Тема 6 Явление радиоактивности

Цель занятия: Изучить явление радиоактивности

Содержание занятия

В конце прошлого столетия были сделаны два крупнейших открытия. В 1895г. В Рентген обнаружил лучи, которые возникали при пропускании тока высокого напряжения через стеклянный баллон с разряженным воздухом, в 1896 г. А. Беккерель открыл явления радиоактивности. А. Беккерель обнаружил, что соли урана самопроизвольно испускают невидимые лучи, вызывающие почернение фотопластинки и флуоресценцию некоторых веществ. В 1898г. Супруги Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри открыли еще два элемента- полоний и радий, которые давали подобные излучения, но интенсивность их во много раз превышала интенсивность излучения урана. Впоследствии были установлены свойства этих излучений и определена их природа. Кроме того, было обнаружено, что радиоактивные вещества непрерывно выделяют энергию в виде тепла.

Явление самопроизвольного излучения было названо радиоактивностью, а вещества испускающие излучения –радиоактивными.

Радиоактивность – это свойство ядер определенных элементов самопроизвольно (т.е. без каких-либо внешних воздействий) превращаться в ядра других элементов с испусканием особого рода излучения, называемого радиоактивным излучением. Само явление называется радиоактивным распадом. На скорость течения радиоактивных превращений не оказывают никакого воздействия изменения температуры и давления, наличие электрического и магнитного полей, вид химического соединения данного радиоактивного элемента и его агрегатного состояния.

Радиоактивные явления, происходящие в природе, называются

естественной радиоактивностью; аналогичные процессы, происходящие в искусственно полученных веществах (через соответствующие ядерные реакции), — искусственной радиоактивностью. Однако, деление это условно, так как оба вида радиоактивности подчиняются одним и тем же законам.

Естественная радиоактивность и радиоактивные семейства

Радиоактивные элементы распространены в природе в ничтожных количествах. Они содержатся в твердых породах земной коры, в воде, в воздухе, а так же в растительных и животных организмах, в которые они попадают из окружающей среды.

В земной коре естественно- радиоактивные элементы содержатся преимущественно в урановых рудах, и почти все они являются изотопами тяжелых элементов с атомным номером более 83. Ядра тяжелых элементов неустойчивы. Они претерпевают в ряде случаев многократные последовательные ядерные превращения. В результате возникает целая цепочка радиоактивных распадов, в которой изотопы оказываются генетически связанных между собой. Такая цепочка- совокупность всех изотопов ряда элементов, возникающих в результате последовательных радиоактивных превращений из одного материального элемента, называется

радиоактивным семейством или рядом. Семейство названы по первым элементам, с которых начинаются радиоактивные превращения, т.е. по их родоначальникам.

В настоящее время известно три естественно- радиоактивных семейства: урана-радия (²³⁸₉₂ U-Ra), тория (²³²₉₀ Th) и актиния (²³⁵₈₉ Ac). Исходный элемент семейства урана ²³⁸₉₂ U в результате 14 последовательных радиоактивных превращений (восьми альфа- и шести бета -превращений), переходит в устойчивый изотоп свинца ²⁰⁶₈₂ Pb. Поскольку это семейство включает в себя очень важный радиоактивный элемент – радий, а так же продукты его распада, то оно часто обозначается как семейство урана-радия.

Родоначальник семейства тория ²³²₉₀ Th путем десяти последовательных превращений (шести альфа – и четырех бета превращений) переходит в стабильный изотоп свинца ²⁰⁸₈₂ Pb.

Родоначальником семейства актиния является изотоп урана ²³⁵₉₂ U, который раньше называли актиния-урана AcU . Так как среди членов ряда имеется изотоп актиния ²²⁷₈₉ Ac, то это семейство получило названия семейства актиния или актиния-урана. Путем одиннадцати превращений (семи альфа- и четырех бета превращений) ²³⁵₉₂ U переходит в стабильный изотоп свинца ²⁰⁵₈₂ Pb. Для родоначальных элементов указанных семейств характерно, что они обладают очень большим периодом полураспада.

Характеристика радиоактивных излучений

Радиоактивное излучение невидимо. Оно обнаруживается с помощью различных явлений, происходящих при его действии на вещество (свечение люминофоров или флуоресцирующих экранов, ионизация вещества, почернение фотоэмульсии после проявления и т.п.).

Характер испускаемого радиоактивными веществами излучения изучен как по поглощению его в веществе, так и по отклонению этих лучей в электрическом и магнитном поле. Было обнаружено, что радиоактивное излучение в поперечном магнитном поле разделяется обычно на три пучка. Пока не была выяснена природа этих излучений, лучи отклоняющиеся к отрицательно заряженной пластинке, условно были названы альфа-лучами, отклоняющиеся к положительно заряженной пластинке – бета-лучами, а лучи, которые совсем не отклонялись, были названы гамма-лучами. Такое разделение радиоактивного излучения в электрическом поле позволило установить, что только гамма-лучи представляют собой истинные лучи, так как они даже в сильном электрическом или магнитном поле не отклоняются; альфа — и бета-лучи являются заряженными частицами и способны отклоняться.

Альфа-частицы (α) представляют собой ядра атомов гелия (⁴₂ Н) и состоят из двух протонов и двух нейтронов, они имеют двойной положительный заряд и относительно большую массу, равную 4,003 а.е.м. Эти частицы превышают массу электрона в 7300 раз; энергия их колеблется в пределах 2-11 МэВ. Для каждого данного изотопа энергия α-частиц постоянна. Пробег альфа-частиц в воздухе составляет в зависимости от энергии 2-10 см, в биологических тканях – несколько десятков микрон. Так как альфа-частицы массивны и обладают сравнительно большей энергией, путь их в веществе прямолинеен; они вызывают сильно выраженные эффекты ионизации и флуоресценции. В воздухе на 1 см пути альфа-частица образует 100-250 тыс. пар ионов. Поэтому альфа-излучатели при попадании в организм крайне опасны для человека и животных.

Вся энергия α-частиц передается клеткам организма, и наносит им вред

Бета-излучение (β) представляет поток частиц (электроны или позитроны), испускаемых ядрами при бета-распаде. Физическая характеристика электронов ядерного происхождения (масса, заряд) такая же, как и у электронов атомной оболочки.

В отличие от α-частиц бета-частицы одного и того же радиоактивного элемента обладают различным запасом энергии (от нуля до некоторого максимального значения).

Поскольку β-частицы одного и того же радиоактивного элемента имеют различный запас энергии, то величина их пробега в одной и той же среде будет неодинаковой. Путь бета-частиц в веществе извилист, так как, обладая крайне малой массой, они легко изменяют направление движения под действием электрических полей встречных атомов. β-частицы обладают меньшим эффектом ионизации, чем альфа-излучение. Они образуют 50-100 пар ионов на 1 см пути в воздухе и имеют «рассеянный тип ионизации».

Пробег β-частиц в воздухе может составлять в зависимости от энергии до 25 м, в биологических тканях – до 1 см.

Гамма-излучение (γ) представляет собой поток электромагнитных волн; это как и радиоволны, видимый свет, ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, а также рентгеновское излучение. Различные виды электромагнитного излучения отличаются условиями образования и определенными свойствами (длиной волны и энергией).

Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых электронов в электрическом поле ядра атомов вещества (тормозное рентгеновское излучение) или при перестройке электронных оболочек атомов при ионизации и возбуждении атомов и молекул (характеристическое рентгеновское излучение). При различных переходах атомов и молекул из возбужденного состояния в невозбужденное может происходить испускание лучей. Гамма-кванты – это излучение ядерного происхождения. Они испускаются ядрами атомов при альфа- и бета-распаде природных и искусственных радионуклидов в тех случаях, когда в дочернем ядре оказывается избыток энергии, не захваченный корпускулярным излучением (α- или β-частицей). Этот избыток мгновенно высвечивается в виде гамма-квантов.

Гамма-кванты лишены массы покоя. Это значит, что фотоны существуют только в движении. Они не имеют заряда и поэтому в электрическом и магнитном поле не отклоняются. В веществе и вакууме гамма-излучение распространяется прямолинейно и равномерно во все стороны от источника. Скорость распространения излучения в вакууме равняется скорости света (3·10 ¹⁰ см/с).

Энергия гамма-излучения естественных радиоактивных элементов колеблется от нескольких кэВ до 2-3 МэВ и редко достигает 5-6 МэВ.

Гамма-кванты, не имея заряда и массы покоя, вызывают слабое ионизирующее действие, но обладают большой проникающей способностью. Путь пробега в воздухе достигает 100-150 м.

Контрольные вопросы:

1 Что такое радиоактивность?

2 Виды радиоактивности.

3 Дайте характеристику альфа частицам.

4 Дайте характеристику бетта частицам.

5 Дайте характеристику гамма излучению.

studfile.net

72. Естественная радиоактивность. Три класса естественных радиоактивных ядер.

Интернет:

Естественной радиоактивностью называется самопроизвольное превращение атомных ядер одного химического элемента в ядра атомов другого химического элемента, сопровождаемое радиоактивным излучением.

Открытие явления — 1896 г. французский ученый Анри Беккерель при постановке опытов с солями урана.

Без каких-либо внешних влияний на уран А. Беккерелем было зарегистрировано неизвестное излучение.

В 1898 г. М. Склодовская — Кюри обнаружила излучение тория. а также открыла новые радиоактивные химические элементы полоний и радий.

Все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.

Естественная радиоактивность химических элементов не зависит от внешних условий.

Три вида радиоактивного излучения:

В 1899 г. Э. Резерфорд обнаружил, что радиоактивное излучение состоит из двух компонентов, которые он назвал «альфа-лучи» и «бета-лучи«.

В 1900г. французский физик Ф. Вилард установил, что в состав излучения входят еще и гамма-лучи.

73. Естественные радиоактивные ряды и их основные закономерности.

Википедия: Радиоактивные ряды (семейства) — цепочка радиоактивных превращений.

Выделяют три естественных радиоактивных ряда и один искусственный.

Естественные ряды:

ряд тория (4n) — начинается с нуклида Th-232;

ряд радия (4n+2) — начинается с U-238;

ряд актиния (4n+3) — начинается с U-235.

Искусственный ряд:

ряд нептуния (4n+1) — начинается с Np-237.

После альфа- и бета-радиоактивных превращений ряды заканчиваются образованием стабильных изотопов.

Три чрезвычайно долгоживущих актинидных радионуклида: торий-232, уран-238 и уран-235. Их периоды полураспада сравнимы с возрастом Земли, и они, несомненно, ровесники нашей планеты.

Менее стабильные продукты их распада, которые в ходе взаимных превращений образуют так называемые радиоактивные семейства, или ряды. Количество членов рядов указанных трех долгоживущих актинидов-родоначальников составляет соответственно 13, 20 и 17. Среди них, вероятно, наиболее известен один из членов ряда урана-238 (именно, уже упоминавшийся ранее радий-226), а особое место в смысле радиационного воздействия занимает дочерний продукт распада последнего — радон-222. В природе радионуклиды этой группы находятся в равновесных количествах (сколько атомов в единицу времени возникает, столько и распадается). При этом относительное равновесное количество ядер любого члена ряда пропорционально его периоду полураспада, а абсолютное равновесное количество целиком определяется количеством ядер «прародителя» — урана или тория.

73. Естественные радиоактивные ряды и их основные закономерности.

Радиоактивные ряды —   группы связанных радиоактивных изотопов, в которых каждый последующий изотоп возникает в результате α- или β-распада предыдущего. Каждый Р. р. имеет родоначальника — изотоп с наибольшим T_1/2 .Завершают Р. р. стабильные изотопы

Естественная радиоактивность, т.е. самопроизвольный распад неустойчивых атомных ядер, спонтанно превращающихся в ядра других элементов, сопровождается испусканием альфа-, бета-частиц, гамма-квантов и другими процессами. Известно более 230 радиоактивных изотопов различных элементов, называемых радиоактивными нуклидами или радионуклидами. Радиоактивность тяжелых элементов с порядковым номером в таблице Менделеева, большим 82, сводится к последовательным превращениям одних элементов в другие и заканчивается образованием устойчивых нерадиоактивных изотопов. Основными радиоактивными рядами, или семействами, тяжелых элементов являются ряды урана-238, урана-235, тория-232. Конечным продуктом превращений урана является нерадиоактивный так называемый радиогенный свинец.

Распад этих семейств имеет много общего.

Родоначальники семейств характеризуются самыми большими массовыми числами и относятся к наиболее долгоживущим. Во всех случаях в результате распада образуются все более легкие элементы. В первой половине цепи превращений каждого семейства распад сопровождается преимущественно испусканием α-частиц, во второй половине преобладает β-распад. В середине цепи превращений каждого семейства имеются радиоактивные газы — эманации ( в ряду урана это радон Rn 220, в ряду тория – торон Tn 220), относящиеся к группе инертных. За эманациями следуют группы короткоживущих элементов, часть атомов которых распадается с испусканием α-частиц, а другая часть — β-частиц. Эти элементы образуют разветвления рядов — «вилки». Необходимо отметить, что α- и β-распады сопровождаются испусканием

γ-квантов различных энергий. Конечным продуктом распада этих двух семейств являются стабильные изотопы свинца РЬ 206 и РЬ 208 .

Основными γ-излучателями в семействе урана являются продукты рас-

пада радия (Ra 226) и радона (Rn 222). Важной особенностью этого семейства является то, что на долю продуктов распада урана, расположенных в цепи превращения до радия, приходится всего лишь около 2% от общего γ-излучения ряда. Вследствие этого при нарушении в горных породах радиоактивного равновесия между ураном и радием, приводящего к недостатку радия, γ- активность горных пород резко снижается, и, наоборот, породы, обогащенные солями радия или радоном, даже при отсутствии в них урана являются γ-

активными. В семействе тория основные γ-излучатели распределены относительно равномерно. Ниже, в таблице, приведены сведения об основных γ-излучателях в рядах урана и тория.

studfile.net

Явление радиоактивности

Радиоактивность естественная и искусственная.

Явление радиоактивности было открыто в 1896 г. французским физиком Анри Беккерелем. Он обнаружил, что содержащие уран вещества испускают невидимые лучи, вызывающие потемнение фотопластинки и способные проникать через бумагу, дерево и другие плотные среды. Некоторое время спустя знаменитые французские физики Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри установили, что способностью испускать такие лучи обладают, кроме урана, еще торий и полоний. Немного позднее (1898) ими был открыт радий. Супруги Кюри выделили радий в чистом виде, который представлял собой мягкий серебристо-белый металл, похожий по своим свойствам на барий. Исследования показали, что интенсивность излучения, испускаемого радием, в миллионы раз больше, чем у урана. Беккерель и супруги Кюри показали сильное действие излучения радия на человеческий организм.

