Естественные источники радиации

Содержание

Введение…………………………………………………………………..……….3
1. Понятие о радиоактивности.………….……………………………...…...…...4

2. Естественные источники радиоактивности ………………….……...……….5

2.1. Космические лучи……………..…………………………………………..…7

2.2. Земная радиация………………………...…………………………………..10

Заключение.............................................................................................................15

Список используемой литературы……………………...……………………....16

Введение.

В конце 1895 года весь ученый мир был взволнован появившимися в печати сообщениями об открытии профессором Вильгельмом Конрадом Рентгеном лучей, обладавших необычными свойствами. Эти лучи, названные Рентгеном Х-лучами, свободно проходили сквозь дерево, картон и другие предметы, непрозрачные для видимого света. Впоследствии они получили название рентгеновских лучей – в честь открывшего их ученого. Это открытие вызвало большую сенсацию в научном мире. Может, по этой причине многими учеными не было замечено другое крупнейшее открытие конца ХIХ столетия – открытие французским ученым Анри Беккерелем в 1896 г. явления радиоактивности. Вскоре Беккерель на заседании Академии наук сообщил, что наблюдавшиеся им лучи, проникавшие подобно рентгеновским лучам через непрозрачные для света предметы и вызывавшие почернение фотопластинок, спонтанно, без всякого вмешательства извне, излучаются некоторыми веществами.

Так было установлено, что новые лучи излучаются веществам, в состав которых входит уран. Вновь открытые лучи Беккерель назвал урановыми. Дальнейшая история новооткрытых лучей тесно связана с именами польского физика Марии Склодовской и ее мужа – француза Пьера Кюри. Супругам Кюри наука обязана тщательным всестороннем изучением вновь открытого явления, которое по предложению Марии Кюри-Склодовской было названо радиоактивностью.

Понятие о радиоактивности

Таким образом, явление радиоактивности было открыто в 1895 году французским ученым Анри Беккерелем. В настоящее время оно широко используется в науке, технике, медицине, промышленности. Радиактивные элементы естественного происхождения присутствуют повсюду в окружающей человека среде. В больших объемах образуются искусственные радионуклиды, главным образом в качестве побочного продукта на предприятиях оборонной промышленности и атомной энергетики. Попадая в окружающую среду, они оказывают воздействия на живые организмы, в чем и заключается их опасность. Для правильной оценки этой опасности необходимо четкое представление о масштабах загрязнения окружающей среды, о выгодах, которые приносят производства, основным или побочным продуктом которых являются радионуклиды, и потерях, связанных с отказом от этих производств, о реальных механизмах действия радиации, последствиях и существующих мерах защиты.

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

Радиация, или ионизирующее излучение - это частицы и гамма-кванты, энергия которых достаточно велика, чтобы при воздействии на вещество создавать ионы разных знаков. Радиацию нельзя вызвать с помощью химических реакций.

Естественные источники радиации

Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения падают на поверхность Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения называют внутренним. Облучению от естественных источников радиации подвергается любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частности, от того, где они живут. Уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где залегают особенно радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах -. соответственно ниже. Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строительных материалов, использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровень, герметизация помещений и даже полеты на самолетах все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников радиации. Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. В среднем они обеспечивают более 5/6 годовой эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением, в основном вследствие внутреннего облучения. Остальную часть вносят космические лучи, главным образом путем внешнего облучения. В

Таким образом, естественными радиоактивными веществами принято считать вещества, которые образовались и воздействуют на человека без его участия.

Радиационный фон Земли складывается из трех компонентов:

1. космическое излучение;

2. излучение от рассеянных в земной коре, воздухе и других объектах внешней среды природных радионуклидов;

3. излучение от искусственных (техногенных) радионуклидов.

Космические лучи

Радиационный фон, от космических лучей, ответственен за половину всего облучения, получаемого населением от естественных источников радиации.

Космические лучи представлены высокоэнергетическими потоками (примерно 90%), альфа-частицами (около 9%), нейтронами, фотонами, электронами и ядрами легких элементов (1%). Однако планета Земля, входящая в Солнечную систему, имеет свои защитные механизмы от радиационных воздействий, иначе жизнь на Земле была бы невозможна.

На расстоянии от одного до восьми земных радиусов космические частицы отклоняются магнитным полем Земли. Магнитное поле Земли создаёт мощную защиту для человека от космической радиации, хотя и не абсолютную. Часть высокоэнергетических частиц прорывается через магнитное поле и достигает верхних слоев атмосферы. Немногие из них проникают через всю атмосферу и достигают поверхности Земли. Большинство же, сталкиваясь с атомами азота, кислорода, углерода атмосферы, взаимодействуют с ядрами этих атомов, разбивая их, рождая множество новых частиц протонов, нейтронов, мезонов, мезонов, образующих вторичное космическое излучение.

Защититься от этого невидимого "космического душа" невозможно. Но одни участки земной поверхности более подвержены его действию, чем другие. Северный и Южный полюсы получают больше космической радиации, чем экваториальные области, так как влияние магнитного поля Земли здесь меньше. Уровень облучения существенно растет с высотой, так как уменьшается слой воздуха, играющего защитную роль Космические лучи, проходя сквозь атмосферу, вызывают появление космогенных радионуклидов, которых сегодня насчитывается около 20. Однако более значительными из них являются изотоп водорода — тритий и углерод-14.

Заряженные частицы, попадая в магнитное поле Земли, образуют так называемые радиационные пояса Земли. Выходу заряженных частиц из радиационных поясов Земли мешает особая конфигурация направлений линий магнитной напряженности, создающих магнитную ловушку. Радиационные пояса Земли были открыты американским ученым Дж. Ван Алленом и русскими физиками С.Н. Верновым и А.Е. Чудановым.

Заряженные частицы в магнитном поле движутся по-разному в зависимости от соотношения плотностей магнитной кинетической энергии. Примерно на расстоянии 10-ти земных радиусов поток заряженных частиц встречает сильное магнитное поле и под действием силы Лоренца изменяется направление их движения. Движение потока заряженных частиц можно представить, как колебательное движение но спиральной траектории вдоль силовых линий магнитного поля из Северного в Южное полушарие и обратно.

Одно колебание вдоль силовой линии из Северного в Южное полушарие протон с энергией 100 МэВ совершает приблизительно за 3 секунды, а время его нахождения в магнитном поле составляет около 100 лет. При этом совершается до 10¹⁰ колебаний. В зависимости от энергии и заряда, частицы совершают полный оборот вокруг Земли за время от нескольких минут до суток, двигаясь в западном и восточном направлениях.

Радиационные пояса Земли можно подразделить на внутренний и внешний. Во внутреннем радиационном поясе находятся протоны высоких энергий и электроны. На нижней границе внутреннего пояса на расстоянии 200-300 км от поверхности Земли заряженные частицы испытывают столкновения с атомами и молекулами атмосферы и меняют свою энергию, поглощаясь атмосферой. Во внешнем радиационном поясе находятся электроны с энергией до 100 КэВ и временем «жизни» 10⁵-10⁷ с.

Пояс протонов малых энергий (до 10 МэВ) находится между внутренним и внешним поясами Земли. Зона квазизахвата расположена за внешним поясом и имеет сложную конфигурацию, зависимую от плотности потока космических лучей солнечного ветра.

В годы активного солнца плотность потока энергии солнечного ветра усиливается, граница радиационных поясов отодвигается дальше и становится большим препятствием для космических лучей.

В результате этого, с временной задержкой около года происходит возрастание интенсивности космических лучей на Земле. Время задержки определяется расстоянием, которое проходит солнечный ветер до границ магнитосферы. Радиационные пояса Земли представляют серьезную опасность для экипажей космических кораблей при длительных полетах в околоземном пространстве, если их орбита проходит через область радиационных поясов. Длительное пребывание космических кораблей в радиационном поясе приводит к переоблучению экипажей, выходу из строя оптических приборов и солнечных батарей, находящихся на корабле. В связи с этим проводятся интенсивные исследования при помощи спутников, специальных зондов по определению координат радиационных поясов Земли, а также рассчитываются орбиты космических кораблей для снижения действия радиационного фактора.

Земная радиация

Как описано выше, земная радиация была открыта более 100 лет назад.

В основном, ответственность за естественную земную радиацию несут три семейства радиоактивных элемента — уран, торий и актиний. Указанные радиоактивные элементы нестабильны и, в результате физических превращений, переход в стабильное состояние, сопровождается выделением энергии или ионизирующим излучением.

Главными источниками земной радиации являются радиоактивные элементы, содержащиеся в горных породах, которые образовались в результате геофизических процессов. Наибольшее содержание радиоактивных элементов содержится в гранитных породах и вулканических образованиях. Средняя концентрация радиоактивных изотопов калия-40, Ra-226, Th-232 колеблется у них от 10² до 10³ Бк/кг. В течение эволюционных процессов радиоизотопы мигрируют, участвуя в метрологических и геохимических формированиях окружающей среды. В результате соединения со стабильными элементами они участвуют в обменных реакциях живых организмов, тем самым создавая естественную радиоактивность обитателей Земли. К наиболее значимым элементам, обеспечивающим жизнедеятельность живой материи относятся изотопы калия, углерода и трития, а всего в биосфере находится значительно больше радиоактивных элементов, что обуславливает общую радиоактивность человека.

Основную роль в радиоактивность человека вносит калий-40 — около 20 • 10³ Бк или 0,2% от общей массы человека, углерод-14 — около 30 • 10² Бк или 18% от общей массы человека, которые поступают в организм человека в основном по пищевой цепочке.

Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в Земной коре — калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232.

Уровни земной радиации неодинаковы и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. В местах проживания основной массы населения мощность дозы облучения в среднем составляет 0,3-0,6 микрозиверта в год.

Основной естественный радиоактивный элемент на территории Белорусского Полесья с периодом полураспада 1,32 х 10⁹ лет, как дозообразующий фактор — это калий-40, который находится в почвах в виде солей и в живых организмах.

К-40 — слаборадиоактивный элемент, экологически мало опасен, он усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности. В среднем человек получает около 180 мкЗв в год от К-40.

В малых концентрациях естественные источники радиоактивности содержатся в любой почве. Однако, в зависимости от структуры почвы, их больше в гранитных породах, глиноземах и меньше в песчаных и известковых почвах.

Половину годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения от земных источников радиации человек получает от невидимого, не имеющего вкуса и запаха тяжёлого газа радона. В природе радон встречается в двух основных формах: радон-222, член радиоактивного ряда, образуемого продуктами распада урана-238, и радон-220, члена радиоактивного ряда тория-232.

Радон в 7,5 раза тяжелее воздуха и является альфа-радиоактивным с периодом полураспада 3,8 суток. После альфа-распада ядро радона превращается в ядро полония. Это также альфа-радиоактивный изотоп с периодом полураспада 3 минуты и наличием дополнительного электрического заряда. Следующие элементы этой цепочки радиоактивных распадов имеют такие же характеристики. Заканчивается ряд стабильным изотопом свинца. Концентрация радона в различных точках земного шара неодинакова.

Основную часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении, где повышена его концентрация.

Радон может проникать сквозь трещины в фундаменте, через пол из поверхности Земли и накапливается в основном на нижних этажах жилых помещений, создавая там повышенную радиацию. Одним из источников радоновой радиации могут быть конструкционные материалы, используемые в строительном производстве. К ним в первую очередь относятся материалы с повышенной радиоактивностью — гранит, пемза, глинозём, фос-фогипс.

Вода, используемая для бытовых и пищевых целей, обычно содержит мало радона, однако глубоко залегающие водяные пласты могут иметь повышенную его концентрацию. Высокая концентрация радона образуется в ванных комнатах, где радон, испаряясь из горячей воды при принятии душа или ванны, попадает в организм с вдыхаемым воздухом

Основными мероприятиями по устранению влияния радона, уменьшению его концентрации и снижению дозообразующего фактора являются: заделывание швов, трещин в фундаментах зданий, отказ от строительных материалов, содержащих радон, оклейка, окраска покрытий стен пластиковыми материалами, кипячение воды для пищевых нужд, особенно из глубоких артезианских скважин и колодцев, частое проветривание помещений на нижних этажах, ванных комнат.

В процессе развития материального производства, технологий, человек может локально изменить распределение естественных источников радиации, что приводит к повышенному облучению. Такими примерами являются полеты на самолетах, применение материалов с повышенной концентрацией радионуклидов, использование каменного угля и природного газа. Наблюдаемые при этом повышенные уровни излучения называются технологически повышенным естественным радиационным фоном(ТПЕРФ).

Вклад в общую дозу от естественной радиации вносит уголь, сжигаемый как на тепловых электростанциях, так и для обычных бытовых нужд. В 1 кг угля содержится до 50 Бк урана, около 300 Бк тория, 70 Бк калия-40 и других радиоактивных элементов. Если уголь содержит небольшое количество радионуклидов, то в угольных шлаках может быть высокая их концентрация. В связи с этим, нецелесообразно использовать шлаки угля как наполнители к цементам и бетонам, а золу — для улучшения почв. Поэтому тепловые электростанции являются серьезным источником внешнего и внутреннего облучения населения, проживающего на прилегающих территориях.

Другой источник ТПЕРФ — промышленное использование продуктов переработки фосфоритов. Залежи фосфоритов содержат, как правило, продукты распада U-238 в сравнительно высоких концентрациях. При этом следует учесть, что добыча фосфорной руды в мире очень велика и из года в год возрастает. Процесс переработки фосфорной руды экологически небезопасен, так как отходы руды содержат радионуклиды. Применение фосфорных удобрений в сельском хозяйстве, стимулирует усвоение естественных радионуклидов растениями из почвы. Использование отходов фосфорного производства в качестве стройматериалов (гипса) также является возможным дополнительным источником облучения. Так, в частности, в жилом доме, при строительстве которого вместо обычных материалов использовались гипсовые отходы, дополнительная годовая доза облучения жильцов составит мГр (Холл).

Увеличение радиационности почв могут дать фосфорные удобрения, особенно вносимые в жидком виде. В данном случае очень важно соблюдение сроков, по истечению которых можно использовать под выпасы сельскохозяйственные угодья после агрохимии фосфором.

Человечество во всем мире все шире для бытовых нужд использует большое количество потребительских товаров, содержащих естественные радионуклиды. К таким товарам можно отнести часы со светящимся циферблатом, содержащим радий, специальные оптические приборы, аппаратуру, применяемую в аэропортах и таможенном досмотре и т.д.

Нельзя недооценивать ионизирующее излучение от телевизоров и, в особенности, от дисплеев компьютеров. Это излучение, в некоторых случаях, может превышать естественные фоновые уровни. В связи с этим не рекомендуется слишком близко смотреть телепередачи или продолжительное время находится у дисплея компьютера, особенно детям. Показано, что среднегодовая доза, обусловленная использованием изделий, содержащих радионуклиды, составляет менее мЗв (1 мбэр).

Дополнительное облучение от естественных источников радиации составляет около 1% коллективной дозы, хотя в некоторых случаях для отдельных групп людей этот вклад может стать существенным по сравнению с естественным фоном.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы не имеем права и возможности уничтожить основной источник радиационного излучения, а именно природу, а также не можем и не должны отказываться от тех преимуществ, которые нам дает наше знание законов природы и умение ими воспользоваться. Таким образом, необходимо предпринимать все возможные меры по достижению наиболее эффективного и безопасного использования этого явления.

Не стоит бояться естественных источников радиоактивности. Все виды флоры и фауны Земли, в том числе и млекопитающие, возникли и эволюционно развивались на протяжении сотен миллионов лет при постоянном воздействии естественного радиационного фона.

Список использованной литературы

1. Савенко В.С. Радиоэкология. — Мн.: Дизайн ПРО, 1997.

2. Л.Д. Линденбратен, Л.Б. Наумов Медицинская рентгенология. М. Медицина 1984

3. Л.А. Михайлов «Безопасность жизнедеятельности»

4. Ю.В. Сивинцев «Радиация и человек» М. «Знание» 1987г.

5. Биологический энциклопедический словарь М. «Сов. Энциклопедия» 1986г.

6.Интернет-ресурс:

www.admbal.ru;

www.wikipedia.org/Радиоактивный_раcпад ( Дата обращения: 09.11.16)