β-частицы имеют энергию примерно от 0,01 до 2,3 МэВ, движутся со скоростью света. На своем пути создают в среднем 50 пар ионов на 1 см пути и не так быстро тратят свою энергию, как α-частицы. Чтобы задержать β- облучение, требуется металл толщиной не менее 3 мм.

Естественная радиоактивность вещества - это когда α-частицы выпускаются ядрами и имеют энергию от 4 до 9 МэВ. Выброшеные из ядер с большой начальной скоростью (до 20000 км/с), α-частицы тратят энергию на ионизацию атомов вещества, которые встречаются на их пути (в среднем 50 000 пар ионов на 1 см пути), и останавливаются.

γ-излучение принадлежит к электромагнитному излучению с длиной волны меньше 0,01 нм, энергия γ-кванта изменяется примерно от 0,02 до 2,6 МэВ. Фотоны γ-излучения поглощаются в одном или в нескольких актах взаимодействия с атомами вещества. Вторичные электроны ионизируют атомы окружающей среды. Частично гамма-излучение задерживается лишь толстой свинцовой (толщиной более 200 мм) или бетонной плитой.

Явление радиоактивности - это излучения, сопровождающиеся освобождением разного количества энергии и обладающие различной проникающей способностью, поэтому они оказывают различное влияние на организмы и экосистемы в целом. В дозиметрии пользуются величинами, которые количественно характеризуют радиоактивное свойство вещества и вызванные действием радиации эффекты: активность, экспозиционная доза излучения, поглощенная доза излучения, эквивалентная доза облучения. Открытие радиоактивности и возможность искусственного превращения ядер способствовали разработке методов и техники измерения радиоактивности элементов.

Лучевая болезнь

Радиоактивность - это излучение, которое является причиной лучевой болезни. Различают хроническую и острую формы этой болезни. Хроническая лучевая болезнь начинается в результате долгого облучения организма малыми (от 1 мЗв до 5 мЗв в сутки) дозами радиации после накопления суммарной дозы 0,7 ... 1,0 Сб. Острая лучевая болезнь вызывается однократным интенсивным облучением от 1-2 Зв дозе более 6 Сб. Выполненные расчеты эквивалентной дозы облучения показывают, что дозы, которые получает человек в обычных условиях в городе, к счастью, значительно ниже, чем те, что вызывают лучевую болезнь.

Мощность эквивалентной дозы, вызванной естественным излучением, - от 0,44 до 1,75 мЗв в год. Во время медицинской диагностики (рентгеновские исследования, лучевая терапия и т.д.) человек получает примерно 1,4 мЗв в год. Добавим, что в строительных материалах (кирпиче, бетоне) в небольших дозах также присутствуют радиоактивные элементы. Поэтому доза облучения возрастает еще на 1,5 мЗв в течение года.

Для фактологической оценки вредности радиоактивного излучения используют такую характеристику, как риск. Под риском обычно понимают вероятность нанесения вреда здоровью или жизни человека в течение определенного отрезка времени (как правило, в течение одного календарного года), рассчитывая его по формуле относительной частоты наступления опасного случайного события в совокупности всех возможных событий. Основным проявлением ущерба, причиненного радиоактивным излучением, является заболевание человека раком.

Группы радиотоксичности

Радиотоксичность - свойство радиоактивных изотопов вызвать патологические изменения при поступлении их в организм. Радиотоксичность изотопов зависит от ряда их характеристик и факторов, главными из которых являются следующие:

1) время поступления в организм радиоактивных веществ;

3) схема радиоактивного распада в организме;
4) средняя энергия одного акта распада;
5) распределение радиоактивных веществ по системам и органам;
6) пути поступления в организм радиоактивных веществ;
7) время пребывания в организме радионуклида;

Все радионуклиды как потенциальные источники внутреннего облучения распределяются на четыре группы радиотоксичности:

• группа А - с особо высокой радиотоксичностью, min активность 1 кБк;
• группа Б - с высокой радиотоксичностью, min активность не более 10 кБк;
• группа В - со средней радиотоксичностью, min активность не более 100 кБк;
• группа Г - с малой радиотоксичностью, min активность не более 1000 кБк.

Принципы нормирования радиактивного воздействия

В результате экспериментов на животных и изучения последствий облучения людей при ядерных взрывах, авариях на предприятиях ядерно-топливного цикла, лучевой терапии злокачественных опухолей, а также исследований других видов радиоактивности были установлены реакции организма на острое и хроническое облучение.

Нестохастические, или детерминистические эффекты имеют зависимость от дозы и проявляются в облученном организме за относительно короткий срок. С увеличением дозы облучения возрастает степень поражения органов и тканей - наблюдается эффект градуировки.

Стохастические, или вероятные (случайные) эффекты относятся к удаленным последствий облучения организма. В основе возникновения стохастических эффектов лежат вызванные облучением мутации и другие нарушения в клеточных структурах. Они возникают как в соматических (от латинского somatos -тело), так и в половых клетках и приводят к образованию в облученном организме злокачественных опухолей, а у потомства - аномалий развития и других нарушений, которые передаются по наследству (генетические эффекты). Принято считать, что порога мутагенного действия радиации не существует, а значит, нет и вполне безопасных доз. При дополнительном действии ионизирующего излучения как одного из многих факторов мутагенеза в дозе 1 сЗв (1 бэр) риск возникновения злокачественных опухолей возрастает на 5 %, а проявление генетических дефектов - на 0,4 %.

Риск гибели людей от дополнительного воздействия ионизирующего облучения в таких малых дозах значительно меньше риска их гибели в самом безопасном производстве. Но он есть, потому дозовые нагрузки на организм человека строго регламентированы. Эту функцию выполняют нормы радиационной безопасности.

НРБУ-97 направлены на недопущение возникновения детерминированных (соматических) эффектов и ограничение на принятом уровне возникновения стохастических эффектов. Радиационно-гигиенические регламенты, установленные НРБУ-97, построены на следующих трех принципах защиты:

Принцип оправданности;
. принцип непревышения;
. принцип оптимизации.

Естественная радиоактивность: уровни, дозы, риски

Система радиационной защиты граждан, построенная на результатах медико-биологических исследований, кратко формулируется так: степень возможного негативного влияния облучения на здоровье человека определяет только величина дозы, независимо от того, каким источником ионизирующего излучения она сформирована - естественным или искусственным. Техногенно усиленные источники природного происхождения относятся к управляемым компонентам суммарной дозы, и их вклад можно уменьшить, приняв соответствующие меры. Например, для радона в воздухе помещений и основных доз, которые формируют источники, оговорено две ситуации облучения: облучение в уже эксплуатируемых строениях и новых домах, которые только сдаются в эксплуатацию.

Нормативы требуют, чтобы эквивалентная равновесная активность радона в воздухе (ЭРОА) для домов эксплуатируемых не превышала 100 Бк/м3, что соответствует величине 250 Бк/м3 в сроке объемной активности, который применяется в большинстве европейских стран. Для сравнения, в новых "Основных стандартах безопасности" (BSS) МАГАТЭ референтный уровень для радона определен в 300 Бк/м3.

Для новых домов, детских учреждений и больниц эта величина равна 50 Бк/м3 (или 125 Бк/м3 газа радона). Измерение радиоактивности радона, по НРБУ-97, как и по нормативным документам других стран мира, проводится только интегральными методами. Это требование очень важно, потому что уровень радона в воздухе одной квартиры или дома может изменяться в 100 раз в течение суток.

Радон - 222

В ходе исследований, которые проводились в России в последние годы, были проанализированы структура и величина существующих доз облучения и установлено, что для населения в помещениях главное опасное вещество, которое создает радиоактивность, - это радон. Содержание этого вещества в воздухе можно легко снизить, если увеличить вентилирование помещения или ограничить поступление газа герметизацией подвального пространства. По данным отдела радиационной гигиены, порядка 23 % жилого фонда не соответствуют требованиям действующей нормативной базы по содержанию радона в воздухе помещений. Если жилой фонд довести до действующих нормативов, убытки можно уменьшить вдвое.

Расмотрим, почему же так вреден радон? Радиоактивность - это распад естественных радионуклидов уранового ряда, при котором радон-222 преобразуется в газ. При этом он образует коротко существующие дочерние продукты (ДПР): полоний, висмут, свинец, которые, присоединяясь к частицам пыли или влаги, образуют радиоактивный аэрозоль. Попадая в легкие, эта смесь через небольшой период полураспада ДПР радона-222 приводит к относительно высоким дозам облучения, которые могут быть причиной дополнительного риска заболеваний раком легких.

По данным обследования жилищного фонда отдельных регионов (28000 домов) специалистами института гигиены и медицинской экологии, средневзвешенная по отдельным областям среднегодовая эффективная доза облучения населения от радона составляет 2,4 мЗв/год, для сельского населения эта величина выше почти вдвое и составляет 4,1 мЗв/год. Для отдельных регионов дозы радона варьируются в достаточно широких пределах - от 1,2 мЗв/год до 4,3 мЗв/год, а индивидуальные дозы населения могут превышать дозовые лимиты для профессионалов категории А (20 мЗв/год).

Если оценить по принятым в мировой практике методам смертность от рака легких, обусловленного облучением радоном-222, то она составляет порядка 6000 случаев в год. Необходимо также учитывать, что в последние годы получены знания о влиянии радона. Так, по данным некоторых эпидемиологических исследований установлено, что радон может вызывать лейкемию у детей. По данным AS Evrard, связь между радоном и лейкемией у детей имеет прирост 20 % на каждые 100 Бк/м3. По данным Raaschou-Nielsen, этот прирост больше 34 % на каждые 100 Бк/м3.

Радиоактивность и шлаки

Во всех странах очень остро стоит проблема переработки и захоронения металлических отходов, имеющих радиоактивность. Это тоже источник излучения - не только от аварий, как например, на Чернобыльской АЭС, но и от действующих атомных электростанций, где постоянно проводятся плановые замены агрегатов. Как при этом быть со старыми металлическими узлами и конструкциями, которые имеют высокую радиоактивность? Специалисты из института электросварки разработали плазменно-дуговой способ плавки в водоохлаждаемом тигле, который обеспечивает удаление в шлаки металла или сплава, которые имеют радиоактивность. Это физика самой безопасной очистки. При этом можно использовать различные шлаковые композиции с высокой ассимилирующей способностью. Этим способом можно удалить даже те радиоактивные элементы, которые находятся в трещинах и углублениях поверхности. Для разрезания металлических отходов предусмотрено применять плазменную резку и взрыв под водой, электрогидравлическую резку и уплотнение разрезаемых узлов и конструкций. Эти высокопроизводительные технологии исключают образование пыли при работе, следовательно, предотвращают загрязнение окружающей среды. Стоимость переработки радиоактивных отходов по отечественному проекту ниже, чем у иностранных разработчиков.

Основные принципы защиты от закрытых источников ионизирующих излучений

Закрытые источники ионизирующих излучений обусловливают лишь внешнее облучение организма. Принципы защиты можно вывести из таких основных закономерностей распределения излучений и характера их взаимодействия с веществом:

Доза внешнего облучения пропорциональна времени и интенсивности воздействия излучения;
. интенсивность излучения от источника прямо пропорциональна количеству частиц или квантов или частиц;
. проходя через вещество, излучения им поглощаются, и их пробег зависит от плотности этого вещества.

Основные принципы защиты от внешнего облучения базируются на:

а) защите временем;
б) защите количеством;
в) защите экранами (экранирование источников материалами);
г) защите расстоянием (увеличение расстояния до максимально возможных величин).

В комплексе защитных мероприятий следует учитывать и вид излучения радиоактивных веществ (α-, β-частицы, γ-кванты). Защита от внешнего излучения α-частицами не нужна, поскольку пробег их в воздухе составляет 2,4-11 см, а в воде и тканях живого организма - только 100 мк. Спецодежда полностью защищает от них.

При внешнем облучении β-частицы влияют на кожный покров и роговицу глаз и в больших дозах вызывают сухость и ожоги кожи, ломкость ногтей, катаракту. Для защиты от β-частиц используют резиновые перчатки, очки и экраны. В случае особо мощных потоков β-частиц следует применять дополнительные экраны, предназначенные для защиты от тормозного рентгеновского излучения: фартуки и перчатки из просвинцованной резины, просвинцованное стекло, ширмы, боксы и тому подобное.

Защита от внешнего γ-излучения может обеспечиваться сокращением времени непосредственной работы с источниками, применением защитных экранов, поглощающих излучение, увеличением расстояния от источника.

Вышеупомянутые способы защиты можно применять отдельно или в различных комбинациях, но так, чтобы дозы внешнего фотонного облучения лиц категории А не превышали 7 мР в день и 0,04 Р в неделю. Защита путем уменьшения времени непосредственной работы с источниками фотонного излучения достигается скоростью манипуляций с препаратом, сокращением продолжительности рабочего дня и рабочей недели.

РАДИОАКТИВНОСТЬ
самопроизвольное превращение атомов одного элемента в атомы других элементов, сопровождающееся испусканием частиц и жесткого электромагнитного излучения. Историческая справка. Беккерель. Весной 1896 французский физик А.Беккерель сделал ряд сообщений об обнаружении им нового вида излучения (впоследствии названном радиоактивным), которое испускается солями урана. Подобно открытым за несколько месяцев до этого рентгеновским лучам, оно обладало проникающей способностью, засвечивало экранированную черной бумагой фотопластинку и ионизировало окружающий воздух. Гипотеза, которая привела к открытию радиоактивности, возникла у Беккереля под влиянием исследований Рентгена. Поскольку при генерации Х-лучей наблюдалась фосфоресценция стеклянных стенок рентгеновской трубки, Беккерель предположил, что любое фосфоресцентное свечение сопровождается испусканием рентгеновского излучения. Для проверки этого предположения он поместил различные фосфоресцирующие вещества на завернутые в черную бумагу фотопластинки и получил неожиданный результат: засвеченной оказалась единственная пластинка, с которой соприкасался кристалл соли урана. Многочисленные контрольные опыты показали, что причиной засветки явилась не фосфоресценция, а именно уран, в каком бы химическом соединении он ни находился. Свойство радиоактивного излучения вызывать ионизацию воздуха позволило наряду с фотографическим методом регистрации применять более удобный электрический метод, что значительно ускорило процесс исследований.
Кюри. Пользуясь электрическим методом, Г. Шмидт и М. Кюри в 1898 обнаружили радиоактивность элемента тория. В следующем году Дебьерн открыл радиоактивный элемент актиний. Начатый супругами П. и М.Кюри систематический поиск новых радиоактивных веществ и изучение свойств их излучения подтвердили догадку Беккереля о том, что радиоактивность урановых соединений пропорциональна числу содержащихся в них атомов урана. Среди обследованных минералов эту закономерность нарушала лишь урановая смоляная руда (уранинит), которая оказалась в четыре раза активнее, чем соответствующее количество чистого урана. Кюри сделали вывод о том, что в уранините должен содержаться неизвестный высокоактивный элемент. Проведя тщательное химическое разделение уранинита на составляющие компоненты, они открыли радий, по химическим свойствам сходный с барием, и полоний, который выделялся вместе с висмутом.
Резерфорд. В дальнейших исследованиях радиоактивности ведущая роль принадлежала Э. Резерфорду. Сосредоточив внимание на изучении этого явления, он установил природу радиоактивных превращений и сопутствующего им излучения.
Излучение радиоактивных веществ. Естественные радиоактивные элементы испускают три вида излучений: альфа, бета и гамма. В 1899 Резерфорд идентифицировал альфа- и бета-излучение; спустя год П.Вийар открыл гамма-излучение.
Альфа-излучение. В воздухе при атмосферном давлении альфа-излучение преодолевает лишь небольшое расстояние, как правило, от 2,5 до 7,5 см. В условиях вакуума электрическое и магнитное поля заметно отклоняют его от первоначальной траектории. Направление и величина отклонений указывают на то, что альфа-излучение - это поток положительно заряженных частиц, для которых отношение заряда к массе (e/m) в точности соответствует дважды ионизированному атому гелия (He++). Эти данные и результаты спектроскопического исследования собранных альфа-частиц позволили Резерфорду сделать вывод о том, что они являются ядрами атома гелия.
Бета-излучение. Это излучение обладает большей проникающей способностью, чем альфа-излучение. Как и альфа-излучение, оно отклоняется в магнитном и электрическом полях, но в противоположную сторону и на большее расстояние. Это указывает на то, что бета-излучение является потоком отрицательно заряженных частиц малой массы. По отношению e/m Резерфорд идентифицировал бета-частицы как обычные электроны.
Гамма-излучение. Гамма-излучение проникает в вещество гораздо глубже, чем альфа- и бета-излучения. Оно не отклоняется в магнитном поле и, следовательно, не имеет электрического заряда. Гамма-лучи были идентифицированы как жесткое (т.е. имеющее очень высокую энергию) электромагнитное излучение. Разделение радиоактивного излучения в магнитном поле на альфа-, бета- и гамма-лучи схематично показано на рисунке.

Теория радиоактивного распада. В процессе эмиссии радиоактивного излучения вещество претерпевает ряд изменений. Так, например, излучение радия сопровождается выделением газообразного радона ("эманацией"). В свою очередь радон, распадаясь, оставляет радиоактивные отложения на стенках содержащего его сосуда. Собранная при распаде радия эманация теряет половину исходной активности примерно за 4 сут. Эти и другие не поддававшиеся интерпретации экспериментальные факты удалось объяснить с помощью теории радиоактивного распада атомов, предложенной Резерфордом и Содди в 1903, а также правила смещения, сформулированного в 1913 А.Расселом и независимо от него Фаянсом и Содди. Суть теории Резерфорда и Содди состоит в том, что в результате радиоактивного распада происходит превращение одного химического элемента в другой.
Правило смещения. Правило смещения точно указывает, какие именно превращения претерпевает химический элемент, испуская радиоактивное излучение.
Эмиссия альфа- и бета-частиц. Правило смещения можно пояснить с помощью ядерной модели атома, предложенной Резерфордом в 1911. Согласно этой модели, в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена основная часть массы атома. Вокруг ядра вращаются электроны, заряд которых компенсирует положительный заряд ядра. Каждому атому приписывается свой атомный номер Z, соответствующий его порядковому номеру в периодической таблице Менделеева и численно равный заряду ядра, выраженному в единицах заряда электрона. Альфа-частица имеет Z = 2 и массовое число (округленный атомный вес) A = 4. Если неустойчивое ядро испускает бета-частицу, то его Z увеличивается на единицу, а массовое число не изменяется. Следовательно, радиоактивный атом превращается в следующий по порядку атом таблицы Менделеева. При эмиссии альфа-частицы Z и A вновь образованного ядра уменьшаются на 2 и 4 единицы соответственно, а дочерний атом, испытав соответствующее изотопическое превращение, "смещается" в таблице Менделеева влево от родительского элемента.
Гамма-излучение. Орбитальные электроны, получив избыток энергии, могут переходить на более высокие энергетические уровни. Возвращаясь в основное (нормальное) состояние, они отдают избыток энергии в виде света или рентгеновского излучения. Ядра атомов, обладающие избыточной энергией, также могут переходить в возбужденное состояние. Подобное возбуждение часто испытывают ядра, образующиеся в процессе радиоактивных превращений. Переходя в основное состояние, они излучают избыток энергии в виде гамма-квантов. Особый интерес представляет вариант распада, когда радиоактивное ядро имеет большое время жизни возбужденного состояния. В этом случае у находящихся в разных энергетических состояниях одинаковых ядер (с одинаковыми значениями Z и A) наблюдаются однотипные радиоактивные распады, но происходят они с разными скоростями, поскольку одни ядра распадаются из возбужденного, а другие из основного состояния. Это явление получило название ядерной изомерии, а возбужденное и нормальное ядра называются изомерами.
Радиоактивные ряды. Правило смещения позволило проследить превращения естественных радиоактивных элементов и выстроить из них три генеалогических дерева, родоначальниками которых являются уран-238, уран-235 и торий-232. Каждое семейство начинается с чрезвычайно долгоживущего радиоактивного элемента. Урановое семейство, например, возглавляет уран с массовым числом 238 и периодом полураспада 4,5*10 9 лет (в табл. 1 в соответствии с первоначальным названием обозначен как уран I).

Таблица 1.
РАДИОАКТИВНОЕ СЕМЕЙСТВО УРАНА

Период полураспада. Важнейшей характеристикой радиоактивного атома является его время жизни. Согласно закону радиоактивного распада, вероятность того, что за данный промежуток времени произойдет распад одного атома, есть величина постоянная. Следовательно, число ежесекундно происходящих распадов пропорционально количеству имеющихся атомов, а закон, описывающий процесс распада, имеет экспоненциальный характер. Если за время Т распадается половина исходного количества радиоактивных атомов, то половина оставшихся атомов распадется в течение следующего промежутка времени той же длительности. Время Т называется периодом полураспада радиоактивного элемента. Для различных элементов период полураспада составляет от десятков миллиардов лет до миллионных долей секунды и менее.
Семейство урана. На элементах семейства урана можно проследить большинство обсуждавшихся выше свойств радиоактивных превращений. Так, например, у третьего члена семейства наблюдается ядерная изомерия. Уран X2, испуская бета-частицы, превращается в уран II (T = 1,14 мин). Это соответствует бета-распаду возбужденного состояния протактиния-234. Однако в 0,12% случаев возбужденный протактиний-234 (уран X2) излучает гамма-квант и переходит в основное состояние (уран Z). Бета-распад урана Z, также приводящий к образованию урана II, происходит за 6,7 ч. Радий С интересен тем, что может распадаться двумя путями: испуская либо альфа-, либо бета-частицу. Эти процессы конкурируют между собой, но в 99,96% случаев происходит бета-распад с образованием радия С". В 0,04% случаев радий С испускает альфа-частицу и превращается в радий С" (RaC"). В свою очередь RaC" и RaC" путем эмиссии альфа- и бета-частиц соответственно превращаются в радий D. Изотопы. Среди членов уранового семейства встречаются такие, атомы которых имеют одинаковый атомный номер (одинаковый заряд ядер) и разные массовые числа. Они идентичны по химическим свойствам, но различаются по характеру радиоактивности. Например, радий B, радий D и радий G, имеющие одинаковый со свинцом атомный номер 82, подобны свинцу по химическому поведению. Очевидно, что химические свойства не зависят от массового числа; они определяются строением электронных оболочек атома (следовательно, и Z). С другой стороны, массовое число имеет решающее значение для ядерной стабильности радиоактивных свойств атома. Атомы с одинаковым атомным номером и разными массовыми числами называются изотопами. Изотопы радиоактивных элементов были открыты Ф. Содди в 1913, но вскоре Ф.Астон с помощью масс-спектроскопии доказал, что изотопы имеются и у многих стабильных элементов.
Другие естественные радиоактивные элементы. Все элементы, расположенные в периодической таблице за висмутом (т.е. с Z > 83), являются радиоактивными. Подобно урану-238, долгоживущие уран-235 и торий-232 возглавляют соответственно актиниевое и ториевое радиоактивные семейства. В естественных условиях встречаются уран, торий и их дочерние радиоактивные продукты. Это обусловлено тем, что периоды полураспада у родоначальников семейств сравнимы с возрастом Земли, и они пока еще не распались полностью. Химические элементы с атомным номером > 92 получены в лабораториях в результате ядерных реакций и обнаружены среди продуктов термоядерных взрывов, причем все они оказались радиоактивными. Среди более легких элементов лишь немногие обладают естественной радиоактивностью. Периоды полураспада у них столь велики, что они до сих пор существуют на Земле в заметных количествах. Радиоактивный калий-40, испуская бета-частицы, превращается в стабильный кальций-40 (T РАДИОАКТИВНОСТЬ10 9 лет). Однако он может распадаться и путем захвата электрона, превращаясь в аргон-40. Бета-активный рубидий-87, распадаясь (T РАДИОАКТИВНОСТЬ6*10 10 лет), переходит в стабильный стронций-87. Встречающийся в природе самарий-152 - единственный более легкий, чем висмут, радиоактивный элемент, испускающий альфа-частицы. Его период полураспада - 10 12 лет. У элементов с атомными номерами 43, 61, 85 и 87 нет ни стабильных изотопов, ни долгоживущих предшественников, поэтому на Земле они не обнаружены. У самого долгоживущего изотопа технеция (Z = 43) период полураспада - порядка 300 000 лет, что значительно меньше предполагаемого возраста Вселенной. Однако значительное количество технеция обнаружено в составе звезд спектрального класса S. Этот факт интерпретируется как явное доказательство того, что в них сравнительно недавно происходили активные эволюционные процессы.
Искусственная радиоактивность. Бомбардируя альфа-частицами атомы газообразного азота, Э. Резерфорд и Дж. Чедвик в 1919 впервые осуществили ядерную реакцию, вызвав превращение азота в кислород. С появлением ускорителей заряженных частиц фронт работ по изучению ядерных реакций значительно расширился. В 1934 Фредерик и Ирен Жолио-Кюри открыли явление искусственной радиоактивности и позитронный тип распада. Они обнаружили, что облученные альфа-частицами бор, магний и алюминий превращаются в радиоактивные изотопы других элементов, распад которых сопровождается испусканием позитрона (e+). Так, например, при бомбардировке альфа-частицами алюминия образуется радиоактивный фосфор-30, который, распадаясь (T = 2,5 мин), испускает e+ и превращается в стабильный кремний-30. Позитрон, открытый в 1932 К.Андерсоном в создаваемом космическими лучами вторичном излучении, представляет собой частицу, по массе и величине заряда идентичную электрону, но имеющую положительный электрический заряд (античастица электрона). При испускании позитрона ядром радиоактивного атома порядковый номер атома уменьшается на единицу, а массовое число остается без изменений.
Электронный захват. Захват ядром одного из орбитальных электронов эквивалентен испусканию позитрона: массовое число атома при этом не изменяется, а заряд ядра уменьшается на единицу. Электроны K и L оболочек находятся так близко к ядру, что в некоторых случаях захват электрона, как механизм радиоактивного распада, начинает конкурировать с испусканием позитрона. Поскольку для захвата электрона требуется меньше энергии, чем для эквивалентного позитронного распада, то иногда, как, например, в случае бериллия-7 (см. табл. 2), энергетически возможен только электронный захват.

Таблица 2.
СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ЛЕГКИХ АТОМОВ

Характеристики самых легких стабильных и радиоактивных атомов представлены в табл. 2, где Z - атомный номер, А - массовое число. Приведенная в таблице атомная масса выражена в углеродных единицах. В энергетической шкале она равна 931,162 МэВ. Атомная масса характеризует стабильность атома. Если два атома имеют одинаковые массовые числа и различные атомные номера (изобары), то более тяжелый изобар будет нестабилен относительно радиоактивного распада в более легкий. Так, тритий-3 превращается в гелий-3, углерод-11 - в бор-11.
Применение радиоактивности.
Медицина. Радий и другие естественные радиоизотопы широко применяются для диагностики и лучевой терапии раковых заболеваний. Использование для этой цели искусственных радиоизотопов значительно повысило эффективность лечения. Например, радиоактивный иод, введенный в организм в виде раствора иодида натрия, селективно накапливается в щитовидной железе и поэтому применяется в в клинической практике для определения нарушений функции щитовидной железы и при лечении базедовой болезни. С помощью меченого по натрию физиологического раствора измеряется скорость кровообращения и определяется проходимость кровеносных сосудов конечностей. Радиоактивный фосфор применяется для измерения объема крови и лечения эритремии.
Научные исследования. Радиоактивные метки, в микроколичествах введенные в физические или химические системы, позволяют следить за всеми происходящими в них изменениями. Например, выращивая растения в атмосфере радиоактивного диоксида углерода, химики смогли понять тонкие детали процесса образования в растениях сложных углеводов из диоксида углерода и воды. В результате непрерывной бомбардировки земной атмосферы космическими лучами с высокой энергией находящийся в ней азот-14, захватывая нейтроны и испуская протоны, превращается в радиоактивный углерод-14. Полагая, что интенсивность бомбардировки и, следовательно, равновесное количество углерода-14 в последние тысячелетия оставались неизменными и учитывая период полураспада C-14 по его остаточной активности, можно определять возраст найденных остатков животных и растений (радиоуглеродный метод). Этим методом удалось с большой достоверностью датировать обнаруженные стоянки доисторического человека, существовавшие более 25 000 лет тому назад.
См. также
АТОМА СТРОЕНИЕ ;
КЮРИ Пьер ;
РАДИОУГЛЕРОДНОЕ ДАТИРОВАНИЕ .
ЛИТЕРАТУРА
Учение о радиоактивности. История и современность. М., 1973 Ядерные излучения в науке и технике. М., 1984 Фурман В. И. Альфа-распад и родственные ядерные реакции. М., 1985

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

Синонимы :

Смотреть что такое "РАДИОАКТИВНОСТЬ" в других словарях:

Радиоактивность … Орфографический словарь-справочник

- (от лат. radio излучаю, radius луч и activus действенный), способность нек рых ат. ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в др. ядра с испусканием ч ц. К радиоактивным превращениям относятся: альфа распад, все виды бета распада (с… … Физическая энциклопедия

РАДИОАКТИВНОСТЬ - РАДИОАКТИВНОСТЬ, свойство нек рых хим. элементов самопроизвольно превращаться в другие элементы. Это превращение или радиоактивный распад сопровождается выделением энергии в виде различных корпускулярных и лучистых радиации. Явление Р. было… … Большая медицинская энциклопедия

Радиоактивность - (от радио... и латинского activus деятельный), свойство атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) изменять свой состав (заряд ядра Z, число нуклонов A) путем испускания элементарных частиц, g квантов или ядерных фрагментов. Некоторые из… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (от лат. radio испускаю лучи и activus действенный) самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра др. элементов, сопровождающееся испусканием частиц или? кванта. Известны 4 типа радиоактивности: альфа распад, бета распад,… … Большой Энциклопедический словарь

Способность некоторых атомных ядер самопроизвольно распадаться с испусканием элементарных частиц и образованием ядра другого элемента. Р. урана была впервые открыта Беккерелем в 1896 г. Несколько позднее М. и П. Кюри и Резерфордом было доказано… … Геологическая энциклопедия

Свойство некотор. тел испускать особого рода невидимые лучи, отличающиеся особыми свойствами. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. радиоактивность (радио... + лат. acti vus деятельный) радиоактивный… … Словарь иностранных слов русского языка

Сущ., кол во синонимов: 1 гамма радиоактивность (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Лекция

«Элементы ядерной физики»

Для лечебного факультета

Радиоактивность, её особенности, виды и характеристика. Естественные радиоактивные изотопы и их характеристика.

Явление радиоактивности было открыто в 1896 году Беккерелем (слайд 4,5).

Радиоактивность - это самопроизвольное превращение неустойчивых ядер одного элемента в ядра другого элемента. (слайд 6)

Это явление сопровождается убылью вещества и часто называется радиоактивным распадом.

Особенности:

a. Всегда происходит с выделением энергии.

b. Осуществляется по единому закону (закону радиоактивного распада).

c. Ограничен ≈ 10 видами распада (α-распад, β-распад, γ-распад, нейтронный, протонный и др. распады).

Оба вида радиоактивности не имеют физических различий и подчиняются одинаковым законам.

Естественные радиоактивные изотопы и их характеристика. (слайд 8)

Естественная радиоактивность осуществляется за счёт радиоактивных изотопов.

Естественные радиоактивные изотопы делят на первичные и вторичные.(слайд 9)

1. Первичные - образованы в земной коре при формировании Земли. Сейчас остались только первичные изотопы, имеющие период полураспада Т > 10 8 лет. К ним относятся члены радиоактивных семейств:

A. Семейство урана - радия.

Уран (238) - родоначальник семейства 238 92U в результате 14 радиоактивных превращений дает устойчивый изотоп свинца. 206 82Pb

Б. Семейство тория 232 90Th (Т = 1,39 · 10 10 лет) в результате 10 превращений даёт изотоп свинца. 208 32Pb

B. Семейство актиния 235 92U (Т = 7,3 · 10 8 лет) в результате 11 превращений даёт изотоп свинца. 207 32Pb

2. Вторичные - образуются под действием первичных изотопов или под действием космических лучей (протоны, α - частицы, ядра С, N, O 2 , фотоны. (Слайд 10, 11)

Особенности:

А. Подчиняются законам динамического равновесия: их образование уравновешивается распадом.

Б. Они включены в состав живых организмов. Большое биологическое значение имеет вторичный изотоп 14 С, который образуется из атмосферного азота под действием космических нейтронов. Изотоп углерода 14 С в виде СО 2 (углекислого газа) усваивается растениями => животными => человеком. При гибели живых растении и животных радиоактивность в них начинает убывать и по степени убыли можно определить возраст различных ископаемых.

"α", "β" и "γ" излучения и их характеристика.

Излучение радиоактивных веществ состоит из трёх компонентов:

1. α-лучи (α - частицы) - ионизированное излучение, несущее положительный заряд. | q | = | 2е | = 3,2 · 10 -19 Кл. Имеет структуру ядра гелия

4 2 He (слайд 20,21)

А = 4 - массовое число.

Z = 2 - порядковый номер (заряд ядра).

m α = 6,7 · 10 -27 кг.

Свойства:

A. Отклоняются электрическим и магнитным полями.

Б. ν α cp = 10 - 20000 км/с.

Е α = 1,8 ÷ 11,7 МэВ.

Спектр - линейчатый.

B. Пробег α - частицы зависит от вида среды

в воде - 0, 1 мм

в воздухе - 1 см.

Г. Обладают невысокими проникающими способностями (легко поглощаются тонкими слоями вещества; защитой от него являются лист картона, х/б ткань и т.п.).

Д. Имеют самую большую ионизационную способность из всех видов радиоактивных излучений (30 - 40 тысяч пар ионов на 1 см пути пробега в воздухе).

Е. При прохождении через слой вещества число α - частиц не изменяется, а постепенно изменяется их скорость. Когда толщина слоя достигает определенной величины, α-частицы поглощаются веществом все сразу.

2. β-лучи (β - частицы) - ионизированное излучение, состоящее из положительных и отрицательных β - частиц. (слайд 22,23)

β - или 0 -1е - электроны q е = 1,6 · 10 -19 Кл

β + или 0 +1е - позитроны m e = 9 · 10 -31 кг

Электроны и позитроны испускаются при ядерных превращениях или образуются при распаде нейтрона. Свойства:

А. Отклоняются электрическим и магнитным полем.

Б. ν β cp ≈ 150000 км/с.

Е β = 0,018 ÷ 4,8 МэВ.

Спектр - сплошной.

В. Пробег β - частиц в среде зависит от вида среды и энергии β - частиц

в воде - до 1, 5 см

в воздухе - до 100 см

Г. Обладают более высокой проникающей способностью, чем α - лучи (защитой от него является слой металла толщиной 3 мм).

Д. Ионизационная способность меньше, чем у α - лучей (300 - 400 пар ионов на 1 см пути пробега в воздухе).

E. Электронный β- распад наблюдается в основном у тех ядер, у которых число нейтронов (0 1n) больше числа протонов (1 1Pb)

Позитронный β - распад наблюдается, если число протонов больше числа нейтронов

Ж. β - частицы больших энергий, взаимодействуя с ядрами атомов, дают тормозное рентгеновское излучение.

3. γ-излучение - электромагнитное излучение, представляющее собой поток фотонов с высокой энергией (Е ф = 1 ÷ 3 МэВ). (слайд 24,25)

Это коротковолновое излучение (λ ≈ 0,1÷ 10 -5 нм) возникает как вторичное явление при α и β - распаде. Имеет природу, схожую с природой рентгеновского излучения.

Свойства:

A. Не отклоняется электрическим и магнитным полями.

Б. ν γ = ν света = 3 · 10 8 м/с.

Е γ = от 10 кэВ до 10 МэВ.

Спектр - линейчатый.

B. Обладает ионизационной способностью меньшей, чем у α и β - лучей (3-4 пары ионов на 1 см пути пробега в воздухе).

Г. Длина пробега γ- лучей в воздухе - до нескольких сот метров.

Д. Обладает очень высокой проникающей способностью (защитой является слой свинца, толщиной 20 см и больше).

В медицине широко используется для лечения глубоко расположенных злокачественных опухолей, в фармации - для стерилизации лекарств и лекарственных смесей.

2. Законы смещения при "α" и "β" распадах. (Слайд 26)

Законы смещения - это законы, по которым изменяются ядра радиоактивных элементов при "α" и "β" распаде.

При формулировке необходимо учитывать закон сохранения массы и закон сохранения заряда.

Закон сохранения массы:

Массовое число исходного продукта должно быть равно сумме массовых продуктов реакции.

Закон сохранения заряда:

Заряд ядра исходного продукта должен быть равен сумме зарядов ядер продуктов реакции.

1. Закон "α" - распада. (слайд 27)

При α - распаде образуется новое ядро с массовым числом на 4 единицы и порядковым номером на 2 единицы меньше, чем у исходного.

A ZX→ 4 2 He + A-4Z-2Y

226 88Ra→ 4 2 He+ 222 86 Rn (при этом получается фотон с Е = 0,188 МэВ)

Особенность: в естественных условиях встречается у элементов с порядковым номером Z > 83.

2. Законы электронного "β" – распада - (β -). (слайд 28)

При электронном β - распаде образуется новое ядро с тем же массовым числом и порядковым номером на 1 больше, чем у исходного:

A ZX→ A Z+1Y+ 0 -1 e

4019K→ 4020Ca+ 0 -1 e - распад изотопа калия с превращением его в кальций

3. Закон позитронного "β" - распада (β +) (слайд 29)

При позитронном β - распаде образуется новое ядро с тем же массовым числом и порядковым номером на 1 меньше, чем у исходного.

A ZX → A Z-1Y+ 0 +1 e

3015P→ 3014Si+ 0 +1 e Распад изотопа фосфора

Следствия из 1, 2 и 3 законов: (слайд 30)

"α" и "β" - распаду в некоторых случаях сопутствует излучение "γ" - квантов. Это излучение наблюдается так же при изомерном переходе ядер (из возбужденного в невозбужденное состояние);

(X) * = X + n γ ® число γ – квантов

возбужд. невозбужд.

состояние состояние

4. Электронный захват. (слайд 31)

При захвате электрона исходным ядром образуется новое ядро с тем же массовым числом, и порядковым номером на 1 меньше, чем у исходного.

Ядро захватывает электрон с ближайшей к нему оболочки

Þ Z X + -1 e ® Z -1 Y

7 4Be+ 0 -1e→ 7 3Li