Доклад по физике на тему ядерная энергетика радиоактивные излучения
Обновлено: 17.05.2024
Излучения радиоактивных веществ оказывают очень сильное воздействие на все живые организмы.
Даже сравнительно слабое излучение, которое при полном поглощении повышает температуру тела лишь на 0,001 °С, нарушает жизнедеятельность клеток.
Живая клетка — это сложный механизм, не способный продолжать нормальную деятельность даже при малых повреждениях отдельных его участков.
Между тем и слабые излучения способны нанести клеткам существенные повреждения и вызвать опасные заболевания (лучевая болезнь).
При большой интенсивности излучения живые организмы погибают.
Опасность излучений усугубляется тем, что они не вызывают никаких болевых ощущений даже при смертельных дозах.
Механизм биологического действия излучения, поражающего объекты, еще недостаточно изучен.
Но ясно, что оно сводится к ионизации атомов и молекул и это приводит к изменению их химической активности.
Наиболее чувствительны к излучениям ядра клеток, особенно клеток, которые быстро делятся.
Поэтому в первую очередь излучения поражают костный мозг, из-за чего нарушается процесс образования крови.
Далее наступает поражение клеток пищеварительного тракта и других органов.
Сильное влияние оказывает облучение на наследственность, поражая гены в хромосомах.
В большинстве случаев это влияние является неблагоприятным.
Облучение живых организмов может оказывать и определенную пользу.
Быстроразмножающиеся клетки в злокачественных (раковых) опухолях более чувствительны к облучению, чем нормальные.
На этом основано подавление раковой опухоли γ-лучами радиоактивных препаратов, которые для этой цели более эффективны, чем рентгеновские лучи.
Доза излучения
Воздействие излучений на живые организмы характеризуется дозой излучения.
Поглощенной дозой излучения называется отношение поглощенной энергии Е ионизирующего излучения к массе m облучаемого вещества:
В СИ поглощенную дозу излучения выражают в граях (сокращенно: Гр).
1 Гр равен поглощенной дозе излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж:
Естественный фон радиации (космические лучи, радиоактивность окружающей среды и человеческого тела) составляет за год дозу излучения около 2 • 10 -3 Гр на человека.
Международная комиссия по радиационной защите установила для лиц, работающих с излучением, предельно допустимую за год дозу 0,05 Гр.
Доза излучения 3—10 Гр, полученная за короткое время, смертельна.
Рентген
На практике широко используется внесистемная единица экспозиционной дозы излучения — рентген (сокращенно: Р).
Эта единица является мерой ионизирующей способности рентгеновского и гамма-излучений.
Доза излучения равна одному рентгену (1 Р), если в 1 см 3 сухого воздуха при температуре 0 °С и давлении 760 мм рт. ст. образуется столько ионов, что их суммарный заряд каждого знака в отдельности равен 3 • 10 -10 Кл.
При этом получается примерно 2 • 10 9 пар ионов.
Число образующихся ионов связано с поглощаемой веществом энергией.
В практической дозиметрии можно считать 1 Р примерно эквивалентным поглощенной дозе излучения 0,01 Гр.
Характер воздействия излучения зависит не только от дозы поглощенного излучения, но и от его вида.
Различие биологического воздействия видов излучения характеризуется коэффициентом качества k.
За единицу принимается коэффициент качества рентгеновского и гамма-излучения.
Самое большое значение коэффициента качества у α-частиц (k = 20), α-лучи являются самыми опасными, так как вызывают самые большие разрушения живых клеток.
Для оценки действия излучения на живые организмы вводится специальная величина — эквивалентная доза поглощенного излучения.
Это произведение дозы поглощенного излучения на коэффициент качества:
Н = D • k.
Единица эквивалентной дозы - зиверт (Зв).
1 Зв — эквивалентная доза, при которой доза поглощенного гамма-излучения равна 1 Гр.
Максимальное значение эквивалентной дозы, после которого происходит поражение организма, выражающееся в нарушении деления клетки или образовании новых клеток, 0,5 Зв.
Среднее значение эквивалентной дозы поглощенного излучения за счет естественного радиационного фона (космические лучи, радиоактивные изотопы земной коры и т. д.) составляет 2 мЗв в год.
Защита организмов от излучения
При работе с любым источником радиации (радиоактивные изотопы, реакторы и др.) необходимо принимать меры по радиационной защите всех людей, могущих попасть в зону действия излучения.
Самый простой метод защиты — это удаление персонала от источника излучения на достаточно большое расстояние.
Даже без учета поглощения в воздухе интенсивность радиации убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника.
Поэтому ампулы с радиоактивными препаратами не следует брать руками.
Надо пользоваться специальными щипцами с длинной ручкой.