Способность некоторых элементов испускать открытые Беккерелем лучи супруги Кюри назвали радиоактивностью, а вещества, обладающие этой способностью, — радиоактивными веществами.

В настоящее время излучения, возникающие при радиоактивном распаде, называют ионизирующими или ядерными, излучениями. Первое из этих названий связано с одним из главных свойств данных излучений — способностью производить ионизацию в окружающей среде. Однако этой способностью обладают также и рентгеновские лучи и отчасти ультрафиолетовые. Поэтому более точным является название «ядерные излучения».

Естественные радиоактивные элементы

Природными, или естественными, излучателями называются все радиоактивные изотопы, встречающиеся в природе и не созданные человеком. Явление естественной радиоактивности, как было сказано ранее, открыто в самом конце XIX века. Следы естественной радиоактивности можно обнаружить во всех веществах живой и неживой природы.

Открытие естественной радиоактивности оказало глубокое влияние на многие фундаментальные понятия науки. Явление естественной радиоактивности было использовано для создания эффективных методов изучения микроскопической структуры веществ и их свойств. Радиоактивность естественных излучателей начали использовать при изучении строения атомных ядер для оценки возраста земли и измерения скорости образования осадков на дне океанов.

В настоящее время в природе обнаружено около 340 изотопов, причем 70 из них являются радиоактивными, это в основном изотопы тяжелых металлов.

Основное количество естественных радиоактивных изотопов относится к тяжелым элементам. Все элементы, имеющие атомный номер больше 80, имеют радиоактивные изотопы. Изотопы элементов с атомным номером больше 82 в стабильном состоянии вообще неизвестны, все они являются радиоактивными. Кроме естественно возникших радиоактивных излучателей земного происхождения, имеются некоторые изотопы, образованные в процессе взаимодействия космических лучей с газами земной атмосферы и отдельными элементами земной коры. Наиболее важными из них являются углерод (С¹⁴) и тритий (Н³).

Естественные радиоактивные изотопы, встречающиеся в природе, можно разбить на три группы. В первую группу входят естественные радиоактивные элементы, известные изотопы которых радиоактивны. К этой группе относятся три семейства последовательно превращающихся изотопов: ряды урана — радия, тория и актиния. Промежуточными продуктами распада этих радиоактивных семейств являются как твердые, так и газообразные изотопы (эманации). Наибольшее значение из этой группы имеют уран (U²³⁵), торий (Тh²³²), радий (Rа²²⁶) и радон (Rn²²², Rn²²⁰). Во вторую группу входят изотопы химических элементов, связанных генетически, т. е. не образующие семейства. К этой группе относятся калий (К⁴⁰), кальций (Са⁴⁸), рубидий (RЬ⁸⁷), цирконий (Zг⁹⁶), лантан (Lа¹³⁸), самарий (Sm¹⁴⁷), лютеций (Lu¹⁷⁶). Основное значение из этой группы имеет калий: он обусловливает наибольшую величину естественной радиоактивности.

В третью группу входят так называемые космогенные изотопы, которые образуются в стратосфере под действием космических лучей, захватываются атмосферными осадками и в их составе выпадают на земную поверхность. К этой группе относятся тритий (Н³), бериллий (Ве⁷, Ве¹⁰) и углерод (С¹⁴).

Естественные излучатели в основном являются долгоживущими изотопами, с периодом полураспада 10⁸—10¹⁶ лет. В процессе распада они испускают α- и β-частицы, а также γ-лучи. Обычно эти естественные радиоактивные изотопы находятся в очень рассеянном состоянии.

Искусственные радиоактивные изотопы

Кроме естественных радиоактивных изотопов, существующих в природной смеси элементов, известно много искусственных радиоактивных изотопов. Искусственные радиоактивные изотопы получаются в результате различных ядерных реакций. Изучение естественной радиоактивности показало, что превращение одного химического элемента в другой обусловлено изменениями, происходящими внутри атомных ядер, т.е. внутриядерными процессами. В связи с этим были предприняты попытки искусственного превращения одних химических элементов в другие путем воздействия на атомные ядра.

Для превращения одних химических элементов в другие необходимо было атомные ядра подвергать таким воздействиям, которые бы приводили к изменению ядер и связанному с этим превращению одних элементов в другие. Следовательно, нужны были источники энергии того же порядка, как энергия внутриядерных связей. Эффективным средством воздействия на атомные ядра оказалась бомбардировка их частицами высокой энергии (от нескольких миллионов до десятков миллиардов электрон-вольт).

В первое время в качестве бомбардирующих частиц применяли α-частицы радиоактивного излучения.

В 1919 г. Резерфорд впервые осуществил искусственное расщепление ядер азота, бомбардируя их α-частицами полония. Затем стали применять и другие заряженные частицы, предварительно сообщая им очень большую скорость (кинетическую энергию) в специальных ускорителях. Кроме того, в настоящее время применяются потоки заряженных и нейтральных частиц, создаваемые ядерными реакторами. Процесс превращения атомных ядер, обусловленный воздействием на них быстрых элементарных частиц (или ядер других атомов), называется ядерной реакцией. Например, после пропускания α-лучей через слой азота образуются атомы изотопа кислорода и атомные ядра водорода, т.е. протоны. Эта ядерная реакция протекает следующим образом: α-частица попадает в ядро азота и поглощается им. Образуется промежуточное ядро изотопа фтора ₉ F¹⁸, которое оказывается неустойчивым, оно мгновенно выбрасывает из себя один протон и превращается в изотоп кислорода.

В настоящее время запись ядерных реакции производят более сокращенно. После символа атомного ядра, подвергающегося, бомбардировке указывают в скобках бомбардирующую частицу и другие частицы, появляющиеся в результате реакции; за скобкой ставят символ атомного ядра — продукта. Этот способ записи к рассматриваемой реакции может выглядеть следующим образом. Первая искусственная ядерная реакция, проведенная Резерфордом, подтвердила возможность осуществления искусственных ядерных реакций и непосредственно показала, что протоны входят в состав атомных ядер и могут быть выбиты из этих ядер.

Все ядерные реакции сопровождаются испусканием тех или иных элементарных частиц (в том числе и γ-квантов). Продукты многих ядерных реакций оказываются радиоактивными. Явление искусственной радиоактивности было открыто известными французскими физиками Ирэн и Фредериком Жолио-Кюри в 1934 г. Они впервые искусственным путем получили радиоактивные изотопы элементов, встречающихся в природе в виде устойчивых изотопов. Такие изотопы были названы искусственно радиоактивными изотопами.

Первые искусственно радиоактивные изотопы были получены при бомбардировке α-частицами элементов бора, магния, алюминия. При бомбардировке алюминия вылетают нейтроны и получался изотоп фосфора, испускающий позитроны. Изотоп фосфора оказался радиоактивным, его атомные ядра испускали позитроны и превращались в ядра кремния. реакция бомбардировки алюминия α-частицами, открытая супругами Жолио-Кюри, показала новый вид радиоактивного распада — позитронный распад, который не наблюдается у естественно биоактивных изотопов.

В дальнейшем было показано, что искусственные радиоактивные изотопы можно получить, бомбардируя стабильные изотопы не только α-частицами, но нейтронами и другими ядерными частицами.

