Виды ионизирующих излучений и их свойства

Радиоактивный распад

Явление радиоактивности сопровождается превращением ядра одного химического элемента в ядро другого химического элемента, а также выделением энергии, которая "уносится" с альфа- бета- и гамма-излучениями.

Все радиоактивные элементы подвержены радиоактивным превращениям.

В некоторых случаях у радиоактивного элемента наблюдается альфа- и бета-излучения одновременно.

Чаще химическому элементу присуще или альфа-излучение, или бета-излучение.

Альфа- или бета- излучения часто сопровождаются гамма- излучением.

Испускание радиоактивных частиц называется радиоактивным распадом.

Различают альфа-распад (с испусканием альфа-частиц), бета-распад (с испусканием бета-частиц), термина "гамма-распад" не существует.

Альфа- и бета-распады – это естественные радиоактивные превращения.

ВИДЫ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА

Основные виды радиоактивного распада.

Альфа-распад

Сопровождается потоком положительно заряженных ядер атома гелия 42Не (a- частиц) со скоростью 20000 км/с. При этом заряд Z исходного ядра уменьшается на 2 единицы (в единицах элементарного заряда), а массовое число А - на 4 единицы (в атомных единицах массы),т.е. образуется атом элемента, смещенного по периодической системе на две клетки влево, от исходного радиоактивного элемента, а его массовое число на 4 единицы меньше исходного.

Бета - распад. Излучение ядром атома потока электронов со скоростью 100'000 - 300'000 км/с. (Электрон образуется при распаде нейтрона ядра. Нейтрон может распадаться на протон и электрон.) При b- распаде массовое число изотопа не изменяется, поскольку общее число протонов и нейтронов сохраняется, а заряд ядра увеличивается на 1.

Гамма- распад. Возбужденное ядро испускает электромагнитное излучение с очень малой длиной волны и высокой частотой, обладающее большой проникающей способностью, при этом энергия ядра уменьшается, массовое число и заряд остаются неизменными. (Химический элемент не смещается в периодической системе, его массовое число не изменяется и лишь ядро его атома переходит из возбужденного состояния в менее возбужденное).Ядерные реакции - превращения ядер, происходящие при их столкновении друг с другом или с элементарными частицами. Первая искусственная ядерная реакция была осуществлена Э.Резерфордом (1919 г.) при бомбардировке ядер азота a- частицами:

С помощью ядерных реакций были получены изотопы многих химических элементов и ядра всех химических элементов с порядковыми номерами от 93 до 110.

Пример α-распада: (92^238)U→(90^234)Th+(2^4)He. Пример β-распада: (19^40)K→(20^40)Ca+(-1^0)e+(0^0)v.

Понятие о периоде полураспада (периоды полураспады йода-131, цезия-137, стронция-90, плутония-239,-238). Понятие активности, удельной активности. Единицы измерений.

Радиоактивный распад – естественный процесс самопроизвольных ядерных превращений. Скорость радиоактивного распада характеризуется таким понятием – период полураспада (Т ½) – время, в течение которого активность радиоактивного вещества уменьшается в 2 раза (т.е. распад половины радиоактивных ядер).

Каждый радионуклид имеет свой период полураспада.

Цезий 137 (искусственный радионуклид) – Т ½ = 30 лет.

Йод 131 – Т ½ = 8 суток.

Важная характеристика радиоактивности- активность вещества.

Активность - скорость числа распадов радиоактивных ядер за единицу времени. Единицей измерения активности является 1 распад ядра в 1 секунду = 1 Бк (беккерель) = 1 распад ядра/сек.

Кu (кюри) – очень большая величина

А = 1 Кu обладает 1 гр. Чистого радия (за 1 сек. Происходит 37 млрд. радиоактивных распадов ядер)

1 Кu = 3,7 * 10^10 Бк

Удельная активность – отношение активности к единице массы, объёма либо площади.

Единицы измерения удельной активности А - Бк/кг, Бк/л, Бк/м^2

 

 

Виды ионизирующих излучений и их свойства

Наиболее разнообразны по видам ионизирующих излучений так называемые радиоактивные излучения, образующиеся в результате самопроизвольного радиоактивного распада атомных ядер элементов с изменением физических и химических свойств последних. Элементы, обладающие способностью радиоактивного распада, называются радиоактивными; они могут быть естественными, такие, как уран, радий, торий и др. (всего около 50 элементов), и искусственными, для которых радиоактивные свойства получены искусственным путем (более 700 элементов).

При радиоактивном распаде имеют место три основных вида ионизирующих излучений: альфа, бета и гамма.

Альфа-частица — это положительно заряженные ионы гелия, образующиеся при распаде ядер, как правило, тяжелых естественных элементов (радия, тория и др.). Эти лучи не проникают глубоко в твердые или жидкие среды, поэтому для защиты от внешнего воздействия достаточно защититься любым тонким слоем, даже листком бумаги.

Бета-излучение представляет собой поток электронов, образующихся при распаде ядер как естественных, так и искусственных радиоактивных элементов. Бета-излучения обладают большей проникающей способностью по сравнению с альфа-лучами, поэтому и для защиты от них требуются более плотные и толстые экраны. Разновидностью бета-излучений, образующихся при распаде некоторых искусственных радиоактивных элементов, являются. позитроны. Они отличаются от электронов лишь положительным зарядом, поэтому при воздействии на поток лучей магнитным полем они отклоняются в противоположную сторону.

Гамма-излучение, или кванты энергии (фотоны), представляют собой жесткие электромагнитные колебания, образующиеся при распаде ядер многих радиоактивных элементов. Эти лучи обладают гораздо большей проникающей способностью. Поэтому для экранирования от них необходимы специальные устройства из материалов, способных хорошо задерживать эги лучи (свинец, бетон, вода). Ионизирующий эффект действия гамма-излучения обусловлен в основном как непосредственным расходованием собственной энергии, так и ионизирующим действием электронов, выбиваемых из облучаемого вещества.

Рентгеновское излучение образуется при работе рентгеновских трубок, а также сложных электронных установок (бетатронов и т. п.). По характеру рентгеновские лучи во многом сходны с гамма-лучами и отличаются от них происхождением и иногда длиной волны: рентгеновские лучи, как правило, имеют большую длину волны и более низкие частоты, чем гамма-лучи. Ионизация вследствие воздействия рентгеновских лучей происходит в большей степени за счет выбиваемых ими электронов и лишь незначительно за счет непосредственной траты собственной энергии. Эти лучи (особенно жесткие) также обладают значительной проникающей способностью.

Нейтронное излучение представляет собой поток нейтральных, то есть незаряженных частиц нейтронов (n) являющихся составной частью всех ядер, за исключением атома водорода. Они не обладают зарядами, поэтому сами не оказывают ионизирующего действия, однако весьма значительный ионизирующий эффект происходят за счет взаимодействия нейтронов с ядрами облучаемых веществ. Облучаемые нейтронами вещества могут приобретать радиоактивные свойства, то есть получать так — называемую наведенную радиоактивность. Нейтронное излучение образуется при работе ускорителей элементарных частиц, ядерных реакторов и т. д. Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Задерживаются нейтроны веществами, содержащими в своей молекуле водород (вода, парафин и др.).

Все виды ионизирующих излучений отличаются друг от друга различными зарядами, массой и энергией. Различия имеются и внутри каждого вида ионизирующих излучений, обусловливая большую или меньшую проникающую и ионизирующую способность и другие их особенности. Интенсивность всех видов радиоактивного облучения, как и при других видах лучистой энергии, обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника излучения, то есть при увеличении расстояния вдвое или втрое интенсивность облучения уменьшается соответственно в 4 и 9 раз.

Радиоактивные элементы могут присутствовать в виде твердых тел, жидкостей и газов, поэтому, помимо своего специфического свойства излучения, они обладают соответствующими свойствами этих трех состояний; они могут образовывать аэрозоли, пары, распространяться в воздушной среде, загрязнять окружающие поверхности, включая оборудование, спецодежду, кожный покров рабочих и т. д., проникать в пищеварительный тракт и органы дыхания.

38.Естественные источники радиоактивности. Космическое излучение (первичное и вторичное). Космогенные радионуклиды.

Естественные источники радиации: космическое излучение, излучение естественного радионуклидного земного происхождения.

Космическое излучение - потоки атмосферных ядер высоких энергий,а так же других элементарных частиц внеземного происхождения. Интенсивность их изменяется с изменением высоты над поверхностью земли. На высотах более чем 50-60 км. над землёй интенсивность космического излучения постоянна. По мере приближения к поверхности земли она снижается.

Космические лучи отклоняются магнитным полем земли. Уровни космической радиации на земле не одинаковы, так как магнитное поле земли тоже неодинаково.

Первичное космическое излучение, существующее за пределами Земли – первичное. Оно представлено на 90% - протоны, 9% - ядра гелия (альфа частицы), 1% - более лёгкие частицы.

Часть космического излучения прорывается сквозь магнитное поле земли.

Взаимодействуя с атомами атмосферы земли, образуется вторичное космическое излучение. Оно представлено всеми ныне известными элементарными частицами. Интенсивность его достигает 20 -25 км. над поверхностью земли.

При взаимодействии космических лучей с атомами воздуха образуется около 20 космогенных радионуклидов. Наиболее значимые из них: тритий, углерод 14, берилий 7, радиоизотоп натрия (22), фосфор (32, 33), сера 33.

Данные элементы образ. с атомами норм. Азота и водорода.

Максимальное образование космогенного радионуклида происходит в верхних слоях атмосферы.

Долгоживущие радионуклиды, период полураспада С14 составляет 5730 лет, трития – более 12 лет – бета излучающие радионуклиды. Поэтому опасность для человека представляется только будучи включенным в биологическую ткань.

Они оба постоянно присутствуют в воздухе. Инкорпарированный Н14 способен вызвать генные мутации в организме человека, которые являются одной из причин образования рака.