Лекция 21.02.2014 «Радиоактивность»
Лекция 3 (28.02.2014)
1) Краткая характеристика ИИИ (источники ионизирующих излучений)
2) Взаимодействие ИИ с веществом.
Ионизирующие излучения – излучения, которое создаётся при радиоактивном распаде ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образуется при взаимодействии со средой ионов разных знаков.
1) A – излучение – поток альфа частиц, испускаемых при радиоактивном распаде, при ядерных реакциях и превращениях. Задерживается альфа-излучения листом бумаги. Особо опасны при попадании внутрь организма.
В-излучение – поток электронов, или позитронов, испускаемых ядерными радиоактивными элементами, их ядрами при β-распаде. Ткань человека они проникают на глубину до трёх сантиметров.
Гамма-излучение – электромагнитное излучение (длинна волны 10^-10 – 10^-14 метра), возникающее в некоторых случая при α или β распаде и аннигиляции частиц.
1) Аннигиляционное излучение – фотонное излучение, возникающее в результате аннигиляции частицы и античастицы. Воздействие на ткань человека аналогично 𝛾-излучению.
2) Характеристическое излучение – фотонное излучение, с энергетическим спектром, возникающее при изменении его состояния электронов атома. Воздействие на ткань человека аналогично 𝛾-излучению.
3) Тормозное излучение – фотонное излучение с непрерывным энергетическом спектром, испускаемом при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц. Воздействие на ткань человека аналогично 𝛾-излучению.
4) нейтронное излучение – поток нейтронов, наблюдаемых при ядерных взрывах нейтронных боеприпасов в работе ядерного реактора. Воздействие нейтронного излучения на окружающую среду зависит от энергии нейтронов, которая может меняться в пределах от 0,025 до 300 МэВ.
5) Протонное излучение – поток протонов, составляющих основу космического излучения, а также наблюдаемы при ядерных взрывах. Проникающая способность занимает промежуточное положение между α и β излучением. Экспозиционная
(1 рентген – доза фотонного излучения, при прохождении которого через 1 метр кубический сухого воздуха, при температуре 0 градусов Цельсия и давлении 760 мм. ртутного столба, образуется 2 *10^15 пар ионов, несущих электрический заряд в одну электростатическую единицу, количество электричества данного знака.
3) Взаимодействие α и β частицы, нейтроны, протоны, обладают значительной энергией, и воздействия на вещество с одной стороны производит его ионизацию, а с другой проникают на определённую глубину. Взаимодействия с веществом, они теряют эту энергию в основном в результате упругих и не упругих взаимодействий с ядрами атомов или электронами, отдавая им всю или часть своей энергии, вызывая ионизацию (возбуждение) атомов, то есть переход электрона с более близкой на более удалённую от ядра орбиту.
Ионизация – имеют значения на биоткань различных видов излучения. Зная свойства различных видов излучений, проникать через материалы, можно использовать, как и для защиты человека, так и для приборов.
Результаты взаимодействия ИИ с в веществом зависят от массы, заряда потока частиц и их энергий, от вида фотонов и их энергий, от типов плотности вещества, от значения энергий и внутримолекулярных сил облучаемого вещества. Взаимодействие ИИ с веществом зависит от соотношения масс и энергии частиц, и может носить упругий и не упругий характер.
Упругое взаимодействие аналогично и характерно для нейтральных частиц (нейтронов и фотонов), при этом Нейтрон, взаимодействия с атомом, может передать часть энергии пропорционально массам соударяющихся частиц, если это атом тяжёлого элемента, то передаётся только часть энергий. Кроме того, нейтрон замедляется до тепловых энергий, а далее вступает в ядерные реакции. Ударяя в атом, нейтрон может передать такое количество энергии, которого достаточно для того, чтобы ядро выскочило из электронной оболочки. В этом случае образуются заряженные частицы, обладающие значительной скоростью, которые способны осуществлять ионизацию среды. Результатом упругого взаимодействия может быть смещение атомов с узлов кристаллической решётки.
При упругом взаимодействии не изменяется природа частиц и их суммарная активность энергий остаётся постоянной до и после взаимодействий и происходит только перераспределение энергий между взаимодействующими частицами.
Возможен и такой случай упругого взаимодействия, когда не изменяется энергия каждой из взаимодействующих частиц, а происходит только изменение направления их движений.
При неупругом взаимодействии, часть энергии может затрачиваться на нагревание, возбуждение атомов или молекул, ионизацию и так далее.
В процессе взаимодействия может происходить изменение природы частиц, в результате протекания ядерных реакция, рождении и аннигиляции частиц.
Неупругое взаимодействие характерно для незаряженных частиц. Они способны ионизировать среду за счёт взаимодействия с электрическом полем атома. Попадая в зону действия электрического поля, заряженные частицы тормозятся и отклоняются от направления своего движения, испуская при этом тормозное излучение. Заряженные частицы могут, а счёт неупругих взаимодействий, предавать атомам среды количество энергий, недостаточной для ионизации. В этом случаи образуются ионы атомов в возбуждённом состоянии, которые передают эту энергию другим атомам, либо испускают кванты, характеристического излучения, или соударяясь с другими возбуждёнными атомами, могут получать энергию, достаточную для ионизации атомов.
Выводы:
1) Заряженные частицы, проходящие через вещество, взаимодействуют, как и с орбитальными электронами атомов, так и с его ядром.
2) При взаимодействии с орбитальными электронами, энергия частиц растрачивается на ионизацию атомов, если она менее 35 эВ и на возбуждение атомов, если она более 35 эВ.
3) В процессе ионизации атома образуются свободные электроны, а атомы, потерявшие один, или несколько электронов, превращаются в положительно-заряженные ионы.
4) При взаимодействии с ядром, заряженная частица может или тормозиться электрическим полем ядра и менять своё направление движения, или поглощаться ядром. Поглощение частицы ядром обычно происходит, если энергия частицы превышает 1,02 МэВ.
Процесс взаимодействия, при котором исчезают первоначальные и образуются новые частицы – называется ядерной реакцией.
Вертикальная миграция
Поверхностное загрязнение почвы происходи в основном за счёт адгезии и адсорбции. Адгезия рад частиц характерна для аэрозолей и в меньшей степени для горячих частиц. Адсорбция химич и физич. При физической радионуклиды сохраняют свою индивидуальность и проникают в вещество за счёт межмолекулярного взаимодействия. Химическая за счёт хим взаимодействия и образования нового химического соединения.
Радионуклиды могут проникать в почву в результате диффузии. При этом в разных почвах диффузия разная. По мере миграции радионуклидов в вертикальной плоскости происходит изменение и радиоактивности. Исследование показывает, что в РБ радионуклиды цезия и стронция сосредоточены в основном в почвенном слое до 20 см. Процесс миграции радионуклидов в вертикальной плоскости медленный. И в среднем каждые 20 лет количество радионуклидов будет уменьшаться в 2 раза для 20см слоя. Миграция радионуклидов в вертикальной плоскости зависит от видов почвы. Так в песчаных почвах меньше чем в торфоболотных. Стронций-90 в дерново-подзорестых и супесчаных почвах распределён так же, как и цезий -137, только в торфяных почвах он проникает глубже. Существует опасность попадания стронция-90 в подземные воды. Особенно после того. Как радионуклиды вступили в различные водорастворимые химические соединения. Чем ближе к ЧАЭС, тем меньше миграция, так как здесь больше горячих частиц.
Горизонтальная миграция.
Существует несколько причин горизонтальной миграции, естественной является распространение радионуклидов вместе с пылью за счёт ветра. Радионуклиды смываются так же дождевыми и паводковыми водами. По этой причине наблюдается повышенное содержание радионуклидов в низинах. Однако наиболее распространяющаяся миграция происходит по вене человека. В частности, радионуклиды разносятся транспортом с загрязнённых районов в чистые, а также за счёт использования комбикормов, заготовленных в загрязнённых зонах. Миграция радионуклидов происходит так же за счёт лесных пожаров. Прогноз распространения радионуклидов в основном связана с горизонтальной миграцией, деятельностью человека, состоянием погоды и способностью растений аккумулировать радионуклиды.
Долгосрочный прогноз показывает, что самопроизвольное очищение почв в следствие вертикальной миграции будет происходить крайне медленно. Однако заглубление плутония будет значительным по мере разрушения горячих частиц. Одновременно миграция по воздуху и за счёт паводковых вод на отдельных участках территории достигает 5 км в год. В низинах радионуклидов больше.
В прогнозе возможно радиоактивное загрязнение воды в следствие миграции только в зонах с поверхностной активностью АС 40 кюри/км^2 и более. В реках радионуклиды в основном сосредоточенный в донных отложениях. Несколько меньше в гидробионтах, а ещё меньше в самой воде. В период разлива рек, возрастает доля активности, связана с илистой фракцией почвы. Радиоактивные вещества течением могут разноситься на большие расстояния и только часть из них накапливается в донных отложениях. В озёрах радионуклиды сосредоточены в сапропели, а также в донных отложениях. Наличие растительности в озёрах, ей способность накапливать радионуклиды вызывает накопление достаточно высокого уровня радиоактивности в донных отложениях. Таким образом за счёт миграции радионуклидов уменьшается плотность, но увеличиваются площади радиоактивного загрязнения. Одновременно идёт медленный процесс спада радиоактивности за счёт самопроизвольного распада радионуклидов. Хорошо растворимые в воде стронций-190 и что-то ещё будут представлять большую опасность для нашего мира.
Лекция 18.04.2014
Смотрели презентацию
Лекция 25,04,2014
Лекция 21.02.2014 «Радиоактивность»
1 Ки = 3,7*10^0 Бк
1 мКи = 3,7 МБк
1 мкКи = 37 кБк
Загрязнённость местности радионуклидами (Могилёвская обл)
| Ки/Км^2 | кБк/Км^2 |
| 146,5 |
Сколько всего радионуклид содержится в образце или в одном кв метре в данный момент можно узнать определяя их радиоактивность - Количество распавшихся ядер за определённое время. Радиоактивность измеряют в распадах за секунду – эта единица называется «Беккерель «БК»»
Например, если радиоактивность одного кв метра почвы составляет 100 Бк, это значит, что на этой площадке содержаться радионуклиды из которых 100 распадётся каждую секунду. Используя единицы в х1000, то КилоБк…
В нашей стране используются внесистемные единицы (старые), которые обозначаются «Кюри «Ки»» Она возникла в то время, когда был учёными открыт искусственный радионуклид – Радий. Выделенный супругами Кюри.
Радиоактивность одного грамма чистого радия, в котором за 1 сек распадается 3,7*10^10 ядер было принято за единицу. Специалисты работают в тысячи и миллионы раз с меньшими единицами.
Если взять одно радиоактивное ядро, то совершенно не возможно предсказать, когда оно распадётся. Другое дело, когда таких ядер много. Специалисты могут подсчитать что за час или за год вполне конкретная доля радионуклида обязательно распадётся, испустив соответствующее количество частиц или квантов. Одни радиоактивные изотопы распадаются быстро, превращаясь в стабильные элементы, то есть безвредные.
Скорость распада принято описывать периодом полураспада радионуклидов, то есть временем, за которое из всех имеющихся в ядер, распадётся ровно половина. Спустя два периода полураспада, от первоначальной радиоактивности останется только четверть. (Йод 131 – 8,5 дня (период полураспада), Cs137 – 30, Стронций 90 -> Итрий 90 (64 часа), Плутоний 39 – 24000 лет.)
Работа атомного реактора:
В реакторе происходит самоподдерживающиеся управляемые цепная реакция с выделением тепла. Для того, чтобы она осуществлялась – необходимо иметь:
1) Ядерное топливо
2) замедлитель нейтронов
3) теплоноситель
4) Поглотитель нейтронов
В реакторах РБМК (реактор Большой Многоканальный0 Было загружено 180 тонн топлива в виде природного урана 235.
Рис 1.
Под действием нейтронов ядра урана раскалываются, при этом образуются ещё несколько нейтронов и выделяется тепло. Вновь образовавшиеся нейтроны в свою очередь вызывают деление соседних ядер, но лишь в том случае, если их предварительно замедлить. Тоесть уменьшить энергию. (быстрые, высоко энергичные нейтроны, высвобождающиеся при делении малоэффективны в поддержании цепной реакции).
Ф-цию замедлителя выполняет графит. В общем виде реактор представляет собой большой графитовый цилиндр.
В общем виде реактор представляет собой большой графитовый цилиндр, в который равномерно погружены стержни с урановым топливом. В активной зоне одновременно делится огромное кол-во ядер и выделяется большое кол-во тепла. Тепло отбирается теплоносителем – водой, циркулирующей по топливным каналам. Нагреваясь, вода превращается в пар, который поступает на турбины и через конденсатор вырабатывается электроэнергия. Для того что бы предотвратить бесконечное развитие цепной реакции делением радионуклидами и регулировать мощность реактора, в активную зону вводят несколько стержней с в-вом, сильно поглощающем нейтроны (бор). Если опустить целиком в систему, нейтронов становится недостаточно и реактор останавливается.
Из рис 4. Видно, что представляют из себя осколки ядерного деления. Видно, что больше всего образуется изотопа, с массами от 80 до 105 (первый пик) и от 130 до 180 (второй пик). Таким образом во время работы реактора, в нём больше всего накапливается стронция-90 и цезия-137. Много и других изотопов в активной зоне, относящихся к указанному диапазону. Под действием нейтронов образовывается радиоизотопы Плутония – горячие частички.
Тритий, дейтерий, углерод-14, берилий-7, а также изотопы ряда металлов, из которых сконструированы реакторы.
В результате взрыва на ЧАЭС часть радиоактивных веществ было выброшено из реактора и загрязнило значительную территорию. Для того чтоб определить величину радиоактивности, поступившей в окружающую среду при аварии нужно знать сколько при поступившем при аварии нужно знать сколько её осталось в реакторе. Произвести масштабные измерения выбросов.
Представленные МАГАТЭ исходя из того, что выброшено около 3,5% активной зоны топлива большинство учёных считает, что данные занижены в 10 раз. Если сходить из величины 10% тада из радиоактивности в миллиарды Кури имевшихся в в-вах активной зоны реактора, к моменту взрыва с радиоактивной СТРУЁЙ выделилось примерно 5*10^18 Бк, то есть не менее 180 000 000 Кюри радиоактивных веществ, общим весом 77 килограмм, не считая нескольких тонн топлива в близи 30-ти километровой зоны АЭС.
Лекция 3 (28.02.2014)
1) Краткая характеристика ИИИ (источники ионизирующих излучений)
2) Взаимодействие ИИ с веществом.
Ионизирующие излучения – излучения, которое создаётся при радиоактивном распаде ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образуется при взаимодействии со средой ионов разных знаков.
1) A – излучение – поток альфа частиц, испускаемых при радиоактивном распаде, при ядерных реакциях и превращениях. Задерживается альфа-излучения листом бумаги. Особо опасны при попадании внутрь организма.
В-излучение – поток электронов, или позитронов, испускаемых ядерными радиоактивными элементами, их ядрами при β-распаде. Ткань человека они проникают на глубину до трёх сантиметров.
Гамма-излучение – электромагнитное излучение (длинна волны 10^-10 – 10^-14 метра), возникающее в некоторых случая при α или β распаде и аннигиляции частиц.
1) Аннигиляционное излучение – фотонное излучение, возникающее в результате аннигиляции частицы и античастицы. Воздействие на ткань человека аналогично 𝛾-излучению.
2) Характеристическое излучение – фотонное излучение, с энергетическим спектром, возникающее при изменении его состояния электронов атома. Воздействие на ткань человека аналогично 𝛾-излучению.
3) Тормозное излучение – фотонное излучение с непрерывным энергетическом спектром, испускаемом при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц. Воздействие на ткань человека аналогично 𝛾-излучению.
4) нейтронное излучение – поток нейтронов, наблюдаемых при ядерных взрывах нейтронных боеприпасов в работе ядерного реактора. Воздействие нейтронного излучения на окружающую среду зависит от энергии нейтронов, которая может меняться в пределах от 0,025 до 300 МэВ.
5) Протонное излучение – поток протонов, составляющих основу космического излучения, а также наблюдаемы при ядерных взрывах. Проникающая способность занимает промежуточное положение между α и β излучением. Экспозиционная
(1 рентген – доза фотонного излучения, при прохождении которого через 1 метр кубический сухого воздуха, при температуре 0 градусов Цельсия и давлении 760 мм. ртутного столба, образуется 2 *10^15 пар ионов, несущих электрический заряд в одну электростатическую единицу, количество электричества данного знака.
3) Взаимодействие α и β частицы, нейтроны, протоны, обладают значительной энергией, и воздействия на вещество с одной стороны производит его ионизацию, а с другой проникают на определённую глубину. Взаимодействия с веществом, они теряют эту энергию в основном в результате упругих и не упругих взаимодействий с ядрами атомов или электронами, отдавая им всю или часть своей энергии, вызывая ионизацию (возбуждение) атомов, то есть переход электрона с более близкой на более удалённую от ядра орбиту.
Ионизация – имеют значения на биоткань различных видов излучения. Зная свойства различных видов излучений, проникать через материалы, можно использовать, как и для защиты человека, так и для приборов.
Результаты взаимодействия ИИ с в веществом зависят от массы, заряда потока частиц и их энергий, от вида фотонов и их энергий, от типов плотности вещества, от значения энергий и внутримолекулярных сил облучаемого вещества. Взаимодействие ИИ с веществом зависит от соотношения масс и энергии частиц, и может носить упругий и не упругий характер.
Упругое взаимодействие аналогично и характерно для нейтральных частиц (нейтронов и фотонов), при этом Нейтрон, взаимодействия с атомом, может передать часть энергии пропорционально массам соударяющихся частиц, если это атом тяжёлого элемента, то передаётся только часть энергий. Кроме того, нейтрон замедляется до тепловых энергий, а далее вступает в ядерные реакции. Ударяя в атом, нейтрон может передать такое количество энергии, которого достаточно для того, чтобы ядро выскочило из электронной оболочки. В этом случае образуются заряженные частицы, обладающие значительной скоростью, которые способны осуществлять ионизацию среды. Результатом упругого взаимодействия может быть смещение атомов с узлов кристаллической решётки.
При упругом взаимодействии не изменяется природа частиц и их суммарная активность энергий остаётся постоянной до и после взаимодействий и происходит только перераспределение энергий между взаимодействующими частицами.
Возможен и такой случай упругого взаимодействия, когда не изменяется энергия каждой из взаимодействующих частиц, а происходит только изменение направления их движений.
При неупругом взаимодействии, часть энергии может затрачиваться на нагревание, возбуждение атомов или молекул, ионизацию и так далее.
В процессе взаимодействия может происходить изменение природы частиц, в результате протекания ядерных реакция, рождении и аннигиляции частиц.
Неупругое взаимодействие характерно для незаряженных частиц. Они способны ионизировать среду за счёт взаимодействия с электрическом полем атома. Попадая в зону действия электрического поля, заряженные частицы тормозятся и отклоняются от направления своего движения, испуская при этом тормозное излучение. Заряженные частицы могут, а счёт неупругих взаимодействий, предавать атомам среды количество энергий, недостаточной для ионизации. В этом случаи образуются ионы атомов в возбуждённом состоянии, которые передают эту энергию другим атомам, либо испускают кванты, характеристического излучения, или соударяясь с другими возбуждёнными атомами, могут получать энергию, достаточную для ионизации атомов.
Выводы:
1) Заряженные частицы, проходящие через вещество, взаимодействуют, как и с орбитальными электронами атомов, так и с его ядром.
2) При взаимодействии с орбитальными электронами, энергия частиц растрачивается на ионизацию атомов, если она менее 35 эВ и на возбуждение атомов, если она более 35 эВ.
3) В процессе ионизации атома образуются свободные электроны, а атомы, потерявшие один, или несколько электронов, превращаются в положительно-заряженные ионы.
4) При взаимодействии с ядром, заряженная частица может или тормозиться электрическим полем ядра и менять своё направление движения, или поглощаться ядром. Поглощение частицы ядром обычно происходит, если энергия частицы превышает 1,02 МэВ.
Процесс взаимодействия, при котором исчезают первоначальные и образуются новые частицы – называется ядерной реакцией.