Радиоактивность. Виды радиоактивного излучения

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

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

1 Радиоактивность. Виды радиоактивного излучения…………………………….4

2. Методы регистрации  радиоактивного излучения……………………………….

3. Закон радиоактивного  распада. Период полураспада…………………………

4. Виды радиоактивного  распада ядер…………………………………………….

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

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Явление радиоактивности  было открыто в 1896 году французским  ученым Анри Беккерелем. В настоящее  время оно широко используется в  науке, технике, медицине, промышленности. Радиоактивные элементы естественного  происхождения присутствуют повсюду  в окружающей человека среде. В больших  объемах образуются искусственные  радионуклиды, главным образом в  качестве побочного продукта на предприятиях оборонной промышленности и атомной  энергетики.

Попадая в окружающую среду, они оказывают воздействия на живые организмы, в чем и заключается  их опасность. Для правильной оценки этой опасности необходимо четкое представление  о масштабах загрязнения окружающей среды, о выгодах, которые приносят производства, основным или побочным продуктом которых являются радионуклиды, и потерях, связанных с отказом  от этих производств, о реальных механизмах действия радиации, последствиях и  существующих мерах защиты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.  Радиоактивность. Виды радиоактивного излучения

 

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

Радиоактивность можно разделить  на естественную и искусственную. Естественную радиоактивность можно наблюдать у существующих в природе неустойчивых изотопов. Искусственная радиоактивность наблюдается у изотопов, которые были получены в результате проведения ядерных реакций.

Виды радиоактивного излучения.

АЛЬФА-ЛУЧИ. а-лучи — один из видов излучений радиоактивных атомных ядер; состоят из а-частиц.

Основным источником А.-л. являются естественные радиоактивные  изотопы, многие из которых испускают  при распаде а-частицы с энергией от 3,98 до 8,78 МэВ. Благодаря большой энергии, двукратной (по сравнению с другими видами ионизирующих излучений) скорости движения (от 1,4•109 до 2,0•109 см/с) а-частицы создают очень большое число ионов, густо расположенных по их пути (до 254 тыс. пар). При этом они быстро расходуют свою энергию, превращаясь в обычные атомы гелия. Пробеги а-частиц в воздухе при нормальных условиях — от 2,5 до 8,17 см; в биологических средах — сотые доли миллиметра.

Линейная плотность ионизации, создаваемой а-частицами, достигает нескольких тысяч пар ионов на 1 микрон пути в тканях.

Ионизация, производимая А.-л., обусловливает ряд особенностей в тех химических реакциях, которые  протекают в веществе, в частности, в живой ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.). Эти радиохимические реакции, протекающие в биологических тканях под воздействием А.-л., в свою очередь, вызывают особую, большую, чем у других видов ионизирующих излучений, биологическую эффективность А.-л. По сравнению с рентгеновским, β- и γ-излучением относительная биологическая эффективность а-излучения (ОБЭ) принимается равной 10, хотя в различных случаях она может изменяться в широких пределах. Как и другие виды ионизирующих излучений, А.-л. применяются для лечения больных с различными заболеваниями.

БЕТА-ЛУЧИ, бета-частицы — поток электронов или позитронов, испускаемых ядрами радиоактивных элементов при их β-распаде. Масса β-частиц в абсолютном выражении равна 9,106•10-28 г. Б.-ч. могут иметь отрицательный заряд электричества, если состоят из потока электронов, и положительный, если состоят из потока позитронов. Б.-ч. одного и того же радиоактивного элемента обладают различным запасом энергии. Это объясняется природой β-распада радиоактивных ядер, при котором образующаяся энергия распределяется между дочерним ядром, β-частицей и нейтрино в различных соотношениях (нейтрино — нейтральная частица с массой, близкой к нулю, возникающая при β-распаде). Таким образом, энергетический спектр Б.-ч.— сложный и непрерывный, т. е. от нуля до какого-то максимального значения.

Путь (пробег) Б.-ч. в средах различен и зависит от энергии  частиц и плотности среды. Мягкие β-лучи (с энергией меньше 0,1 МэВ) проходят путь в воздухе 10 см, в биологических тканях 0,16 мм, а жесткие (с энергией больше 1 МэВ) —соответственно 11 и 17,5 мм. Проникающая способность Б.-ч. примерно в 100 раз выше, чем а-частиц.

Большую часть своей энергии  при взаимодействии Б.-ч. тратят на ионизацию  и возбуждение атомов среды и  частично на рассеяние.

Радиоактивные изотопы, излучающие Б.-ч., широко применяются в опытах на животных (метод меченых атомов) при изучении различных сторон жизнедеятельности  организма.