В тех случаях, когда удаление от источника излучения на достаточно большое расстояние невозможно, для защиты от излучения используют преграды из поглощающих материалов.
Наиболее сложна защита от γ-лучей и нейтронов из-за их большой проникающей способности.
Лучшим поглотителем γ-лучей является свинец.
Медленные нейтроны хорошо поглощаются бором и кадмием.
Быстрые нейтроны предварительно замедляются с помощью графита.
После аварии на Чернобыльской АЭС Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ) по предложению нашей страны приняты рекомендации по дополнительным мерам безопасности энергетических реакторов.
Установлены более строгие регламенты работ персонала АЭС.
Авария на Чернобыльской АЭС показала огромную опасность радиоактивных излучений.
Все люди должны иметь представление об этой опасности и мерах защиты от нее.
Физика атомного ядра. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика
Атом – наименьшая частица химического элемента, каждому химическому элементу соответствует определенный род атомов, обозначаемый специальным символом. Долгое время атом считался неделимым. К началу 20 века накопился ряд фактов, указывающих на сложную структуру атома: открытие электрона, рентгеновских лучей, явления радиоактивности.
Естественной радиоактивностью называют самопроизвольное превращение одних ядер одних
химических элементов в другие, сопровождающееся испусканием различных частиц.
Открыто в 1896 году французским физиком Беккерелем. Он заметил, что уран излучает неизвестные
в то время невидимые лучи. Французские ученые Пьер Кюри и Мария – Склодовская Кюри
обнаружили еще ряд химических элементов, обладающих радиоактивностью: торий, радий, полоний.
В настоящее время известно, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.
В 1908 году Резерфорд установил, что невидимое излучение, при прохождении через магнитное или
электрическое поле разделяется на три составляющие: α-, β-,γ- лучи.
Было установлено, что α- лучи – это альфа частицы ( поток ядер гелия);
β- лучи – бета частицы
( поток быстрых электронов);
γ- лучи – это электромагнитные волны с частотой 10 21 Гц.
Проникающая способность лучей:
1.α- лучи –обладают наименьшей проникающей способностью, их задерживает даже слой бумаги толщиной 0,1 мм.
2.β- лучи имеют большую проникающую способность, они задерживаются слоем металла толщиной в несколько мм.
3.γ- лучи обладают огромной проникающей способностью, их задерживает только слой синца в 5 - 10 см.
4.Свинец хорошо задерживает все виды излучения.
Радиоактивные излучения имеют следующие основные свойства:
1. Вызывают почернение фотопленки, т. е. производят химическое действие.
2. Вызывают ионизацию газов.
3. Вызывают люминесценцию, т. е. свечение некоторых веществ.
4. Радиоактивность не зависит от внешних условий: температуры, давления.
Тяжёлые ядра перегружены нейтронами, имеют небольшую удельную энергию связи и поэтому
являются неусточивыми. Например, ядро урана, захватив первичный нейтрон, деформируется,
ядерные силы ослабевают и за счёт сил Кулона ядро делится на два новых, более стабильных ядра
(осколка). При этом выделяется огромное количество энергии. Основная масса энергии выделяется
в виде кинетической энергии осколков. Осколки отдают эту кинетическую энергию другим атомам
урана, что приводит к разогреву куска урана. При делении ядра урана выделяются 2-3 вторичных
нейтрона, которые могут вызвать развал следующих атомов, т.е. число делящихся атомов может
нарастать лавинообразно . Ядерная реакция, при которой число делящихся ядер нарастает
лавинообразно, называется цепной ядерной реакцией. При ней выделяется огромное количество
энергии. Чтобы в ядерном горючем началась цепная ядерная реакция коэффициент размножения
нейтронов должен быть большим или равным единице.
к – коффициент размножения нейтронов – это отношение числа вторичных нейтронов в данном
поколении к числу нейтронов в предыдущем поколении.
При к >1 – реакция неуправляема ( взрыв) – используется в атомной бомбе. В 1945 г. американцы
сбросили первую атомную бомбу на японский город Хиросиму. В СССР первая бомба была
создана в 1949 году под руководством академика Курчатова.
При к = 1 – реакция управляема. Её используют в ядерном реакторе – устройстве для осуществления управляемой ядерной реакции. Центральная часть реактора заполнена графитом, в котором сделаны отверстия. В них вставляют стержни из ядерного горючего. Как только реакция начинает нарастать, в центральную зону опускают стержни из бора или кадмия, которые поглощают вторичные нейтроны. Реакция затухают, поглощающие стержни поднимают, реакция снова нарастает. Выделяющаяся при цепной реакции нагревает теплоноситель ( жидкий натрий). Теплоноситель в теплообменнике нагревает воду, превращая её в пар. Пар вращает турбину, которая вращает генератор переменного тока.
Радиоактивные излучения оказывают сильное воздействие на живые ткани: вызывают мутацию
клеток, изменяют наследственность, вызывают лучевую болезнь, раковые опухоли, поражают костный мозг, нарушают процесс образования крови. Эти излучения называют часто ионизирующими излучениями. Опасность их в том, что наш организм не чувствует это излучение.
Атом – наименьшая частица химического элемента, каждому химическому элементу соответствует определенный род атомов, обозначаемый специальным символом. Долгое время атом считался неделимым. К началу 20 века накопился ряд фактов, указывающих на сложную структуру атома: открытие электрона, рентгеновских лучей, явления радиоактивности.
Естественной радиоактивностью называют самопроизвольное превращение одних ядер одних
химических элементов в другие, сопровождающееся испусканием различных частиц.
Открыто в 1896 году французским физиком Беккерелем. Он заметил, что уран излучает неизвестные
в то время невидимые лучи. Французские ученые Пьер Кюри и Мария – Склодовская Кюри
обнаружили еще ряд химических элементов, обладающих радиоактивностью: торий, радий, полоний.
В настоящее время известно, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.
В 1908 году Резерфорд установил, что невидимое излучение, при прохождении через магнитное или
электрическое поле разделяется на три составляющие: α-, β-,γ- лучи.
Было установлено, что α- лучи – это альфа частицы ( поток ядер гелия);
β- лучи – бета частицы
( поток быстрых электронов);
γ- лучи – это электромагнитные волны с частотой 10 21 Гц.
Проникающая способность лучей:
1.α- лучи –обладают наименьшей проникающей способностью, их задерживает даже слой бумаги толщиной 0,1 мм.
2.β- лучи имеют большую проникающую способность, они задерживаются слоем металла толщиной в несколько мм.
3.γ- лучи обладают огромной проникающей способностью, их задерживает только слой синца в 5 - 10 см.
4.Свинец хорошо задерживает все виды излучения.
Радиоактивные излучения имеют следующие основные свойства:
1. Вызывают почернение фотопленки, т. е. производят химическое действие.
2. Вызывают ионизацию газов.
3. Вызывают люминесценцию, т. е. свечение некоторых веществ.
4. Радиоактивность не зависит от внешних условий: температуры, давления.
Тяжёлые ядра перегружены нейтронами, имеют небольшую удельную энергию связи и поэтому
являются неусточивыми. Например, ядро урана, захватив первичный нейтрон, деформируется,
ядерные силы ослабевают и за счёт сил Кулона ядро делится на два новых, более стабильных ядра
(осколка). При этом выделяется огромное количество энергии. Основная масса энергии выделяется
в виде кинетической энергии осколков. Осколки отдают эту кинетическую энергию другим атомам
урана, что приводит к разогреву куска урана. При делении ядра урана выделяются 2-3 вторичных
нейтрона, которые могут вызвать развал следующих атомов, т.е. число делящихся атомов может
нарастать лавинообразно . Ядерная реакция, при которой число делящихся ядер нарастает
лавинообразно, называется цепной ядерной реакцией. При ней выделяется огромное количество
энергии. Чтобы в ядерном горючем началась цепная ядерная реакция коэффициент размножения
нейтронов должен быть большим или равным единице.
к – коффициент размножения нейтронов – это отношение числа вторичных нейтронов в данном
поколении к числу нейтронов в предыдущем поколении.
При к >1 – реакция неуправляема ( взрыв) – используется в атомной бомбе. В 1945 г. американцы
сбросили первую атомную бомбу на японский город Хиросиму. В СССР первая бомба была
создана в 1949 году под руководством академика Курчатова.
При к = 1 – реакция управляема. Её используют в ядерном реакторе – устройстве для осуществления управляемой ядерной реакции. Центральная часть реактора заполнена графитом, в котором сделаны отверстия. В них вставляют стержни из ядерного горючего. Как только реакция начинает нарастать, в центральную зону опускают стержни из бора или кадмия, которые поглощают вторичные нейтроны. Реакция затухают, поглощающие стержни поднимают, реакция снова нарастает. Выделяющаяся при цепной реакции нагревает теплоноситель ( жидкий натрий). Теплоноситель в теплообменнике нагревает воду, превращая её в пар. Пар вращает турбину, которая вращает генератор переменного тока.
Радиоактивные излучения оказывают сильное воздействие на живые ткани: вызывают мутацию
клеток, изменяют наследственность, вызывают лучевую болезнь, раковые опухоли, поражают костный мозг, нарушают процесс образования крови. Эти излучения называют часто ионизирующими излучениями. Опасность их в том, что наш организм не чувствует это излучение.