В настоящее время радиоактивные изотопы известны почти для всех элементов и их можно получить, при самых разнообразных ядерных реакциях. Так, даже один и тот же изотоп может быть получен в результате совсем различных ядерных реакций. После открытия искусственной радиоактивности стало возможным нанесение «метки» на атомы почти каждого химического элемента. Искусственные радиоактивные изотопы стали применяться в качестве меченых атомов. Метод меченых атомов в настоящее время имеет большое значение в самых разнообразных науки областях и практики.

Следует отметить, что методом меченых атомов называют работу как со стабильными, так и с радиоактивными изотопами, если эти изотопы используются как индикаторы. Радиоактивные изотопы применяются в качестве меченых атомов чаще, чем стабильные потопы.

В настоящее время для получения искусственных радиоактивных изотопов в промышленности применяют три основных метода: 1) бомбардировка химических соединений и элементов ядерными частицами; 2) химическое разделение смеси изотопов; 3) выделение продуктов распада естественных радиоактивных изотопов.

Для биологических и сельскохозяйственных работ имеют значение в основном изотопы, полученные двумя первыми методами. В промышленном масштабе искусственные радиоактивные изотопы получают путем облучения (преимущественно нейтронного) соответствующих химических элементов в ядерном реакторе. В результате ядерной реакции типа (n, γ) получается изотоп того элемента, который облучается. При реакциях типа (n, α) и (n, p) образуются изотопы других элементов.

Токсикологическая характеристика наиболее опасных для биосферы радиоактивных изотопов.

Группы радиотоксичности. По степени биологического действия радионуклиды как потенциальные источники внутреннего облучения разделены на пять групп.

1. Группа А — радионуклиды особо высокой радиотоксичности. К данной группе относятся радиоактивные изотопы: свинец-210, полоний-210, радий-226, то-рий-230, уран-232, плутоний-238 и др. Среднегодовая допустимая концентрация (Ки/л) для них в воде установлена в пределах Х*(10ˉ° —10ˉ¹⁰).

2. Группа Б — радионуклиды с высокой радиотоксичностью, для которых среднегодовая допустимая концентрация в воде равна Х-(10ˉ⁷—10ˉ⁹) Ки/л. Сюда относятся изотопы: рутений-106, йод-131, церий-144, висмут-210, торий-234, уран-235, плутоний-241 и др. К этой же группе отнесен стронций-90, для которого указанная концентрация равна 4*10ˉ¹⁰.

3. Группа В — радионуклиды со средней радиотоксичностью. Для данной группы среднегодовая допустимая концентрация в воде установлена Х*(10ˉ²10ˉ⁸) Ки/л. В группу включены изотопы: натрий-22, фосфор-32, сера-35, хлор-36, кальций-45, железо-59, кобальт-60, стронций-89, иттрий-90, молибден-99, сурьма-125, цезий-137, барий-140, золото-196 и др.

4. Группа Г-радионуклиды с наименьшей радиотоксичностью. Среднегодовая допустимая концентрация их в воде равна Х* (10ˉ⁷—10ˉ⁶) Ки/л. В группу входят следующие изотопы: бериллий-7, углерод-14, фтор-18, хром-51, железо-55, медь-64, теллур-129, платина-197, ртуть-197, таллий-200 и др.

5. Группа Д. Эту группу составляет тритий и его химические соединения (окись трития и сверхтяжелая вода). Допустимая концентрация трития в воде установлена 3,2*10ˉ⁶ Ки/л. На основе степени радиотоксичности предъявляются надлежащие санитарные требования при работе соответственно радиоактивному изотопу.

Технологические приёмы для снижения уровней радиоактивного загрязнения продуктов животноводства.

Использование ионизирующих излучений в сельском хозяйстве. Исследования действия ионизирующей радиации на биологические объекты в зависимости от дозы, мощности облучения и состояния облучаемого объекта послужили основой разработки и внедрения в сельское хозяйство радиационно-биологической технологии. В качестве источников излучения избраны кобальт-60 и цезий-137. Они имеют длительный период полураспада; сравнительно высокую проникающую способность гамма-излучения, которая не дает наведенной радиоактивности в облучаемых объектах; физико-механические свойства, позволяющие длительно эксплуатировать элементы в радиационно-биологических установках. Эти источники можно приобретать в необходимом количестве и располагать радиационно-биологическую установку на любом расстоянии от ядерного реактора. Кроме того, для данных целей могут использоваться ускорители электронов с энергией до 10 МэВ, а также источники излучения, «связанные» с ядерным реактором (радиационные контуры, частично или полностью отработанные ТвЭЛЫ).

В России для нужд сельского хозяйства и научных исследований в области радиационно-биологической технологии создан целый ряд передвижной и стационарной техники. Передвижные гамма-установки типа «Колос», «Стебель», «Стерилизатор» смонтированы на автомашинах или автоприцепах. Они предназначены для предпосевного облучения семян зерновых, зернобобовых, технических и других культур в условиях колхозов и совхозов.

Под влиянием рентгеновых лучей в дозе 25 Р отмечалось стимулирующее влияние не только на рост и развитие цыплят после облучения их в первые сутки жизни, но и на более раннее их созревание. Курочки опытной группы начинали яйцекладку в среднем на 7 дней раньше птиц контрольной группы; у них была несколько выше средняя масса тела (Белов, Киршин, Пак, 1984).

(А. М. Кузин и др. (1963) при облучении яиц в предынкубационный период дозой 1,4 Р отмечали увеличение процента вывода цыплят за счет снижения количества погибших эмбрионов. Эти цыплята были более жизнеспособные по сравнению с контрольными. Молодки опытной группы начинали нестись на 10 дней раньше.

Однократное облучение дозами 4—200 рад неполовозрелых кур в возрасте 112 дней приводило к увеличению яйценоскости на 119% по сравнению с контролем. В. И. Беркович тоже установил на большом количестве кур стимулирующее действие излучения.

Исследованиями ряда авторов (Киршин, Григорьев, Николаев и др.; 1983) выявлено, что предынкубационное облучение яиц гамма-лучами в дозе 100:±15 Р или цыплят в день вывода дозой 404=5 Р вызывает ряд положительных изменений в общем состоянии бройлеров в период их выращивания — они более активно проявляют групповые и индивидуальные рефлексы, лучше, чем контрольные, поедают корм.

Гамма-облучение суточных поросят крупной белой породы дозами 10—25 Р вызывало у них выраженный стимулирующий эффект. В первые 3 мес жизни масса тела у животных увеличивалась на 10—15%, к 6-месячному возрасту масса тела и средняя длина туловища превышали на 6—8% массу контрольных сверстников. Радиостимуляция не оказывала отрицательного влияния на органолептические и биохимические показатели мяса (Киршин, Григорьев, Пастухов, 1983).

Имеются данные, что лучевое воздействие дозами 10—30 Р повышает выживаемость и интенсивность роста норок, улучшает качество пушнины. При этом отмечено, что у самцов эффект выражен сильнее.

Есть данные, указывающие на то, что радиационная стерилизация питательных сред не только не понижает питательных свойств, но даже в той или иной степени повышает их качество для некоторых видов микроорганизмов.

Исследования последних лет показали экономическую целесообразность применения ионизирующих излучений для обеззараживания сырья животного происхождения — шерсти, пушно-мехового, кожевенного и другого сырья, неблагополучного по инфекционным болезням.

Разработаны режимы радиационного обеззараживания сырья при сибирской язве, листериозе, трихофитии и микроспории, чуме плотоядных, ящуре. Определены параметры гамма-установки для радиационного обеззараживания шерсти, кожевенного и пушно-мехового сырья, волос, пуха и пера.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и Комиссия ООН по вопросам пищи и сельского хозяйства одобрили использование ионизирующего излучения для обработки пищевых продуктов с целью стерилизации и лучевого консервирования, а также обеззараживания мясных туш при паразитарных поражениях (трихинеллезе и др.).

Проведенные исследования лучевой стерилизации пищевых продуктов и по продлению сроков их хранения показывают, что этот прием будет применяться, хотя он и сопровождается некоторыми биохимическими изменениями продуктов, частичной потерей витаминов и изменениями органолептических свойств. В настоящее время ионизирующие излучения рекомендуют применять при хранении мяса, полуфабрикатов и кулинарных изделий из них, рыбы и других продуктов моря, пищевого картофеля, лука и прочих корнеплодов в весенне-летние месяцы, скоропортящихся ягод и фруктов на сроки их транспортировки от производителя к потребителю, концентратов фруктовых соков и т. д. Радиационная технология обработки и хранения продуктов основана на подавлении микробиальной обсемененности (радуризация) или радиационной стерилизации (радаппертизация).

Одной из сложных и недостаточно решенных проблем на животноводческих комплексах является обеззараживание навоза и навозных стоков. Проведенные исследования подтвердили перспективность метода обеззараживания их с помощью гамма-излучения и ускоренных электронов. Наиболее эффективным и экономически выгодным оказалось комбинированное воздействие ионизирующего излучения и физических (тепло, давление) или химических факторов, так как при этом удается значительно снизить обеззараживающую дозу для яиц гельминтов и микроорганизмов. Разработана технология обеззараживания навозных стоков на основе использования ионизирующего излучения (гамма-излучения или электронов), давления и температуры.

Известно, что борьба с вредителями сельскохозяйственных растений и собранного урожая — дело исключительной важности, поскольку дает возможность сохранить очень большое количество продукции (около 20% валового сбора). Для борьбы с насекомыми-вредителями предложено использовать ионизирующее излучение в трех основных направлениях:

а)   радиационной половой стерилизации самцов насекомых, специально отловленных или разведенных и затем выпущенных в естественные условия, где данный вид насекомых распространен; стерильные самцы спариваются с самками, те откладывают стерильные (неоплодотворенные) яйца; личинки из таких кладок не выводятся, что приводит к уничтожению популяции;

б)   радиационной селекции болезнетворных для насекомых-вредителей микроорганизмов, грибов и др.; на полях, обработанных такими препаратами, многие насекомые-вредители заболевали и гибли;

в) радиационной дезинсекции, т.е. уничтожения насекомых-вредителей сельскохозяйственной продукции облучением. Для этих целей создана передвижная гамма-установка «Дезинсектор», а в условиях элеваторов функционируют промышленные стационарные устройства.



biofile.ru

РЕФЕРАТ. «Явление радиоактивности» — PDF Free Download

радиоактивности Анри Беккерелем

РАДИОАКТИВНОСТЬ Открытие рентгеновских лучей дало толчок новым исследованиям. Их изучение привело к новым открытиям, одним из которых явилось открытие радиоактивности. Примерно с середины XIX стали появляться

Подробнее

Лекция 23 Атомное ядро

Сегодня: воскресенье, 8 декабря 2013 г. Лекция 23 Атомное ядро Содержание лекции: Состав и характеристики атомного ядра Дефект массы и энергия связи ядра Ядерные силы Радиоактивность Ядерные реакции Деление

Подробнее

Безопасность жизнедеятельности человека

Белорусский государственный университет Биологический факультет Безопасность жизнедеятельности человека Лекция 10 Смолич Игорь Иванович Ионизирующее излучение это излучение, прохождение которого через

Подробнее

Рис. 1. Семейство нептуния, ряд 4n+1.

2. ИЗОТОПЫ НЕПТУНИЯ Известны изотопы нептуния с массовыми числами 225-244 (всего более 20 изотопов). Наиболее долгоживущим является α-активный изотоп 237 Np (T=2,14*10 6 лет), рассматриваемый как родоначальник

Подробнее

X-лучи 1895 В. Рентген

Тип радиоактивности ядер / источник Ускорение заряженных частиц Радиоактивность атомных ядер Вид обнаруженного излучения Год открытия Авторы открытия X-лучи 1895 В. Рентген Излучение 1896 А. Беккерель

Подробнее

Элементы ядерной физики Лекция 1

Элементы ядерной физики Лекция 1 Радиоактивность (радиоактивный распад) 1.Радиоактивность 2.Виды радиоактивного распада. 3.Основной закон радиоактивного распада. 4.Активность. 5.Ядерные реакции. 6.Использование

Подробнее

1

5.3 Физика атомного ядра 5.3.1 Нуклонная модель ядра Гейзенберга-Иваненко. Заряд ядра. Массовое число ядра. Изотопы. В 1911 году Резерфорд произвел опыт по «рассеиванию альфа и бета частиц». Резерфорд

Подробнее

ПОДГОТОВКА к ОГЭ ЧАСТЬ 1

ПОДГОТОВКА к ОГЭ ЧАСТЬ 1 СТРОЕНИЕ АТОМА 1.Ниже приведены уравнения двух ядерных реакций. Какая из них является реакций α — распада? 1. 2. + + 2.Ниже приведены уравнения двух ядерных реакций. Какая из них

Подробнее

1. ПРИМЕРЫ РАДИОАКТИВНЫХ СЕМЕЙСТВ

1. ПРИМЕРЫ РАДИОАКТИВНЫХ СЕМЕЙСТВ 1.1 Семейства урана, тория и актиния Все еще встречающиеся в природе элементы с атомными номерами, превышающими 83 (висмут), радиоактивны. Они представляют собой звенья

Подробнее

N-Z диаграмма атомных ядер

РАДИОАКТИВНОСТЬ N-Z диаграмма атомных ядер Радиоактивность Радиоактивность свойство атомных ядер самопроизвольно изменять свой состав в результате испускания частиц или ядерных фрагментов. Радиоактивный

Подробнее

Большая российская энциклопедия

Большая российская энциклопедия АЛЬФА-РАСПАД Авторы: А. А. Оглоблин АЛЬФА-РАСПАД (α-распад), испускание атомным ядром альфа-частицы (ядра 4 He). А.-р. из основного (невозбуждённого) состояния ядра называют

Подробнее

ЛЕКЦИЯ 2 ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

ЛЕКЦИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.1. Ионизирующее излучение (ИИ). ИИ поток частиц заряженных или нейтральных и квантов электромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к ионизации или

Подробнее

История открытия радиоактивности

История открытия радиоактивности Французский физик А.Баккрель 1 марта 1896 года обнаружил по почернению фотопластинки испускание солью урана невидимых лучей сильной проникающей способности. Вскоре он выяснил,

Подробнее

3.4 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА

Лабораторная работа 3.4 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА Цель работы: изучение закономерностей радиоактивного распада путем компьютерного моделирования; определение постоянной распада и периода полураспада

Подробнее

Элементы ядерной физики. Тема 5.4.

Элементы ядерной физики Тема 5.4. 1. Состав атомных ядер. Изотопы, изобары и изотоны К 20-м годам XX века физики уже не сомневались в том, что атомные ядра, открытые Э. Резерфордом в 1911 г., также как

Подробнее

Введение в ядерную физику

1. Предмет «Ядерная физика». 2. Основные свойства атомных ядер. 3. Модели атомных ядер. 4. Радиоактивность. 5. Взаимодействие излучения с веществом. 1 6. Ядерные реакции. Законы сохранения в ядерных реакциях.

Подробнее

Семинар 12. Деление атомных ядер

Семинар 1. Деление атомных ядер На устойчивость атомного ядра влияют два типа сил: короткодействующие силы притяжения между нуклонами, дальнодействующие электромагнитные силы отталкивания между протонами.

Подробнее

Тайны атомных ядер 2017

Тайны атомных ядер 2017 РАДИОАКТИВНОСТЬ Свойства атомных ядер Свойства атомных ядер Магические числа 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Ядерные оболочки Форма атомного ядра может отличаться от сферически симметричной

Подробнее

ЛЕКЦИЯ 11 ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ

ЛЕКЦИЯ 11 ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ Продолжаем изучать атомные ядра. 1. Диаграмма стабильности ядер. Долина стабильности На рис. 11.1 показана диаграмма стабильности ядер. Если сдвинуться из этой долины, то тогда

Подробнее

Занятие 28 Ядерная физика. СТО

Задача 1 Гамма-излучение это 1) Поток ядер гелия; 2) Поток протонов; 3) Поток электронов; 4) Электромагнитные волны. Занятие 28 Ядерная физика. СТО Задача 2 Неизвестная частица, являющаяся продуктом некоторой

Подробнее

Запаздывающие частицы

Запаздывающие частицы Н. В. Иванова Поиск новых изотопов и исследование их свойств играет ключевую роль в современной ядерной физике. Значительное продвижение в этой области связано с открытием явления

Подробнее

Человек в мире атомных ядер

Человек в мире атомных ядер РАДИОАКТИВНОСТЬ Свойства атомных ядер Ядро связанная система, состоящая из нейтронов и протонов. Нейтроны и протоны в ядре связывает сильное (ядерное) взаимодействие. Радиус

Подробнее

Ядерная физика и Человек

Ядерная физика и Человек РАДИОАКТИВНОСТЬ N-Z диаграмма атомных ядер Радиоактивность Радиоактивность свойство атомных ядер самопроизвольно изменять свой состав в результате испускания частиц или ядерных

Подробнее

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ 1

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ Индивидуальное домашнее задание по курсу Ядерная физика состоит из задач, каждая из которых посвящена определенной тематике курса ЯФ. Структура ИДЗ, по темам курса ЯФ: Задачи

Подробнее

Рождение и жизнь атомных ядер

Рождение и жизнь атомных ядер РАДИОАКТИВНОСТЬ N-Z диаграмма атомных ядер Классическая физика x, pt, F ma du m dx dt H U E 2 d x 2 Квантовая физика ( xt, ) d i ( Uˆ Eˆ) dt p x x Hˆ E p 2 3 4 5 p 5 4 1

Подробнее

Микромир и Вселенная

Микромир и Вселенная ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР Структура материи Молекулы T = 300 К Атомы ( N, Z) e Атомные ядра ( N, Z ) e Стабильные частицы p протон (uud) e n нейтрон (udd) 885,7 c n pe e n Адроны Лептоны Барионы

Подробнее

наименьшей постоянной решетки

Оптика и квантовая физика 59) Имеются 4 решетки с различными постоянными d, освещаемые одним и тем же монохроматическим излучением различной интенсивности. Какой рисунок иллюстрирует положение главных

Подробнее

Задания А19 по физике

Задания А19 по физике 1. На рисунках приведены зависимости числа радиоактивных ядерn от ремени t для четырех различных изотопов. Наибольший период полураспада имеет изотоп, для которого график зависимости

Подробнее

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА Цель работы — изучение закономерностей радиоактивного распада путем компьютерного моделирования; определение постоянной распада и периода полураспада радионуклида.

Подробнее

Нейтронные ядерные реакции

Нейтронные ядерные реакции Нейтронные ядерные реакции Ядерная реакция это процесс и результат взаимодействия ядер с различными ядерными частицами (альфа-, бета-частицами, протонами, нейтронами, гамма-квантами

Подробнее

1. Начальный уровень (0,5 балла)

Фамилия, имя Д ата АТОМНОЕ ЯДРО. ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ. РАДИОАКТИВНОСТЬ Самостоятельная работа О Вариант. Начальный уровень (0,5 балла) У различных изотопов одного и того же химического элемента… А…. одинаковое

Подробнее

ЛЕКЦИЯ 10 ЯДЕРНЫЕ МОДЕЛИ. РАДИОАКТИВНОСТЬ

ЛЕКЦИЯ 10 ЯДЕРНЫЕ МОДЕЛИ. РАДИОАКТИВНОСТЬ В прошлый раз мы начали изучать квантовую систему «ядро». В нем работает протоннейтронная модель ядра. Плотность этого вещества 10 1 г/см 3. Спин протонов и нейтронов

Подробнее

Мезоатомы, мюоний и позитроний

1 H Атом водорода Мезоатомы, мюоний и позитроний Мезорентгеновские спектры e + μ + e — мюоний r r B позитроний r 2r B e — Атомное ядро Число нуклонов A в ядре называется массовым числом ядра. Радиус ядра

Подробнее

ИЗОТОПЫ. Выполнил Маршуков Максим 9 класс

ИЗОТОПЫ Выполнил Маршуков Максим 9 класс История открытия изотопов Первое доказательство того, что вещества, имеющие одинаковое химическое поведение, могут иметь различные физические свойства, было получено

Подробнее

Тест 1. Основы кинематики

Тест 1. Основы кинематики Тест 2. Основы динамики Тест 3. Механические колебания и волны A. Выбрать один правильный ответ: 1. Период свободных колебаний нитяного маятника зависит от: а). Массы груза, б).

Подробнее

Г.А. Рахманкулова, С.О. Зубович

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОЛЖСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Подробнее

1. ПРИМЕРЫ РАДИОАКТИВНЫХ СЕМЕЙСТВ

Профессор И.Н.Бекман ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА Лекция 11. СЕМЕЙСТВА РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 1. ПРИМЕРЫ РАДИОАКТИВНЫХ СЕМЕЙСТВ 1.1 Семейства урана, тория и актиния Все ещё встречающиеся в природе элементы с атомными

Подробнее

docplayer.ru

1. Общие сведения о радиации

1.1 Естественная и искусственная радиоактивность

Радиоактивность — это свойство атомных ядер определенных химических элементов самопроизвольно превращаться в ядра других элементов с испусканием особого рода излучения, называемого радиоактивным. Нельзя повлиять на течение процесса радиоактивного распада, не изменив состояния атомного ядра. На скорость течения радиоактивных превращенийне оказывают никакого воздействия изменения температуры и давления, наличие электрического и магнитного полей, вид химического соединения данного радиоактивного элемента и его агрегатное состояние.

Радиоактивные явления, происходящие в природе, называют естественной радиоактивностью (космическая радиация и излучения природных радионуклидов, рассеянных в земных породах, почве, воде, воздухе, строительных и других материалах, живых организмах). Например, изотоп ⁴⁰K широко рассеян в почвах и прочно удерживается глинами вследствие процессов сорбции. Глинистые почвы почти везде богаче радиоактивными элементами, чем песчаные и известняки. Радиоактивные тяжелые элементы (U, Th, Ra) содержатся преимущественно в горных гранитных породах. Радиоактивные элементы распространены в природе в ничтожных количествах. В земной коре естественно-радиоактивные элементы есть преимущественно в урановых рудах, и почти все они являются изотопами тяжелых элементов с атомным номером более 83. Цепи радиоактивных распадов начинаются с урана — радия (— Ra), тория () или актиния().

Аналогичные процессы, происходящие в искусственно полученных веществах (через соответствующие ядерные реакции), называют искусственной радиоактивностью (сжигание угля, разработка месторождений радиоактивных руд, применение радионуклидов в различных отраслях экономики, работа ядерно-технических установок, ядерные взрывы в мирных целях (строительство подземных хранилищ, нефтедобыча, строительство каналов), аварии на объектах, содержащих радиоактивные вещества, ядерные отходы АЭС, промышленности, флота, испытание ядерного оружия (при ядерных взрывах образуется около 250 изотопов 35 элементов (из них 225 радиоактивных) как непосредственных осколков деления ядер тяжелых элементов (²³⁵U, ²³⁹Pu, ²³³U, ²³⁸U), так и продуктов их распада. Количество радиоактивных продуктов деления (РПД) возраста­ет соответственно мощности ядерного заряда. Часть образовавшихся РПД распадается в ближайшие секунды и минуты после взрыва, другая часть имеет период полураспада порядка нескольких часов. Радионуклиды, такие как ⁸⁶Rb, ⁸⁹Sr, ⁹¹Y, ⁹⁵Cd, ¹²⁵Sn. ^l25Te, ^l31I, ¹³³Xe, ^l36Cs, ¹⁴⁰Ba, ¹⁴¹Ce, ¹⁵⁶Eu, ¹⁶¹Yb, обладают периодом полураспада в несколько дней, a ⁸⁵Kr, ⁹⁰Sr, ¹⁰⁶Ru, ¹²⁵Sb, ¹³⁷Cs, ^l47Pm, ^l5lSm, ^l55Eu – от одного года до нескольких десятков лет. Группа, состоящая из ⁸⁷Rb, ⁹³Zr, ^l29I, ¹³⁵Cs, ¹⁴⁴Nd, ¹³⁷Sm, характеризуется чрезвычайно медленным распадом, продолжающимся миллионы лет)). Искусственные радионуклиды по различным причинам попадают в окружающую среду, повышая тем самым радиационный фон. Кроме того, они включаются в биологические системы и поступают непосредственно в организм животных и человека. Все это создает опасность для нормальной жизнедеятельности живого организма.

Внешние и внутренние источники, действуя непрерывно, сообщают организму определенную поглощенную дозу. Большую часть облучения от источников естественной радиации человек получает за счет земных источников — в среднем более 5/6 годовой эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением (в основном внутреннее облучение). Оставшаяся часть приходится на космическое излучение (главным образом внешнее облучение). Эффективная эквивалентная доза от воздействия космического излучения составляет около 300 мкЗв/год (для живу­щих на уровне моря), для живущих выше 2 тыс. м над уровнем моря эта величина в несколько раз больше. Среднегодовая безопасная доза для человека составляет около 1,2 мГр на гонады и 1,3 мГр на скелет.

studfile.net

Естественная и искусственная радиоактивность — Мегаобучалка

Естественная радиоактивность

Естественная радиация была всегда: до появления человека, и даже нашей планеты. Радиоактивно всё, что нас окружает: почва, вода, растения и животные. В зависимости от региона планеты уровень естественной радиоактивности может колебаться от 5 до 20 микрорентген в час.

Откуда же берется естественная радиоактивность? Существует три основных источника:

1. Космическое излучение и солнечная радиация — это источники колоссальной мощности, которые в мгновение ока могут уничтожить и Землю, и всё живое на ней. К счастью, от этого вида радиации у нас есть надёжный защитник — атмосфера.

2. Излучение земной коры. Помимо космического излучения радиоактивна и сама наша планета. В её поверхности содержится много минералов, хранящих следы радиоактивного прошлого Земли: гранит, глинозём и т.п. Сами по себе они представляют опасность лишь вблизи месторождений, однако человеческая деятельность ведёт к тому, что радиоактивные частицы попадают в наши дома в виде стройматериалов, в атмосферу после сжигания угля, на участок в виде фосфорных удобрений, а затем и к нам на стол в виде продуктов питания.

3. Радон — это радиоактивный инертный газ без цвета, вкуса и запаха. Он в 7,5 раз тяжелее воздуха, и, как правило, именно он становится причиной радиоактивности строительных материалов. Радон имеет свойство скапливаться под землей в больших количествах, на поверхность же он выходит при добыче полезных ископаемых или через трещины в земной коре.

Искусственная радиоактивность

В отличие от естественных источников радиации, искусственная радиоактивность возникла и распространяется исключительно силами людей. К основным техногенным радиоактивным источникам относят ядерное оружие, промышленные отходы, АЭС, медицинское оборудование, предметы старины, вывезенные из «запретных» зон после аварии Чернобыльской АЭС, некоторые драгоценные камни.

Радиоакти́вность— свойство атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) изменять свой состав (заряд Z, массовое число A) путём испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов. Соответствующее явление называется радиоактивным распадом. Радиоактивностью называют также свойство вещества, содержащего радиоактивные ядра.

Альфа-,бета- и гамма распад.

При альфа-распаде излучается α-частица (ядро атома гелия). Из вещества с количеством протонов Z и нейтронов N в атомном ядре оно превращается в вещество с количеством протонов Z-2 и количеством нейтронов N-2 и, соответственно, атомной массой А-4: (Z^A)X→(Z-2^(A-4))Y +(2^4)He. То есть происходит смещение образовавшегося элемента на две клетки назад в периодической системе.

Альфа-распад – это внутриядерный процесс. В составе тяжелого ядра за счет сложной картины сочетания ядерных и электростатических сил образуется самостоятельная α-частица, которая выталкивается кулоновскими силами гораздо активнее остальных нуклонов. При определенных условиях она может преодолеть силы ядерного взаимодействия и вылететь из ядра.

При бета-распаде излучается электрон (β-частица). В результате распада одного нейтрона на протон, электрон и антинейтрино, состав ядра увеличивается на один протон, а электрон и антинейтрино излучаются вовне: (Z^A)X→(Z+1^A)Y+(-1^0)e+(0^0)v. Соответственно, образовавшийся элемент смещается в периодической системе на одну клетку вперед.

Бета-распад – это внутринуклонный процесс. Превращение претерпевает нейтрон. Существует также бета-плюс-распад или позитронный бета-распад. При позитронном распаде ядро испускает позитрон и нейтрино, а элемент смещается при этом на одну клетку назад по периодической таблице. Позитронный бета-распад обычно сопровождается электронным захватом.

Кроме альфа и бета-распада существует также гамма-распад. Гамма-распад – это излучение гамма-квантов ядрами в возбужденном состоянии, при котором они обладают большой по сравнению с невозбужденным состоянием энергией. В возбужденное состояние ядра могут приходить при ядерных реакциях либо при радиоактивных распадах других ядер. Большинство возбужденных состояний ядер имеют очень непродолжительное время жизни – менее наносекунды.

Ядерные реакции.

Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов.

В результате ядерных реакций могут образовываться новые радиоактивные изотопы, которых нет на Земле в естественных условиях.

При ядерных реакциях выполняется несколько законов сохранения: импульса, энергии, момента импульса, заряда. В дополнение к этим классическим законам при ядерных реакциях выполняется закон сохранения так называемого барионного заряда (т. е. числа нуклонов – протонов и нейтронов). Выполняется также ряд других законов сохранения, специфических для ядерной физики и физики элементарных частиц.

Ядерные реакции могут протекать при бомбардировке атомов быстрыми заряженными частицами (протоны, нейтроны, α-частицы, ионы).

Ядерные реакции сопровождаются энергетическими превращениями. Энергетическим выходом ядерной реакции называется величина

Q = (MA + MB – MC – MD)c2 = ΔMc2.

где M_A и M_B – массы исходных продуктов, M_C и M_D – массы конечных продуктов реакции. Величина ΔM называется дефектом масс. Ядерные реакции могут протекать с выделением (Q > 0) или с поглощением энергии (Q < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |Q|, которая называется порогом реакции.

Для того чтобы ядерная реакция имела положительный энергетический выход, удельная энергия связи нуклонов в ядрах исходных продуктов должна быть меньше удельной энергии связи нуклонов в ядрах конечных продуктов. Это означает, что величина ΔM должна быть положительной.

Цепные реакции.

При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. д. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией.

Для осуществления цепной реакции необходимо, чтобы так называемый коэффициент размножения нейтронов был больше единицы. Другими словами, в каждом последующем поколении нейтронов должно быть больше, чем в предыдущем. Коэффициент размножения определяется не только числом нейтронов, образующихся в каждом элементарном акте, но и условиями, в которых протекает реакция – часть нейтронов может поглощаться другими ядрами или выходить из зоны реакции. Нейтроны, освободившиеся при делении ядер урана-235, способны вызвать деление лишь ядер этого же урана, на долю которого в природном уране приходится всего лишь 0,7 %. Такая концентрация оказывается недостаточной для начала цепной реакции.

Цепная реакция в уране с повышенным содержанием урана-235 может развиваться только тогда, когда масса урана превосходит так называемую критическую массу. В небольших кусках урана большинство нейтронов, не попав ни в одно ядро, вылетают наружу. Для чистого урана-235 критическая масса составляет около 50 кг.

megaobuchalka.ru

Радиоактивность

       Радиоактивностью называется превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы другого элемента, сопровождающееся испусканием некоторых частиц.

       Естественной радиоактивностью называется радиоактивность, наблюдающаяся у существующих в природе неустойчивых изотопов.

       Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций.

       На рис. 9.3 показан классический опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения.

Рис. 9.3

       Радиоактивный препарат помещался на дно узкого канала в свинцовом контейнере. Против канала помещалась фотопластинка. На выходившее из канала излучение действовало сильное магнитное поле, перпендикулярное к лучу. Вся установка размещалась в вакууме.

       Обычно все типы радиоактивности сопровождаются испусканием гамма-излучения – жесткого, коротковолнового электромагнитного излучения. Гамма-излучение является основной формой уменьшения энергии возбужденных продуктов радиоактивных превращений. Ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским; возникающее дочернее ядро, как правило, оказывается возбужденным, и его переход в основное состояние сопровождается испусканием γ-фотона.

       В табл. 1 приведены основные типы радиоактивности.

Таблица 1

Тип радиоактивности	Изменение заряда ядра Z	Изменение массового числа А	Характер процесса
α-распад	Z – 2	A – 4	Вылет α-частицы – системы двух протонов и двух нейтронов, соединенных воедино
β-распад	Z ± 1	А	Взаимные превращения в ядре нейтрона ( ) и протона ( )
β–-распад	Z + 1	А
β+-распад	Z – 1	А
Электронный захват (е–-или К-захват)	Z – 1	А	и – электронное нейтрино и антинейтрино
Спонтанное деление	Z – (1/2)A	A– (1/2)A	Деление ядра обычно на два осколка, имеющих приблизительно равные массы и заряды

       Самопроизвольный распад атомных ядер подчиняется закону радиоактивного распада:

,

(9.4.1)

       где N₀ – количество ядер в данном объеме вещества в начальный момент времени t = 0, N – число ядер в том же объеме к моменту времени t, λ – постоянная распада, имеющая смысл вероятности распада ядра за 1 секунду и равная доле ядер, распадающихся за единицу времени.

       Закон самопроизвольного радиоактивного распада основывается на двух предположениях:

       ·     постоянная распада не зависит от внешних условий;

       ·     число ядер, распадающихся за время dt, пропорционально наличному количеству ядер. Эти предположения означают, что радиоактивный распад является статистическим процессом и распад данного ядра является случайным событием, имеющим определенную вероятность.

       Величина 1/λ равна средней продолжительности жизни(среднее время жизни) радиоактивного изотопа. Действительно, суммарная продолжительность жизни dN ядер равна: . Средняя продолжительность τ жизни всех первоначально существовавших ядер:

.

(9.4.2)

       Характеристикой устойчивости ядер относительно распада служит период полураспада Т_1/2. Так называется время, в течение которого первоначальное количество ядер данного радиоактивного вещества уменьшается наполовину. Связь λ и Т_1/2:

.

(9.4.3)

       Естественная радиоактивность наблюдается у ядер атомов химических элементов, расположенных за свинцом в периодической системе Менделеева. Естественная радиоактивность легких и средних ядер наблюдается лишь у ядер , , , , , , .

       При радиоактивном распаде ядер выполняется закон сохранения электрического заряда:

,

(9.4.4)

       где Z_ядe – заряд материнского ядра, Z_iе – заряды ядер и частиц, возникших в результате радиоактивного распада. Этот закон применяется при исследовании всех ядерных реакций.

       Правило сохранения массовых чисел при явлениях естественной радиоактивности:

,

(9.4.5)

       где A_яд – массовое число материнского ядра, A_i – массовые числа ядер или частиц, получившихся в результате радиоактивного распада.

       Правила смещения (правила Фаянса и Содди) при радиоактивных распадах:

       при α-распаде ;

       при β_–-распаде .

       Здесь – материнское ядро, Y – символ дочернего ядра, – ядро гелия, – символическое обозначение электрона, для которого A = 0 и Z = –1.

       Естественно-радиоактивные ядра образуют три радиоактивных семейства, называемых семейством урана ( ), семейством тория ( ) и семейством актиния ( ). Свои названия они получили по «родоначальнику» – долгоживущему изотопу с наибольшим периодом полураспада. Все семейства после цепочки α- и β-распадов заканчиваются на устойчивых ядрах изотопов свинца – , и . Семейство нептуния, начинающееся от трансуранового элемента нептуния , получено искусственным путем и заканчивается на .

       Если дочернее ядро оказывается также радиоактивным, то возникает цепочка радиоактивных превращений. Если происходит цепочка радиоактивных распадов и за время dt из общего числа N_м материнских ядер распадается λ_мN_мdt ядер, а за это же время распадается λ_дN_дdt дочерних ядер, то общее изменение dN_д числа ядер дочернего вещества за единицу времени выразится следующим образом:

.

(9.4.6)

       В случае подвижного равновесия между материнским и дочерним веществами dN_д/dt = 0 и выполняется условие радиоактивного равновесия

.

(9.4.7)

       Для просмотра демонстраций щелкните по соответствующей гиперссылке:
       Деление ядер.      Радиоактивность.      Атомная электростанция.

---

ens.tpu.ru