ГАММА-ЛУЧИ, γ-лучи — коротковолновое электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными атомными ядрами. Г.-л. наблюдаются при радиоактивном превращении атомных ядер и ядерных реакциях.

Термин «γ-лучи» в некоторых случаях применяется также для обозначения электромагнитного излучения любой природы, если его энергия больше 100 кэВ. Так, коротковолновое излучение, возникающее при ускоренном движении быстрых заряженных частиц, иногда называют рентгеновскими лучами сплошного спектра, если энергия излучения меньше ~ 100 кэВ, и γ-лучами сплошного спектра, если его энергия больше ~ 100 кэВ.

При радиоактивном распаде ядер обычно наблюдаются γ-кванты с энергиями от~10 кэВ до ~5 МэВ, а при ядерных реакциях встречаются Г.-л. и с большими энергиями — до 20 МэВ. Энергия γ-кванта, испускаемого при переходе возбужденного ядра в более низкое энергетическое соотношение, равна разности энергии уровней i и f, между которыми происходит γ -переход:

е g =еi -Ef

Вследствие этого  γ-излучение ядер имеет линейчатый спектр. В отличие от оптики, где под спектром понимается распределение энергии получения по длинам волн, γ-спектр представляется в виде распределения числа γ-квантов по энергиям. γ-лучи поглощаются органами и тканями слабее, чем рентгеновские. Поэтому γ-лучевое воздействие относительно равномерное. Рентгеновские лучи, имеющие меньшую энергию, дают более неравномерное дозное распределение из-за поглощения их кожей и нижележащими тканями. Это следует иметь в виду при облучении экспериментальных животных и в клинической практике.

Космические лучи. До создания мощных ускорителей заряженных частиц космическое излучение было единственным источником частиц с энергией, достаточной для образования мезонов и гиперонов. Позитрон, мюоны, π-мезоны и многие странные частицы были обнаружены в составе космических лучей.

Различают первичные и вторичные космические лучи. Первичные лучи представляют собой непрерывно падающий на Землю поток атомных ядер (в основном протонов) высокой энергии (в среднем ~ 10 ГэВ, энергия отдельных частиц достигает 1010 ГэВ). Частицы первичных космических лучей претерпевают неупругие столкновения с ядрами атомов в верхних слоях атмосферы, в результате чего возникает вторичное излучение. На высотах ниже 20 км космические лучи практически полностью носят вторичный характер. Во вторичном излучении встречаются все известные в настоящее время элементарные частицы.

С помощью приборов, установленных  на искусственных спутниках Земли  и космических ракетах, были открыты  вблизи Земли радиационные пояса, которые  представляют собой две окружающие Землю зоны с резко повышенной интенсивностью ионизирующего излучения. В плоскости экватора внутренний пояс радиации простирается от 600 до 6000 км, внешний пояс —от 20000 до 60000 км. На широтах 60—70° оба пояса приближаются к Земле на расстояние в несколько сот километров.

В составе вторичных космических  лучей имеются две компоненты. Одна из них сильно поглощается свинцом  и поэтому была названа мягкой; вторая же проникает через большие  толщи свинца и получила название жесткой.

С появлением ускорителей, позволяющих  ускорять частицы до энергий в  сотни ГэВ, космические лучи утратили свое исключительное значение при изучении элементарных частиц. Однако они по-прежнему остаются единственным источником частиц сверхвысоких энергий.

2.  Методы регистрации радиоактивного излучения

 

ДОЗИМЕТРИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА — служит для измерения уровней воздействия излучений. В соответствии с видами дозиметрического контроля Д. а. делится на шесть групп.

К первой группе относятся  приборы, предназначенные для измерения  мощности дозы у-лучей и потоков нейтронов. Для измерения мощности дозы y-лучей от 0,5 мкР/с и выше используются микроренгенметры — переносные приборы с питанием от сети переменного тока (типа «Кактус») и батарейным питанием; датчиками в них являются ионизационные камеры, стенки которых изготовлены из воздухоэквивалентных материалов (например, из плексигласа).

Для измерения доз рентгеновского и у-излучений при рентгено- и у-терапии применяются рентгенметры типа РМ-1 и КРМ-1 датчиками в которых являются малые ионизационные камеры различных объемов со стенками различной толщины. Отсчет дозы в рентгенах производится по выходному стрелочному прибору. В рентгенометрах имеется приспособление (реле дозы) для прекращения облучения по достижении заданной дозы. Такие приборы позволяют проводить измерения дозы в пределах 0,001—50000 Р в диапазоне энергий от 6 кэВ до 1—2 МэВ.