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
На этом уроке мы рассмотрим практическое применение ядерной энергии. Также мы познакомимся с тем, как можно характеризовать и измерить воздействие радиации на живые организмы и какие есть средства защиты от радиоактивных излучений.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Применение ядерной энергии. Биологическое действие радиоактивных излучений"
покупать продукт или делать его самому –
это два образа жизни.
В данной теме речь пойдёт об использовании ядерной энергии и о биологическом влиянии радиации на организм человека.
В ядерном реакторе осуществляются управляемые ядерные реакции с целью получения энергии. Ядерные реакторы делятся на несколько типов по своему назначению: существуют исследовательские реакторы, в которых происходит получение мощных пучков нейтронов для научных целей. Не менее важными, разумеется, являются энергетические реакторы – они предназначены для получения электрической энергии в промышленных масштабах. Также некоторые реакторы используются для нужд промышленности и теплофикации – их так и называют: теплофикационные. Поскольку ядерное топливо достаточно ценно, существуют специальные воспроизводящие ядерные реакторы, в которых из урана 238 и тория получают делящиеся материалы плутония и урана 233. Кроме того, ядерные реакторы используются в двигательных установках кораблей и подводных лодок. Такие реакторы называются транспортными. Наконец, существуют ядерные реакторы, целью которых является получение изотопов с искусственной радиоактивностью.
На сегодняшний день, ядерная энергетика весьма успешна. Бытует мнение о том, что атомные электростанции наносят огромный вред экологии. На самом деле, это мнение ничем не обосновано. Расчеты говорят о том, что атомные электростанции наносят значительно меньший вред, чем тепловые электростанции. У атомных электростанций есть радиоактивные выбросы, но эти радиоактивные нуклиды довольно быстро распадаются, превращаясь в нерадиоактивные. Если же говорить о тепловых электростанциях, то здесь дела обстоят значительно хуже. В угле всегда содержатся примеси радиоактивных элементов, которые выносятся с продуктами сгорания. Эти радионуклиды значительно более долгоживущие. Кроме того при работе ТЭС, даже после прохождения через систему очистки и фильтры, в атмосферу все равно выбрасывается сернистый ангидрид. В результате химических реакций, в атмосфере образуется раствор серной кислоты, в результате чего идут кислотные дожди, которые наносят непоправимый вред почве и растительности. Еще одно преимущество АЭС перед другими электростанциями – это то, что для их работы требуется сравнительно небольшое количество топлива. Кроме того, при строительстве АЭС нет нужды в огромных территориях, как при строительстве гидроэлектростанций. Но, разумеется, и у ядерной энергетики есть недостатки. В основном – это три ярко выраженные проблемы: содействие распространению ядерного оружия, которое, разумеется, не сулит ничего хорошего, утилизация радиоактивных отходов и, конечно, возможность аварий, которые сопровождаются критическими последствиями.
Именно о подобных последствиях будет идти речь, а точнее – о биологическом действии радиоактивных излучений. В первую очередь, мы должны обсудить такую величину, как поглощенная доза. Поглощенная доза – это отношение ионизирующей энергии, переданной веществу к массе этого вещества.
В системе СИ поглощенная доза измеряется в грэях (Гр).
Однако, до введения этой единицы была и другая единица измерения поглощенной дозы – рад.
Она равна приблизительно одной сотой грэя.
От названия этой единицы измерения пошло называние целого класса приборов, которые называются радиометрами.
Еще одна важная величина – это мощность излучения, то есть, поглощенная доза в единицу времени. Зная мощность излучения, можно будет вычислить поглощенную дозу при нахождении в радиоактивной зоне в течение того или иного времени.
Также, существует такая величина, как экспозиционная доза. Она характеризует ионизирующую способность излучения. При попадании радиоактивного излучения в вещество, в нем происходит ионизация. Конечно, ионизация атомов внутри живых организмов пагубно влияет на их здоровье. При попадании в клетку живого организма подобных частиц, происходят нарушения работы клетки. Итак, экспозиционная доза – это отношение суммарного заряда ионов одинакового знака, который образовался в некотором объеме вещества к массе этого объема.
Надо сказать, что экспозиционная доза в кулонах на килограмм используется мало. В основном используется внесистемная единица измерения, которая называется рентген (Р).
Но как всё-таки выразить биологический эффект облучения количественно? Для этого вводится еще одна величина, которая называется эквивалентной дозой. Конечно, разные виды излучения вызывают разные эффекты. Например, a-лучи дают эффект, напоминающий эффект ожога. Дело в том, что a-частицы не проходят в тело человека дальше, чем на несколько микрон. Что касается b-лучей, то они могут проникать на несколько сантиметров, поскольку они значительно меньше и обладают более высокой скоростью. g-излучение пронизывает человека насквозь. В связи с этим вводится такая величина, как коэффициент качества – это величина, характеризующая эффективность того или иного излучения. Эквивалентная доза определяется как произведение поглощенной дозы и коэффициента качества.
Единицей измерения эквивалентной дозы является зиверт (Зв). Условно принято считать, что коэффициент качества для g-излучения равен единице. Исходя из этого, были подсчитаны коэффициенты качества для других видов излучений. Для b-лучей, коэффициент качества также равен единице, а вот для a-лучей, коэффициент качества составляет 20. Для нейтронного излучения коэффициент качества может быть равен трем, семи или десяти (в зависимости от скорости нейтронов). Если вы обратили внимание, то коэффициент качества для быстрых нейтронов меньше, чем для средних. Дело в том, что быстрые нейтроны могут проскочить мимо атомов, не нанеся им никакого вреда.
Итак, в чем же состоит биологическое действие? Как вы знаете, значительную часть человеческого организма составляет вода. Именно на воду и действует радиоактивное излучение в первую очередь. В результате облучения образуются радикалы, которые воздействуют на клетку самым нежелательным образом (а именно – вызывают мутацию клеток). Хорошо известно, что внешнее излучение (пусть даже слабое) способно уже через несколько месяцев изменить состав крови. Но гораздо более опасное и вредное – это внутреннее излучение. Внутреннее излучение возникает, когда радиоактивные продукты распада попадают внутрь человека (чаще всего это бывает при вдыхании радиоактивной пыли, хотя в отдельных случаях, эти продукты могут попасть в человеческий организм вместе с пищей). В первую очередь, поражаются те органы, с помощью которых радиоактивные нуклиды и попали в организм. В дальнейшем эти нуклиды осаждаются в костях, в органах, продолжая испускать излучение, в результате вторичного распада. В качестве примеров таких вредных радионуклидов можно привести углерод 14, калий, стронций, барий, цезий, радий, торий и некоторые другие вещества. Именно внутреннее излучение и губит человека.
Радиационные эффекты делятся на два вида: соматические и генетические. К соматическим эффектам относятся лучевая болезнь, лучевые ожоги и возникновение лейкозы (то есть, заболевание лейкемией). Также к соматическим эффектам относятся раковые опухоли. К генетическим эффектам относятся генные мутации и хромосомные мутации. Эти эффекты проявляются в последующих поколениях – то есть у потомков человека, подвергшегося облучению.
Рассмотрим таблицу, в которой приведены поглощенные дозы и соответствующие последствия.
Как вы знаете, существует естественный радиационный фон, который, конечно, наносит небольшой вред, но никаких ярко выраженных последствий поглощения таких доз нет. Дозы до 1 Гр вызывают не очень значительные изменения и еще могут рассматриваться, как состояние предболезни. Однако, дозы свыше 1 Гр вызывают острую лучевую болезнь. Дозы более 3 Гр считаются критическими: получившие такую дозу требуют немедленного лечения. Дозы более 10 Гр являются 100 % смертельными.
Итак, как же защититься от подобных негативных влияний? В первую очередь, конечно, необходимо защитить дыхательные пути и поверхность кожи. Надо сказать, что от a-лучей можно защититься, даже нося плотную одежду. Для защиты от b-излучения уже требуется специальный костюм, который сделан из прорезиненного и просвинцованного материала. Дело в том, что свинец достаточно хорошо задерживает a- и b-частицы, а также ослабляет g-излучение. Но полностью защититься от g-излучения на сегодняшний день не представляется возможным, поскольку данное излучение обладает очень высокой проникающей способностью. Все укрепления и подземные бункеры, подготовленные на случай ядерной катастрофы сделаны, главным образом, для того, чтобы ослабить влияние g-лучей. В них используются материалы с высоким коэффициентом поглощения – толстые слои бетона и свинца.
Как вы знаете, существуют естественные и искусственные источники радиоактивного излучения. Надо сказать, что 75% радиационного фона привносят естественные источники радиации. Частично – это космическое излучение, которому подвергается Земля (в частности от Солнца). Но, главный вклад вносят радиоактивные элементы, которые существуют на нашей планете с момента её образования. Защититься от этих источников нет никакой возможности, но, к счастью, естественный радиационный фон довольно слаб. Искусственные источники радиации – это, в основном, атомные электростанции и испытания атомного и ядерного оружия.
Основные выводы:
– Поглощенная доза – это величина, равная отношению энергии ионизирующего излучения, поглощенной облучаемым веществом, к массе этого вещества.
– Экспозиционная доза – это величина, равная отношению суммарного заряда ионов одинакового знака, который образовался в некотором объеме вещества к массе этого объема.
– Эквивалентная доза – это величина, определяющая воздействие излучения на организм, и равная произведению поглощенной дозы на коэффициент качества.
– Коэффициент качества показывает, во сколько раз радиационная опасность от воздействия на живой организм данного вида излучения больше, чем от воздействия γ-излучения.
Ядерная энергетика (Атомная энергетика) — это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии.
Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.
Установлено, что радиоактивны все химические элементы с порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута), и многие более лёгкие элементы (прометий и технеций не имеют стабильных изотопов, а у некоторых элементов, таких как индий, калий или кальций, часть природных изотопов стабильны, другие же радиоактивны).
Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе.
Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.
Существуют три основные формы радиоактивного распада:
Альфа-распад происходит, когда ядро испускает альфа-частицу — ядро атома гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов. В результате испускания этой частицы возникает элемент с меньшим на два атомным номером.
Бета-распад происходит из-за слабых взаимодействий, и в результате нейтрон превращается в протон или наоборот. В первом случае происходит испускание электрона и антинейтрино, во втором — испускание позитрона и нейтрино. Электрон и позитрон называют бета-частицами. Бета-распад увеличивает или уменьшает атомный номер на единицу.
Гамма-излучение происходит из-за перехода ядра в состояние с более низкой энергией с испусканием электромагнитного излучения. Гамма-излучение может происходить вслед за испусканием альфа- или бета-частицы после радиоактивного распада.
Каждый радиоактивный изотоп характеризуется периодом полураспада, то есть временем, за которое распадается половина ядер образца.
Радиация, проникающая радиация, радиационная защита, защита от ионизирующих и рентгеновских излучений, нуклиды, радионуклиды и т.п.
Многообразие этих терминов, которые в какой-то степени повторяют друг друга, нередко приводит к неоднозначному пониманию и толкованию.
С некоторым допущением можно сказать, что радиация - это явление, происходящее в радиоактивных элементах, ядерных реакторах, при ядерных взрывах, сопровождающееся испусканием частиц и различными излучениями, в результате чего возникают вредные и опасные факторы, воздействующие на людей. Следовательно, термин “ионизирующие излучения” есть одна из сторон проявления физико-химических процессов, протекающих в радиоактивных элементах.
Термин “проникающая радиация” следует понимать как поражающий фактор ионизирующих излучений, возникающих, например, при взрыве атомного реактора.
Ионизирующее излучение - это любое излучение, вызывающее ионизацию среды, т.е. протекание электрических токов в этой среде, в том числе и в организме человека, что часто приводит к разрушению клеток, изменению состава крови, ожогам и другим тяжелым последствиям.
Источники и виды ионизирующих излучений
Источниками ионизирующих излучений являются радиоактивных элементы и их изотопы, ядерные реакторы, ускорители заряженными частиц и др. рентгеновские установки и высоковольтные источники постоянного тока относятся к источникам рентгеновского излучения.
Здесь следует отметить, что при нормальном режиме их эксплуатации радиационная опасность незначительна. Она наступает при возникновении аварийного режима и может долго проявлять себя при радиоактивном заражении местности.
Ионизирующие излучения разделяются на два вида: электромагнитное (гамма-излучение и рентгеновское излучение) и корпускулярное, представляющее собой a - и b -частицы, нейтроны и др.
По своим свойствам a -частицы обладают малой проникающей способностью и не представляют опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие a -частицы, не попадут внутрь организма через рану, с пищей или вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными.
b -частицы могут проникать в ткани организма на глубину один – два сантиметра.
Большой проникающей способностью обладает g -излучение, которое распространяется со скоростью света; его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.
Понятие о нуклидах и радионуклидах
Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу “нуклидов”. Большинство нуклидов нестабильны, т.е. они все время превращаются в другие нуклиды.
Например, атом урана-238 время от времени испускает два протона и два нейтрона (a -частицы). Уран превращается в торий-234, но торий также нестабилен. В конечном итоге эта цепочка превращений оканчивается стабильным нуклидом свинца.
Самопроизвольный распад нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, а сам такой нуклид - радионуклидом. При каждом распаде высвобождается энергия, которая и передается дальше в виде излучения. Поэтому можно сказать, что в определенной степени испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов, - это a -излучение, испускание электрона - b -излучение, и, в некоторых случаях, возникает g -излучение.
Образование и рассеивание радионуклидов приводит к радиоактивному заражению воздуха, почвы, воды, что требует постоянного контроля их содержания и принятия мер по нейтрализации.
Радиация вокруг нас
Как все-таки действует радиация на человека и окружающую среду? Это одна из многих сегодняшних проблем, которая приковывает к себе внимание огромного количества людей.
Радиация действительно опасна: в больших дозах она приводит к поражению тканей, живой клетки, в малых - вызывает раковые явления и способствует генетическим изменениям.
Однако опасность представляют вовсе не те источники радиации, о которых больше всего говорят. Радиация, связанная с развитием атомной энергетики, составляет лишь малую долю, существенную часть облучения население получает от естественных источников радиации: из космоса и от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре, от применения рентгеновских лучей в медицине, во время полета на самолете, от каменного угля, сжигаемого в бесчисленном количестве различными котельными и т.д.
Сама по себе радиоактивность - явление не новое, как считают некоторые, связывая ее возникновение со строительством АЭС и появлением ядерных боеприпасов. Она существовала на Земле задолго до зарождения жизни. С тех пор как образовалась наша Вселенная (порядка 20 миллиардов лет назад), радиация постоянно наполняет космическое пространство.
Многие удивляются, узнав, что человек, хотя в чрезвычайно малой мере, но тоже радиоактивен. В его мышцах, костях и других тканях присутствуют мизерные количества радиоактивных веществ.
Однако с момента открытия радиации как явления не прошло и ста лет.
Так как основную часть дозы облучения население получает от естественных источников, то большинства из них избежать просто невозможно.
Человек подвергается двум видам облучения: внешнему и внутреннему. Дозы облучения сильно различаются и зависят, главным образом, от того, где люди живут.
Источники внешнего облучения
Радиоактивный фон, создаваемый космическими лучами (0,3 мЗв/год), дает чуть меньше половины всего внешнего облучения (0,65 мЗв/год), получаемого населением. Нет такого места на Земле, куда бы ни проникали космические лучи. При этом надо отметить, что Северный и Южный полюса получают больше радиации, чем экваториальные районы. Происходит это из-за наличия у Земли магнитного поля, силовые линии которого входят и выходят у полюсов.
Однако более существенную роль играет место нахождения человека. Чем выше поднимается он над уровнем моря, тем сильнее становится облучение, ибо толщина воздушной прослойки и ее плотность по мере подъема уменьшается, а следовательно, падают защитные свойства.
Те, кто живет на уровне моря, в год получают дозу внешнего облучения приблизительно 0,3 мЗв, на высоте 4000 метров – уже 1,7 мЗв. На высоте 12 км доза облучения за счет космических лучей возрастает приблизительно в 25 раз по сравнению с земной. Экипажи и пассажиры самолетов при перелете на расстояние 2400 км получают дозу облучения 10 мкЗм (0,01 мЗв или 1 мбэр), при полете из Москвы в Хабаровск эта цифра уже составит 40 – 50 мкЗв. Здесь играет роль не только продолжительность, но и высота полета.
Земная радиация, дающая ориентировочно 0,35 мЗв/год внешнего облучения, исходит в основном от тех пород полезных ископаемых, которые содержат калий – 40, рубидий – 87, уран – 238, торий – 232. Естественно, уровни земной радиации на нашей планете неодинаковы и колеблются большей частью от 0,3 до 0,6 мЗв/год. Есть такие места, где эти показатели во много раз выше.
Внутреннее облучение населения
Внутренне облучение населения от естественных источников на две трети происходит от попадания радиоактивных веществ в организм с пищей, водой и воздухом. В среднем человек получает около 180 мкЗв/год за счет калия – 40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивным калием, необходимым для жизнедеятельности. Нуклиды свинца – 210, полония – 210 концентрируются в рыбе и моллюсках. Поэтому люди, потребляющие много рыбы и других даров моря, получают относительно высокие дозы внутреннего облучения.
Жители северных районов, питающиеся мясом оленя, тоже подвергаются более высокому облучению, потому что лишайник, который употребляют олени в пищу зимой, концентрирует в себе значительные количества радиоактивных изотопов полония и свинца.
Недавно ученые установили, что наиболее весомым из всех естественных источников радиации является радиоактивный газ радон - это невидимый, не имеющий ни вкуса, ни запаха газ, который в 7,5 раз тяжелее воздуха. В природе радон встречается в двух основных видах: радон – 222 и радон – 220. Основная часть радиации исходит не от самого радона, а от дочерних продуктов распада, поэтому значительную часть дозы облучения человек получает от радионуклидов радона, попадающих в организм вместе с вдыхаемым воздухом.
Радон высвобождается из земной коры повсеместно, поэтому максимальную часть облучения от него человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении нижних этажей зданий, куда газ просачивается через фундамент и пол. Концентрация его в закрытых помещениях обычно в 8 раз выше, чем на улице, а на верхних этажах ниже, чем на первом.
