Что такое радиоактивность, изотопы, радионуклиды?

Белорусский государственный  экономический университет

 

Кафедра безопасности жизнедеятельности

 

 

 

Реферат по предмету «Защита населения и объектов от чрезвычайных ситуаций. Радиационная безопасность» на тему:

 

«Что такое  радиоактивность, изотопы, радионуклиды?»

 

 

 

 

 

                                                                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Введение……………………………………………………………………………….........3

2. Что такое радиоактивность?……………………….............................................................3-4

3. Радионуклиды и изотопы…………………………………………………………………5-6

4. Источники радиационного  излучения…………………………………………………..6-10

5. Заключение………………………………………...............................................................10

6. Список использованной литературы…………………………………………………….11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Радиация играет огромную роль в  развитии цивилизации на данном историческом этапе. Благодаря явлению радиоактивности  был совершен существенный прорыв в  области медицины и в различных  отраслях промышленности, включая энергетику. Но одновременно с этим стали всё  отчётливее проявляться негативные стороны свойств радиоактивных  элементов: выяснилось, что воздействие  радиационного излучения на организм может иметь трагические последствия. Подобный факт не мог пройти мимо внимания общественности. И чем больше становилось  известно о действии радиации на человеческий организм и окружающую среду, тем  противоречивее становились мнения о том, насколько большую роль должна играть радиация в различных  сферах человеческой деятельности. В связи с этим проблема радиационного загрязнения стала одной из наиболее актуальных в мире.

 

Что такое радиоактивность?

Радиация существовала всегда. Радиоактивные элементы входили  в состав Земли с начала ее существования  и продолжают присутствовать до настоящего времени. Однако само явление радиоактивности  было открыто всего сто лет  назад.

В 1896 году французский ученый Анри Беккерель случайно обнаружил, что  после продолжительного соприкосновения  с куском минерала, содержащего уран, на фотографических пластинках после  проявки появились следы излучения. Позже этим явлением заинтересовались Мария  Кюри (автор термина «радиоактивность») и ее муж Пьер Кюри. В 1898 году они  обнаружили, что в результате излучения  уран превращается в другие элементы, которые молодые ученые назвали  полонием и радием. К сожалению  люди, профессионально занимающиеся радиацией, подвергали свое здоровье, и даже жизнь опасности из-за частого  контакта с радиоактивными веществами. Несмотря на это исследования продолжались, и в результате человечество располагает  весьма достоверными сведениями о процессе протекания реакций в радиоактивных  массах, в значительной мере обусловленных  особенностями строения и свойствами атома.

Следует различать радиоактивность и радиацию Радиоактивность - неустойчивость ядер некоторых атомов, проявляющаяся в их способности к самопроизвольным превращениям (распаду), сопровождающимся испусканием ионизирующего излучения или радиацией.

Радиация, или ионизирующее излучение - это частицы и гамма-кванты, энергия которых достаточно велика, чтобы при воздействии на вещество создавать ионы разных знаков. Радиацию нельзя вызвать с помощью химических реакций.

Источники радиации - радиоактивные  вещества или ядерно-технические  установки (реакторы, ускорители, рентгеновское  оборудование и т.п.) - могут существовать значительное время, а радиация существует лишь до момента своего поглощения в каком-либо веществе.

Различают несколько видов радиации:

• Альфа-частицы: относительно тяжелые, положительно заряженные частицы, представляющие собой ядра гелия.
• Бета-частицы - это просто электроны.
• Гамма-излучение имеет ту же электромагнитную природу, что и видимый свет, однако обладает гораздо большей проникающей способностью.
• Нейтроны - электрически нейтральные частицы, возникают главным образом непосредственно вблизи работающего атомного реактора, куда доступ, естественно, регламентирован.
• Рентгеновское излучение подобно гамма-излучению, но имеет меньшую энергию. Кстати, наше Солнце - один из естественных источников рентгеновского излучения, но земная атмосфера обеспечивает от него надежную защиту.
• Ультрафиолетовое излучение и излучение лазеров не являются радиацией.

Заряженные частицы очень сильно взаимодействуют с веществом, поэтому, с одной стороны, даже одна альфа-частица  при попадании в живой организм может уничтожить или повредить  очень много клеток, но, с другой стороны, по той же причине, достаточной  защитой от альфа- и бета-излучения  является любой, даже очень тонкий слой твердого или жидкого вещества - например, обычная одежда (если, конечно, источник излучения находится снаружи).

За единицу радиоактивности  радиоактивного вещества в Международной  системе СИ принята скорость радиоактивного распада, равная 1 распаду в секунду, которая получила название беккерель  — Бк (в английской версии Bq). Устаревшая, но по-прежнему используемая единица  радиоактивности кюри — Ки (в  английской версии Ci) — это радиоактивность, эквивалентная радиоактивности 1 г  металлического радия-226 и равная 3,7х1010 распадов в секунду, т.е. 3,7х1010 Бк.

 

 

Изотопы, радионуклиды

Известно, что в состав атома  входят три типа элементов: отрицательно заряженные электроны движутся по орбитам  вокруг ядра – плотно сцепленных  положительно заряженных протонов и  электрически нейтральных нейтронов. Химические элементы различают по количеству протонов. Одинаковое количество протонов и электронов обуславливает электрическую  нейтральность атома. Количество нейтронов  может варьироваться, и в зависимости  от этого меняется стабильность изотопов (нуклидов с одинаковым числом протонов).

Нукли́д (лат. nucleus — «ядро» и др.-греч. είδος — «вид, сорт») — вид  атомов, характеризующийся определённым массовым числом, атомным номером  и энергетическим состоянием ядер и  имеющий время жизни, достаточное  для наблюдения. Из определения следует, что нуклид — это каждый отдельный  вид атомов какого-либо химического  элемента с ядром, состоящим из строго определённого числа протонов (Z) и нейтронов (N), и которое находится  в определённом энергетическом состоянии (основном состоянии или одном  из изомерных состояний).

Нуклиды, имеющие одинаковый атомный  номер (обладающие одинаковым числом протонов), называются изотопами. Применение термина изотоп в единственном числе вместо термина нуклид хотя и, строго говоря, неверно, однако широко распространено.

Нуклиды делятся на стабильные и  радиоактивные (радионуклиды, радиоактивные изотопы). Стабильные нуклиды не испытывают спонтанных радиоактивных превращений из основного состояния ядра. Радионуклиды путём радиоактивных превращений переходят в другие нуклиды. В зависимости от типа распада, образуются либо другой нуклид того же самого элемента (при нейтронном или двухнейтронном распаде), либо нуклид другого элемента (распады, изменяющие заряд ядра без вылета нуклонов, т. е. бета-распад, электронный захват, позитронный распад, все виды двойного бета-распада), либо два или несколько новых нуклидов (альфа-распад, протонный распад, кластерный распад, спонтанное деление).

Среди радионуклидов выделяются короткоживущие и долгоживущие. Радионуклиды, существующие на Земле с момента её формирования, часто называют природными долгоживущими; такие нуклиды имеют период полураспада, превышающий 5×108 лет. Для каждого  элемента были искусственно получены радионуклиды; для элементов с  атомным номером (т. е. числом протонов), близким к одному из «магических  чисел», количество известных нуклидов может доходить до нескольких десятков. Наибольшим количеством известных  нуклидов — по 34 — обладают платина  и осмий (без учёта изомерных  состояний). Некоторые элементы имеют  лишь один стабильный нуклид (например, золото и кобальт), а максимальным числом стабильных нуклидов — 10 — обладает олово. У многих элементов все нуклиды радиоактивны (все элементы, имеющие атомный номер больше, чем у свинца, а также технеций и прометий). Общее число известных нуклидов всех элементов превышает 3100 (без учёта изомеров; на сегодня известно около 1000 нуклидов в основных состояниях, для которых существуют одно или несколько метастабильных возбуждённых состояний с периодом полураспада, превышающим 0,1 мкс).

Источники радиоактивного излучения

Существует два способа  облучения: если радиоактивные вещества находятся вне организма и  облучают его снаружи, то речь идет о внешнем облучении. Другой способ облучения – при попадании  радионуклидов внутрь организма  с воздухом, пищей и водой –  называют внутренним.

Источники радиоактивного излучения  весьма разнообразны, но их можно объединить в две большие группы: естественные и искусственные (созданные человеком). Причем основная доля облучения (более 75% годовой эффективной эквивалентной  дозы) приходится на естественный фон.

Естественные радиоактивные источники

Естественные радионуклиды делятся на четыре группы: долгоживущие (уран-238, уран-235, торий-232); короткоживущие (радий, радон); долгоживущие одиночные, не образующие семейств (калий-40); радионуклиды, возникающие в результате взаимодействия космических частиц с атомными ядрами вещества Земли (углерод-14).