Для измерения малых мощностей  доз γ-лучей от естественного фона и выше используются приборы с датчиками в виде газонаполненных или сцинтилляционных счетчиков. Эти приборы применяются также для целей геологоразведки. Приборы с газонаполненными и сцинтилляционными счетчиками обладают большим «ходом с жесткостью» и являются индикаторными приборами, т. е. могут быть отградуированы в мкР/ч только для данного спектра γ-квантов. Прибором такого типа является прибор «Выстрел» с газонаполненным счетчиком и прибор «Свет-3» со сцинтилляционным счетчиком.

Наиболее трудной задачей  дозиметрии является измерение потоков  и доз нейтронов, так как нейтроны разных энергий различным образом  взаимодействуют с веществом. В  настоящее время промышленность СНГ выпускает два типа приборов для регистрации тепловых и быстрых  нейтронов в присутствии у-фона до 200 мкР/с: сетевой прибор «Эфир-1» и переносной «Эфир-2». Эти приборы позволяют определять потоки тепловых нейтронов в пределах 100—5000 нейтронов на см2 в 1 с и потоки быстрых нейтронов от 10 до 3500 нейтронов на см2 в 1 с в диапазоне энергий от 0,5 до 14 МэВ.

Ко второй группе относятся  приборы с датчиками измерения  потоков а- и B-частиц с загрязненных поверхностей. Для измерения а-частиц применяются датчики со сцинтиллятором из ZnS-Ag либо воздушные (с воздушным наполнением) плоские многонитные пропорциональные счетчики. Для измерения B-частиц применяются датчики в виде нескольких B-счетчиков. Прибор типа «Тисc» имеет три таких датчика и производит регистрацию а- и B-частиц, испущенных с определенной площади поверхности (в импульсах в минуту), как по механическому счетчику, так и по выходному стрелочному прибору. Существуют приборы, служащие для сигнализации о превышении допустимых уровней загрязненности тела и спецодежды Р- и у-активными веществами. Установка СУ-1 такого типа имеет 12 каналов и 12 датчиков в виде групп B-счетчиков в кожухе, защищающем от внешнего у-излучения.

К третьей группе относятся  установки для измерения загрязненности воздуха активными газами и активными  аэрозолями. Для измерения значительных концентраций а- и B-активных газов в воздухе применяются ионизационные камеры, соединенные с чувствительными электрометрами. Наиболее точные измерения концентраций B-активных газов в воздухе производятся с помощью B-счетчиков, помещенных в замкнутом объеме, наполненном загрязненным воздухом.

Для измерения концентрации в воздухе а- и р-активных аэрозолей последние улавливаются либо мембранными фильтрами при прокачивании через них воздуха (бумажные, картонные, асбестовые и т. д.), либо осаждаются на мишени-электроде методом электроосаждения.

К четвертой группе относятся  радиометрические установки с датчиками  в виде газонаполненных и сцинтилляционных счетчиков, служащие для измерения  абсолютной активности проб воды и  пищевых продуктов.

К пятой группе относятся  комплекты аппаратуры для измерения  индивидуальных доз у-лучей и нейтронов. Для измерения доз у-лучей применяются: 1) кассеты с фотопленкой и выравнивающими экранами для уменьшения «хода с жесткостью». Дозы у-лучей определяются по почернению пленки. Диапазон измерения доз при применении пленок различной чувствительности — от 0,1 до 1000 Р и выше; 2) малые ионизационные камеры из воздухоэквивалентных материалов. Дозы y-лучей определяют по спаду потенциала центрального электрода камеры в диапазоне от 0,02 до 20 Р для энергий у-квантов от 0,1 до 2 МэВ; 3) карманные дозиметры на три диапазона доз: до 0,2 Р, 5 и 50 Р (КД — 0,2, КД-5 и КД-50), позволяющие производить отсчет дозы в процессе работы. Дозиметры КД представляют собой ионизационные камеры, внутренний электрод которых соединен с подвижной нитью.

К шестой группе относятся  установки для измерения внешнего излучения от людей и измерения  активности выдыхаемого воздуха. Существуют большие полые сцинтилляционные счетчики и счетные спектрометрические установки с большими кристаллами  из Nal для регистрации внешних излучений от людей, предназначенные для изучения естественного у-излучения людей и определения содержания в организме искусственно-радиоактивных у-излучателей и жестких B-излучателей (например, 90Sr+90V) по их тормозному излучению. Кроме того, существуют установки для определения содержания активных веществ в организме по активности выдыхаемого воздуха. Так, например, по содержанию радона в выдыхаемом воздухе определяют количество радия в организме.

3.  Закон радиоактивного  распада. Период полураспада

 

Отдельные радиоактивные  ядра претерпевают превращение независимо друг от друга. Поэтому можно считать, что количество ядер dN, распадающихся за малый промежуток времени dt, пропорционально как числу имеющихся ядер N, так и промежутку времени dt: