Защита населения

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Современный научно-технический прогресс и расширение производственной деятельности человека с использованием энергоемких систем, взрывоопасных и ядовитых веществ, усложнение технологических процессов производства увеличили риск возникновения аварий и катастроф, пожаров, радиоактивных и химических заражений местности и других опасностей. Риск возникновения чрезвычайных ситуаций усугубляется стихийными бедствиями и социально-политическими конфликтами. Статистика показывает, что число аварий, катастроф, пожаров не уменьшается, в них уничтожаются материальные ценности, гибнут люди.

В этих условиях особое значение приобретают вопросы защиты здоровья и жизни людей, сокращения материального ущерба общества в чрезвычайных ситуациях мирного и военного времени. Поэтому непременным условием подготовки специалистов к будущей деятельности в любой области материального производства или эксплуатации технических систем является глубокое освоение ими знаний по вопросам причин, характера и последствий чрезвычайных ситуаций, способов защиты человека и объектов народного хозяйства при их возникновении, ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, быстрейшего восстановления нормальной жизнедеятельности людей.

 

 

 

 

 

1.   Радиоактивное превращение ядер. Некоторые выводы из строения атома и атомного ядра.

 

Радиоактивность  –  радиоактивный   распад, деление  ядер атомов, любые  радиоактивные  (или ядерные)  превращения  – это способность  ядер   атомов  различных химических элементов разрушаться, видоизменяться с испусканием  атомных   и  субатомных частиц высоких энергий. При этом в подавляющем большинстве случаев  ядра   атомов  (а значит,  и  сами  атомы) одних химических элементов превращаются в  ядра   атомов  (в  атомы) других химических элементов, либо (по крайней мере) один изотоп химического элемента превращается в другой изотоп того же элемента.

То есть  радиоактивные   превращения  – это  превращения   атомов  одних химических элементов (изотопов) в  атомы  других элементов (изотопов).

В настоящее время известны как естественные (природные, существовавшие в природе изначально) радионуклиды – ЕРН (радиоактивные  элементы  и  изотопы), так  и  огромное количество искусственных (техногенных).

Общее количество известных естественных радионуклидов достигает 300. Но количество имеющих практическое значение, играющих заметную роль в природе, среди  них  невелико – не более десятка. Для  их  подсчёта, в принципе, хватит пальцев на двух руках.

Искусственных же  радиоактивных  изотопов гораздо больше,  их  получены тысячи. У многих химических элементов  их  количество значительно более 10. Кроме этого, получены новые, не известные ранее  и  отсутствующие в природе  радиоактивные  элементы, у которых стабильных изотопов нет вообще. Особенно огромное количество новых, не имевшихся в природе  радиоактивных  изотопов  и  элементов, появилось после создания  атомных  реакторов  и  испытаний ядерных бомб. О  них  мы поговорим ниже. К настоящему времени известно около 2000 искусственных радионуклидов.

Радиоактивные  (ядерные)  превращения  могут быть естественными, самопроизвольными (спонтанными)  и  искусственными,

Как известно, каждый  атом  состоит из  ядра   и  движущихся вокруг него электронов.  Ядро  же состоит из положительно заряженных частиц – протонов  и  не имеющих заряда (нейтральных частиц) – нейтронов. Сколько в  ядре  протонов, столько  и  электронов движется (вращается) вокруг  ядра. Этому же числу равен  и  номер элемента в таблице Д. И . Менделеева.

Химические свойства  атома  данного химического элемента определяются количеством протонов в  ядре   и, соответственно, количеством электронов. Количество нейтронов на химические свойства не влияет  и  может быть разным. Поэтому  атомы  одного  и  того же химического элемента могут иметь разный вес: количество протонов одинаково, а нейтронов – разное. Такие разновидности  атомов  называются изотопами.

 Атомы  (элементы, изотопы),  ядра  которых подвержены  радиоактивному   распаду  или другим  радиоактивным   превращениям, называются  радиоактивными. Термины  радиоактивные   атомы  (элементы, изотопы), радионуклиды, радиоизотопы – синонимы.

Все  виды  самопроизвольных (спонтанных)  радиоактивных   превращений  – процесс случайный, статистический.