Разные виды излучения  попадают на поверхность Земли либо из космоса, либо поступают от радиоактивных  веществ, находящихся в земной коре, причем земные источники ответственны в среднем за 5/6 годовой эффективной  эквивалентной доз, получаемой населением, в основном вследствие внутреннего  облучения.

Уровни радиационного  излучения неодинаковы для различных  областей. Так, Северный и Южный полюсы более, чем экваториальная зона, подвержены воздействию космических лучей  из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные радиоактивные  частицы. Кроме того, чем больше удаление от земной поверхности, тем интенсивнее  космическое излучение.

Иными словами, проживая в  горных районах и постоянно пользуясь  воздушным транспортом, мы подвергаемся дополнительному риску облучения. Люди, живущие выше 2000м над уровнем  моря, получают в среднем из-за космических  лучей эффективную эквивалентную дозу в несколько раз большую, чем те, кто живет на уровне моря. При подъеме с высоты 4000м (максимальная высота проживания людей) до 12000м (максимальная высота полета пассажирского авиатранспорта) уровень облучения возрастает в 25 раз. Примерная доза за рейс Нью-Йорк – Париж по данным НКДАР ООН в 1985 году составляла 50 микрозивертов за 7,5 часов полета.

Уровни земной радиации также  распределяются неравномерно по поверхности  Земли и зависят от состава  и концентрации радиоактивных веществ  в земной коре. Так называемые аномальные радиационные поля природного происхождения  образуются в случае обогащения некоторых  типов горных пород ураном, торием, на месторождениях радиоактивных элементов  в различных породах, при современном  привносе урана, радия, радона в поверхностные  и подземные воды, геологическую  среду.

По данным исследований, проведенных во Франции, Германии, Италии, Японии и США, около 95% населения  этих стран проживает в районах, где мощность дозы облучения колеблется в среднем от 0,3 до 0,6 миллизиверта в год. Эти данные можно принять  за средние по миру, поскольку природные  условия в вышеперечисленных  странах  различны.

Есть, однако, несколько «горячих точек», где уровень радиации намного  выше. К ним относятся несколько районов в Бразилии: окрестности города Посус-ди-Калдас и пляжи близ Гуарапари, города с населением 12000 человек, куда ежегодно приезжают отдыхать примерно 30000 курортников, где уровень радиации достигает 250 и 175 миллизивертов в год соответственно. Это превышает средние показатели в 500-800 раз. Здесь, а также в другой части света, на юго-западном побережье Индии, подобное явление обусловлено повышенным содержанием тория в песках. Вышеперечисленные территории в Бразилии и Индии являются наиболее изученными в данном аспекте, но существует множество других мест с высоким уровнем радиации, например во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре.

Среди естественных радионуклидов  наибольший вклад (более 50%) в суммарную  дозу облучения несет радон и  его дочерние продукты распада (в  т.ч. радий). Опасность радона заключается  в его широком распространении, высокой проникающей способности  и миграционной подвижности (активности), распаде с образованием радия  и других высокоактивных радионуклидов. Период полураспада радона сравнительно невелик и составляет 3,823 суток. Радон  трудно идентифицировать без использования  специальных приборов, так как  он не имеет цвета или запаха. Одним из важнейших аспектов радоновой проблемы является внутреннее облучение радоном: образующиеся при его распаде продукты в виде мельчайших частиц проникают в органы дыхания, и их существование в организме сопровождается альфа-излучением.

Техногенные радиоактивные источники

Искусственные источники радиоактивного облучения существенно отличаются от естественных не только происхождением. Во-первых, сильно различаются индивидуальные дозы, полученные разными людьми от искусственных радионуклидов. В большинстве случаев эти дозы невелики, но иногда облучение за счет техногенных источников гораздо более интенсивно, чем за счет естественных. Во-вторых, для техногенных источников упомянутая вариабельность выражена гораздо сильнее, чем для естественных. Наконец, загрязнение от искусственных источников радиационного излучения (кроме радиоактивных осадков в результате ядерных взрывов) легче контролировать, чем природно обусловленное загрязнение.

Энергия атома используется человеком в различных целях: в медицине, для производства энергии  и обнаружения пожаров, для изготовления светящихся циферблатов часов, для  поиска полезных ископаемых и, наконец, для создания атомного оружия.