Тема 6. Радиоактивность. Ее влияние на организм человека. Методы защиты от нее.
Занятие 1. Понятие радиоактивности.
Явление радиоактивности было открыто в 1895 году немецким физиком Рентгеном во время изучения свойств химического элемента Ra (радия). Именно им было обнаружено свойство Ra излучать неведомые лучи. Однако объяснения этому явлению Рентген дать не смог. Не смогли объяснить его ни Беккерель, ни Кюри, которые продолжили изучения этого явления. Оно вошло в науку под названием Радиоактивность (испускание лучей).
Только в 1921 году гипотезу этого явления предложил английский физик Бор, выдвинув три постулата:
Электроны располагаются в атоме на различных энергетических уровнях;
При определенных условиях они могут переходить с одного энергетического уровня на другой и этот переход всегда осуществляется скачком;
1. При переходе электрона с одного энергетического уровня на другой атом поглощает или излучает квант энергии;
Происходит распад атома. Физический процесс проходит четыре этапа:
А. Нормальное состояние атома.
На электрон, который находится на определенной орбите, вращаясь вокруг ядра действуют одновременно две силы:
Центростремительная F1 – стремится притянуть электрон к ядру, поскольку масса ядра неизмеримо больше массы электрона (закон Ньютона) и центробежная F2(сила вращения), которая стремится оторвать электрон от ядра. В нормальных условиях
F1=F2. Электрон занимает устойчивое положение.
Б. Превращение атома в ион.
При получении воздействия извне электрон скачком переходит на более дальний энергетический уровень. Сила F1 становится меньше F2 и электрон под ее действием отрывается от атома. Теряя электрон атом получает + заряд и превращается в ион.
В. Возмущенное состояние атома.. Пытаясь вернуться в нормальное состояние атом + захватывает находящийся в ближайшем пространстве свободный (блуждающий) электрон. Соединяясь с протоном захваченный электрон образует новый нейтрон. Соотношение между протонами и нейтронами в ядре нарушается и ядро переходит в неустойчивое состояние.
Г .Распад атома. Под действием внутренних электростатических сил находящееся в неустойчивом состоянии ядро раскалывается. Происходит самопроизвольный распад атома. При этом образуется, как правило, два осколка ядра, выбрасываются 3-5 свободных нейтронов и квант энергии.
Свободные нейтроны, обладающие значительной энергией и
0-зарядом, сталкиваются на своем пути с ядрами других атомов и расщепляют их. Процесс повторяется в геометрической прогрессии. Этот процесс называется реакцией распада. При этом образуется три вида излучения:
Альфа-излучение – поток осколков ядер атомов;
Бета-излучение – поток свободных нейтронов;
Гамма-излучение – поток квантов энергии;
В природных условиях естественные примеси, в которых находятся радиоактивные элементы(сверхтяжелые металлы) служат замедлителем – поглощают или тормозят излучаемые нейтроны. Для получения постоянной (цепной) реакции распада ядер и мгновенного освобождения ядерной энергии радиоактивного вещества(взрыва), необходимо получить чистое свободное от примесей вещество. Этот процесс называется обогащением.
Возникающее при реакции распада вета-излучение представляет собой поток быстрых и медленных нейтронов. Расколоть ядро в состоянии только быстрые нейтроны при прямом попадании. Остальные пролетают мимо, вылетая за пределы массы радиоактивного вещества. Минимальная масса вещества при которой все излучаемые нейтроны остаются в ней и происходит цепная реакция, называется критической массой. Для радиоактивного химического элемента U – 235 критическая масса в естественных условиях составляет 48 кг.
Учитывая, что % содержания радиоактивных элементов в породе незначителен, получение такого количества чистого радиоактивного вещества (обогащение) для возникновения цепной реакции (ядерного взрыва) очень дорогостояще, поэтому современные технологии предусматривают создание специальных отражателей, которые не «выпускают» нейтроны за пределы вещества. Такая технология позволяет снизить величину критической массы до 2,4 кг.