Все разновидности  радиоактивных   превращений  сопровождаются как правило, за редким исключением, выделением из  ядра   атома  избытка энергии в  виде  электромагнитного излучения – гамма-излучения. Гамма-излучение – это поток гамма-квантов (гамма-квантов) – порций энергии (квант – это порция), обладающих большой энергией  и  проникающей способностью.

Кроме этого  радиоактивные   превращения  могут сопровождаться выделением рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение – это тоже электромагнитное излучение, это тоже поток частиц (порций энергии) – фотонов – обычно с меньшей энергией. Только “место рождения” рентгеновского излучения не  ядро , а электронные оболочки. Основной поток рентгеновского излучения возникает в веществе при прохождении через него “ радиоактивных  частиц”.

Есть две основные разновидности  радиоактивных   превращений , два весьма сильно различающихся физических процесса ( явления ):  радиоактивный   распад   и  деление  ядер   атомов .

Изотопы – это разновидности  атомов  одного  и  того же химического элемента, отличающиеся только количеством нейтронов в  ядре   и  поэтому своим весом.

Даже у самого первого в таблице Менделеева  и  самого лёгкого  атома  – водорода, в  ядре  которого только один протон (а вокруг него вращается один электрон), имеется три изотопа. Первый – это обычный водород, или протий,  ядро  которого состоит только из протона; его  атомный  вес равен  единице , химический символ Н (или Н-1). Второй – дейтерий, или тяжёлый водород,  ядро  которого состоит из одного протона  и  одного нейтрона;  атомный  вес – два, химический символ D (или Н-2).  И  тритий, в  ядре  которого один протон  и  два нейтрона;  атомный  вес – три, химический символ Т (или Н-3).

Первые два изотопа стабильные, третий – тритий –  радиоактивен.

Подавляющее количество естественных (изначально имевшихся  и  имеющихся в природе) изотопов являются стабильными. Но есть  и   радиоактивные. Это – естественные радионуклиды (ЕРН).  Их  не очень много.

Кроме  радиоактивных  изотопов, есть, также  и   радиоактивные  элементы. Это такие, у которых стабильных изотопов нет вообще – все изотопы  радиоактивные . Это естественные элементы: уран, торий  и  продукты  их   превращений  ( распада ) – радий, радон, полоний  и   некоторые  другие, до талия включительно.

А среди искусственных изотопов  и  элементов стабильных нет вообще. Все искусственные изотопы  и  элементы  радиоактивны. Это  и  искусственные изотопы любых, давно известных  и  имеющихся в природе элементов,  и  искусственные элементы, которых до возникновения  атомной  энергетики в природе не было. К последним, прежде всего, относятся трансурановые актиноиды, а также  и  все последующие элементы 7-го периода таблицы Менделеева.

 

 

2. ЯВЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ

 

2.1 Виды радиоактивного распада

 

 

 

В 1986 году Беккерель впервые обнаружил способность ядер тяжелых элементов самопроизвольно распадаться. Позднее Резерфорд и супруги Кюри показали, что ядра некоторых веществ испытывают последовательные превращения, образуя радиоактивные ряды, где каждый элемент ряда возникает из предыдущего. При этом на характеристике распада нельзя повлиять никакими внешними физическими воздействиями (температура, электрические и магнитные поля, давление).

Способность некоторых неустойчивых атомных ядер самопроизвольно превращаться в ядра других элементов с испусканием различных видов радиоактивных излучений назвали радиоактивностью, а изотопы, ядра которых способны самопроизвольно распадаться, радионуклидами.

Имеются радионуклиды средней части таблицы Менделеева и три радиоактивных семейства тяжелых радионуклидов.

Количество ядерных превращений тяжелых радионуклидов может быть различным, но последним элементом, ядра которого не распадаются, является изотоп свинца-206, 208.

Разновидности одного и того же химического элемента, отличающиеся массой атомов, называются изотопами.

Изотопы различаются числом нейтронов, но содержат одинаковое число протонов и занимают одно и то же место в периодической системе элементов.

Выделяют устойчивые (стабильные) и радиоактивные изотопы. У известных химических элементов найдено 274 стабильных и свыше 700 радиоактивных изотопов.

Большинство встречающихся в природе химических элементов представляют собой смеси изотопов.

Превращение изотопов в изотопы других элементов происходит по правилу смещения. Так, при распаде радия образуется гелий и радон. Радон в свою очередь распадается с образованием полония и гелия и т.д.

Известны четыре типа радиоактивного распада:

Альфа-распад (a-распад) – характерен для ядер тяжелых элементов. Альфа-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома 4He).

Альфа-распад, как правило, происходит в тяжёлых ядрах с массовым числом А≥140 (хотя есть несколько исключений). Внутри тяжёлых ядер за счёт свойства насыщения ядерных сил образуются обособленные α -частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Образовавшаяся альфа-частица подвержена большему действию кулоновских сил отталкивания от протонов ядра, чем отдельные протоны. Одновременно α-частица испытывает меньшее ядерное притяжение к нуклонам ядра, чем остальные нуклоны. Образовавшаяся α-частица на границе ядра отражается от потенциального барьера внутрь, однако с некоторой вероятностью она может преодолеть его и вылететь наружу. С уменьшением энергии α-частицы проницаемость потенциального барьера экспоненциально уменьшается, поэтому время жизни ядер с меньшей доступной энергией α -распада при прочих равных условиях больше.

Правило смещения Содди для α-распада:

Пример:

Таким образом, в результате α-распада образуется атом элемента, смещенный на два места от исходного радиоактивного элемента к началу периодической системы Менделеева, массовое число дочернего ядра уменьшается на 4. Энергия альфа-частицы может быть в пределах 1-10 МЭВ.

 Длина пути пробега  α-частиц в воздухе составляет 3-7 см и зависит от скорости частицы и плотности среды.

В тканях организма этот путь измеряется микрометрами.

Альфа-частицы не проникают через обычную одежду, для задержки и поглощения их достаточно листа чистой бумаги. Однако, имея низкую проникающую способность, альфа-частицы обладают высоким ионизирующим действием.

На пути пробега они теряют энергию на ионизацию молекул среды и образуют сотни тысяч пар ионов. Наибольшая плотность ионизации отмечается в конце пробега, где она втрое превышает ионизацию вначале пути. Присоединив к себе недостающие электроны, в конце пробега альфа-частицы становятся обычными атомами гелия.

 При внешнем облучении  альфа-частицы не опасны, поражающая  способность их проявляется при  попадании радиоактивных веществ  внутрь организма.

Бета-распад (β-распад)– это процесс превращения в ядре атома протона в нейтрон или нейтрона в протон с выбросом β-частиц (соответственно позитрона или электрона). β-распад объединяет три самостоятельных вида радиоактивных превращений:

• выбрасывание электрона и антинейтрино (-b-распад или электронный распад);
• выбрасывание позитрона и антинейтрино (+b-распад или позитронный распад);
• поглощение одним из протонов ядра атома электрона с ближайшей орбиты, при этом заряд ядра уменьшается на единицу.

Беккерель доказал, что β-лучи являются потоком электронов. β-распад — это проявление слабого взаимодействия.

β-распад (точнее, бета-минус-распад, -распад) — это радиоактивный распад, сопровождающийся испусканием из ядра электрона и антинейтрино.

β-распад является внутринуклонным процессом. Он происходит вследствие превращения одного из d-кварков в одном из нейтронов ядра в u-кварк; при этом происходит превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино:

Правило смещения Содди для -распада:

Пример:

После β-распада элемент смещается на 1 клетку к концу таблицы Менделеева (заряд ядра увеличивается на единицу), тогда как массовое число ядра при этом не меняется.

Существуют также другие типы β-распада. В позитронном распаде (бета-плюс-распаде) ядро испускает позитрон и нейтрино. При этом заряд ядра уменьшается на единицу (ядро смещается на одну клетку к началу таблицы Менделеева). Позитронный распад всегда сопровождается конкурирующим процессом – электронным захватом (когда ядро захватывает электрон из атомной оболочки и испускает нейтрино, при этом заряд ядра также уменьшается на единицу). Однако обратное неверно: многие нуклиды, для которых позитронный распад запрещён, испытывают электронный захват. Наиболее редким из известных типов радиоактивного распада является двойной бета-распад, он обнаружен на сегодня лишь для десяти нуклидов, и периоды полураспадов превышают 1019 лет. Все типы бета-распада сохраняют массовое число ядра.