Дерево, кирпич, бетон выделяют небольшое количество газа, а вот гранит и железо - значительно больше. Очень радиоактивны глиноземы. Относительно высокой радиоактивностью обладают некоторые отходы промышленности, используемые в строительстве, например, кирпич из красной глины (отходы производства алюминия), доменный шлак (в черной металлургии), зольная пыль (образуется при сжигании угля).
Другими источниками поступления радона в жилые помещения являются вода и природный газ. Надо помнить, что в сырой воде его намного больше, а при кипячении радон улетучивается, поэтому основную опасность представляет собой его попадание в легкие с парами воды. Чаще всего это происходит в ванной комнате при приеме горячего душа.
Точно такую же опасность радон представляет, смешиваясь под землей с природным газом, который при сжигании в кухонных плитах, отопительных и других нагревательных приборах попадает в помещение. Концентрация его сильно увеличивается при отсутствии хороших вытяжных систем.
Также нельзя забывать, что при сжигании угля значительная часть его компонентов спекается в шлак или золу, где концентрируются радиоактивные вещества. Более легкая из них часть - зольная пыль - уносится в воздух, что также приводит к дополнительному облучению людей.
Из печек и каминов всего мира вылетает в атмосферу зольной пыли не меньше, чем из труб электростанции.
За последние десятилетия человек усиленно занимался проблемами ядерной физики. Он создал сотни искусственных радионуклидов, научился использовать возможности атома в самых различных отраслях - в медицине, при производстве электро- и тепловой энергии, изготовлении светящихся циферблатов часов, множества приборов, при поиске полезных ископаемых и в военном деле. Все это, естественно, приводит к дополнительному облучению людей. В большинстве случаев дозы невелики, но иногда техногенные источники оказываются во много тысяч раз интенсивнее, чем естественные.
Медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением радиоактивности, вносят основной вклад в дозу, получаемую человеком от техногенных источников. Так, при рентгенографии зубов человек получает местное разовое облучение 0,03 Зв (3 бэр), при при рентгенографии желудка - 0,3 Зв (30 бэр), при флюорографии – 3,7 мЗв (370 мбэр).
Ядерные взрывы тоже вносят свою лепту в увеличение дозы облучения человека. Радиоактивные осадки от испытаний в атмосфере разносятся по всей планете, повышая общий уровень загрязненности. Испытания эти проходили в два периода:
первый (1954 – 1958 гг.), когда взрывы проводили Великобритания, США и СССР;
второй (1961 – 1962 гг.) – более значительный, когда взрывы проводили в основном США и СССР.
Всего ядерных испытаний в атмосфере произведено: Китаем – 193, СССР – 142, Францией – 45, США – 22, Великобританией – 21. После 1980 года взрывы в атмосфере практически прекратились. Подземные же испытания продолжаются до сих пор.
Атомная энергетика, хотя и вносит в суммарное облучение населения незначительный вклад, является предметом интенсивных споров. Если ядерные установки работают нормально, то и выбросы радиоактивных материалов в окружающую среду очень малы.
Каждому понятно, что доза облучения от ядерного реактора зависит от времени и расстояния. Чем дальше человек живет от АЭС, тем меньшую дозу он получает. Дело в том, что большинство радионуклидов, выбрасываемых в атмосферу, быстро распадаются, и поэтому они имеют только местное значение. Конечно, есть и долгоживущие, которые могут распространяться по всему земному шару и оставаться в окружающей среде практически бесконечно.
Другим источником загрязнения радиоактивными веществами служат рудники и обогатительные фабрики. В процессе переработки урановой руды образуется огромное количество отходов - “хвостов”, которые остаются радиоактивными в течение миллионов лет. Они - главный долгоживущий источник облучения населения. Подводя итог, надо сказать, что средние дозы облучения от атомной энергетики весьма малы по сравнению с дозами, получаемыми от естественных источников (более 1%).
В промышленности и в быту из-за применения различных технических средств люди тоже получают дополнительное, хотя и небольшое, облучение. Например, работники, которые участвуют в производстве люминофоров с использованием радиоактивных материалов, на заводах стройиндустрии и промплощадках, где используются установки промышленной дефектоскопии. Под землей повышенные дозы получают шахтеры, рудокопы, золотодобытчики. Достается и персоналу курортов с радоновыми источниками.
Источник рентгеновского излучения - цветной телевизор. При просмотре, например, одного хоккейного матча человек получает облучение 0,1мкЗв (1мкбэр). Если смотреть передачи в течении года ежедневно по 3 часа, то доза облучения составит 5 мкЗв.
Таким образом, в современных условиях при наличии высокого естественного радиационного фона, при действующих технологических процессах каждый житель Земли ежегодно получает дозу облучения в среднем 2 – 3 мЗв (200 – 300 мбэр).
Читайте также: