2020-08-05
1203
Лабораторная № 1
Цель работы — ознакомиться с основными понятиями радиационной безопасности: явление радиоактивности, физические единицы измерения радиоактивных излучений, дозы и мощность дозы облучения, виды излучения и их природа, дозовые нагрузками на человека.
Что такое активность радиоактивного препарата? Дайте определение удельной, объемной и поверхностной активности? Укажите единицы их измерения.
Скорость радиоактивного распада характеризуется активностью радиоактивного препарата.
Активность радиоактивного препарата — число распадов, происходящих в единицу времени:
A = ΔNΔt,
где ΔN — число ядер, распавшихся за промежуток времени Δt = t − t 0, ΔN = N 0 − N; t 0 — начальный момент времени, t 0 = 0; N — число радиоактивных (нераспавшихся) ядер к моменту времени t; N 0 — первоначальное количество радиоактивных ядер.
Для характеристики степени загрязнения радионуклидами каких-либо объектов используются следующие величины:
a) Удельная активность (А m) – активность 1 кг твердых или сыпучих образцов.
А m = 
b) Объемная активность (Аv) – активность 1 л или 1 м 3 жидких или газообразных образцов.
.
c) Поверхностная активность (
) – активность единицы площади поверхности.
.
Международной единицей активностью является 1 Беккерель
(1 Бк = 1 
)
Внесистемной единицей измерения активности является 1 кюри (1 Ки = 3,7 . 1010 Бк)
Какие существуют виды излучения? Какова их природа возникновения и основные свойства?
Радиация - это процесс излучения веществом заряженных элементарных частиц, в виде электронов, протонов, нейтронов, атомов гелия или фотонов и мюонов. От того, какой элемент излучается, зависит вид радиации.
Ионизация - это процесс образования положительно или отрицательно заряженных ионов или свободных электронов из нейтрально заряженных атомов или молекул.
Радиоактивное (ионизирующее) излучение можно разделить на несколько типов, в зависимости от вида элементов из которого оно состоит. Разные виды излучения вызваны различными микрочастицами и поэтому обладают разным энергетическим воздействием на вещество, разной способностью проникать сквозь него и как следствие различным биологическим действием радиации.
Обнаружить сложный состав радиоактивного излучения позволил классический опыт.
Препарат радия помещали на дно узкого канала в куске свинца. Против канала находилась фотопластинка. На выходившее из канала излучение действовало сильное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны лучу ионизирующего излучения. Вся установка размещалась в вакууме. Под действием магнитного поля пучок распадался на три потока.
Две составляющие потока отклонялись в противоположные стороны. Это указывало на наличие у излучений электрических зарядов противоположных знаков. При этом отрицательный компонент излучения отклонялся магнитным полем гораздо сильнее, чем положительный.
Э. Резерфорд, обнаруживший в 1899 г. эти две составляющие излучения, назвал менее проникающую α-излучением и более проникающую - β-излучением. Третья составляющая урановой радиации, не отклонявшаяся магнитным полем и самая проникающая из всех, была открыта через год (1900 г.) Полем Виллардом и названа по аналогии с резерфордовским рядом (α и β) третьей буквой греческого алфавита - γ-излучением.
Следовательно, положительно заряженный компонент получил название α-лучей, отрицательно заряженный – β-лучей и нейтральный – γ-лучей.
Альфа, бета и нейтронное излучение - это излучения, состоящие из различных частиц атомов.
Гамма и рентгеновское излучение - это излучение энергии.
Альфа излучение
· излучаются: два протона и два нейтрона
· проникающая способность: низкая
· облучение от источника: до 10 см
· скорость излучения: 20 000 км/с
· ионизация: 30 000 пар ионов на 1 см пробега
· биологическое действие радиации: высокое
Альфа (α) излучение возникает при распаде нестабильных изотопов элементов.
Альфа излучение - это излучение тяжелых, положительно заряженных альфа частиц, которыми являются ядра атомов гелия (два нейтрона и два протона). Альфа частицы излучаются при распаде более сложных ядер, например, при распаде атомов урана, радия, тория.
Альфа частицы обладают большой массой и излучаются с относительно невысокой скоростью в среднем 20 тыс. км/с, что примерно в 15 раз меньше скорости света. Поскольку альфа частицы очень тяжелые, то при контакте с веществом, частицы сталкиваются с молекулами этого вещества, начинают с ними взаимодействовать, теряя свою энергию и поэтому проникающая способность данных частиц не велика и их способен задержать даже простой лист бумаги.
Однако альфа частицы несут в себе большую энергию и при взаимодействии с веществом вызывают его значительную ионизацию. А в клетках живого организма, помимо ионизации, альфа излучение разрушает ткани, приводя к различным повреждениям живых клеток.
Из всех видов радиационного излучения, альфа излучение обладает наименьшей проникающей способностью, но последствия облучения живых тканей данным видом радиации наиболее тяжелые и значительные по сравнению с другими видами излучения.
Нейтронное излучение
· излучаются: нейтроны
· проникающая способность: высокая
· облучение от источника: километры
· скорость излучения: 40 000 км/с
· ионизация: от 3000 до 5000 пар ионов на 1 см пробега
· биологическое действие радиации: высокое
Нейтронное излучение - это техногенное излучение, возникающие в различных ядерных реакторах и при атомных взрывах. Также нейтронная радиация излучается звездами, в которых идут активные термоядерные реакции.
Не обладая зарядом, нейтронное излучение сталкиваясь с веществом, слабо взаимодействует с элементами атомов на атомном уровне, поэтому обладает высокой проникающей способностью. Остановить нейтронное излучение можно с помощью материалов с высоким содержанием водорода, например, емкостью с водой. Так же нейтронное излучение плохо проникает через полиэтилен.
Нейтронное излучение при прохождении через биологические ткани, причиняет клеткам серьезный ущерб, так как обладает значительной массой и более высокой скоростью чем альфа излучение.
Бета излучение
· излучаются: электроны или позитроны
· проникающая способность: средняя
· облучение от источника: до 20 м
· скорость излучения: 300 000 км/с
· ионизация: от 40 до 150 пар ионов на 1 см пробега
· биологическое действие радиации: среднее
Бета (β) излучение возникает при превращении одного элемента в другой, при этом процессы происходят в самом ядре атома вещества с изменением свойств протонов и нейтронов.
При бета излучении, происходит превращение нейтрона в протон или протона в нейтрон, при этом превращении происходит излучение электрона или позитрона (античастица электрона), в зависимости от вида превращения. Скорость излучаемых элементов приближается к скорости света и примерно равна 300 000 км/с. Излучаемые при этом элементы называются бета частицы.
Имея изначально высокую скорость излучения и малые размеры излучаемых элементов, бета излучение обладает более высокой проникающей способностью чем альфа излучение, но обладает в сотни раз меньшей способность ионизировать вещество по сравнению с альфа излучением.
Бета радиация с легкостью проникает сквозь одежду и частично сквозь живые ткани, но при прохождении через более плотные структуры вещества, например, через металл, начинает с ним более интенсивно взаимодействовать и теряет большую часть своей энергии передавая ее элементам вещества. Металлический лист в несколько миллиметров может полностью остановить бета излучение.
Если альфа радиация представляет опасность только при непосредственном контакте с радиоактивным изотопом, то бета излучение в зависимости от его интенсивности, уже может нанести существенный вред живому организму на расстоянии несколько десятков метров от источника радиации.
Гамма излучение
· излучаются: энергия в виде фотонов
· проникающая способность: высокая
· облучение от источника: до сотен метров
· скорость излучения: 300 000 км/с
· ионизация: от 3 до 5 пар ионов на 1 см пробега
· биологическое действие радиации: низкое
Гамма (γ) излучение - это энергетическое электромагнитное излучение в виде фотонов.
Гамма радиация сопровождает процесс распада атомов вещества и проявляется в виде излучаемой электромагнитной энергии в виде фотонов, высвобождающихся при изменении энергетического состояния ядра атома. Гамма лучи излучаются ядром со скоростью света.
Когда происходит радиоактивный распад атома, то из одних веществ образовываются другие. Атом вновь образованных веществ находятся в энергетически нестабильном (возбужденном) состоянии. Воздействую друг на друга, нейтроны и протоны в ядре приходят к состоянию, когда силы взаимодействия уравновешиваются, а излишки энергии выбрасываются атомом в виде гамма излучения
Гамма излучение обладает высокой проникающей способностью и с легкостью проникает сквозь одежду, живые ткани, немного сложнее через плотные структуры вещества типа металла. Чтобы остановить гамма излучение потребуется значительная толщина стали или бетона. Но при этом гамма излучение в сто раз слабее оказывает действие на вещество чем бета излучение и десятки тысяч раз слабее чем альфа излучение.
Основная опасность гамма излучения - это его способность преодолевать значительные расстояния и оказывать воздействие на живые организмы за несколько сотен метров от источника гамма излучения.
