Виды ионизирующих излучений

Лекция 12. ВИДЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И характеристика делящихся И радиоактивных материалов

На слайде 1 представлен план лекции.

Введение.

Виды ионизирующих излучений.

Характеристика делящихся и радиоактивных материалов.

Заключение

Контрольные вопросы.

Тесты.

Список используемых источников.

 

ВВЕДЕНИЕ

При слове «радиоактивность» возникают негативные эмоции, у некоторых людей, а большинство из них даже полагают, что не только атомные бомбы, атомные электростанции, атомные источники, но и сама радиоактивность являются результатом человеческой деятельности. Однако, это неверное мнение. Термин «радиоактивность» был введен в науку французскими физиками супругами Кюри в 1899 г., а сам факт излучения является неотъемлемой частью и очень важной генетической составляющей существующего мира. Более того, органическая жизнь на земле возникла  на  фоне  радиоактивных излучений, который составляет около 10^-3 Гр/год и определяется радиоактивными изотопами химических элементов рассеянных в космосе, воде, воздухе, почве, минералах и горных породах.

В солях урана и было открыто явление радиоактивности в 1896 г. французским ученным Антуаном Анри Беккерелем (1852-1908), за которое в 1903 г. он получил Нобелевскую премию, вместе с Пьером Кюри (1852-1906) и Марией Склодоской-Кюри (1867-1934).

Не все ученные сразу оценили явление радиоактивности, его возможности для человечества. Тем приятно осознавать, что 29.12.1910 года на годовом собрании императорской академии наук великий русский ученный Вернадский В.И. заявил что, радиоактивные источники атомной энергии в миллионы раз превышают те источники сил, какие рисовались человеческому изображению, что владельцы, использующие запасы радия приобретают силу и власть, перед которыми может побледнеть то могущество, какое получают владельцы золота, земли, капитала…. Поэтому необходимо изучать свойства и запасы радиоактивных минералов Российской империи.

Изотопами (нуклидами) называются атомы химических элементов, содержащие в ядре разное число (количество) нейтронов при одном и том же числе протонов (атомном номере). Например, ¹Н₁, ²Н₁ (дейтерий), ³Н₁ (тритий); и ²³³U_92, ²³⁵U_92, ²³⁸U₉₂  являются различными изотопами водорода и урана, которые имеют одинаковый электрический заряд, но различные массы (массовые числа), что определяет их одинаковые химические свойства, и разные физические свойства, которые будут меняться от изотопа к изотопу. Химические элементы могут состоять из одного нуклида (моноизотопные элементы) или из смеси двух или более изотопов в известных неизменных соотношениях. Например, природный хлор в свободном и в связанном состоянии всегда состоит из смеси 75,4% хлора – 35 и 24,6% хлора – 37 (что дает атомную массу 35,457).

Смеси изотопов, можно разделить на составляющие части разными способами: диффузией через пористые трубки, электромагнитной сепарацией или фракционным электролизом. Изотопы можно получить искусственным путем: бомбардировкой природного элемента нейтронами или заряженными частицами с высокой кинетической энергией.

Изотопы могут быть стабильными (устойчивыми) и радиоактивными (неустойчивыми), которые называют также радионуклидами.[1] Стабильных изотопов насчитывается около 270. а радиоактивных – свыше 1700. Некоторые химические элементы могут иметь изотопы обоих видов. Например, природное серебро состоит из радионуклидной смеси двух устойчивых изотопов Ag 107 (31,36%) и Ag 109 (48,65%). Известно 19 радиоактивных изотопов серебра с массовыми числами 102 – 106, 108, 110 – 117. Среди них наибольшее практическое значение имеет 111 Ag, используемый в медицине.

Вещества, содержащие радионуклиды называются радиоактивными материалами. В литературе иногда используют понятие «ядерные материалы». Под ним понимают радиоактивные вещества, для которых возможна реакция деления ядер (например, йод -131, цезий – 137 и др.). Они могут нанести вред здоровью людей, вызвать радиоактивное загрязнение окружающей среды и служить сырьем для производства ядерного оружия.

Незаконное обращение с радиоактивными материалами является уголовно наказуемым деянием (ст.220, 226¹ УК РФ). К нему относятся незаконное приобретение, хранение, использование, передача, разрушение и перемещение радиоактивных материалов.

Незаконное перемещение радиоактивных материалов через таможенную границу согласно ст.226¹ УК РФ является контрабандой, что создает проблемы государственной, экономической и экологической безопасности не только для стран Таможенного союза, но и других стран.

Перед таможенными службами всех стран стоят серьезные правоохранительные задачи, по борьбе с международными террористами, которые могут использовать контрабандные радиоактивные (ядерные) материалы,  в своих преступных целях. Эти задачи можно решить только сообща.

Виды ионизирующих излучений

Радиоактивность практически не воспринимается человеком, поскольку оно невидима, не осязаема, не ощущаема. Диагностическим и одновременно демаскирующим её признаком являются испускаемые ДРМ ионизирующие излучения (ИИ), которые получили это название по способности вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе (среде). Элементарный акт взаимодействия излучения с веществом – это поглощение атомом или молекулой вещества энергии кванта, приводящее их в возбужденное состояние, вплоть до высвобождения электрона. Приобретая положительный заряд, атом или молекула[2] становится положительным ионом. А освободившийся электрон, ассоциируясь с одним из нейтральных атомов, порождает отрицательный ион. Для ионизации большинства химических элементов, входящих в состав биосубстратов, необходимо поглощение всего 10–12 эВ энергии. Это так называемый потенциал ионизации. Один электрон – вольт, равен кинетической энергии, которую приобретает электрон, пролетая в ускоряющем электрическом поле с разностью потенциалов в 1В. Однако в литературе чаще используются кратные десятичные единицы килоэлектрон вольт (КэВ), мегаэлектрон вольт (МэВ) и т.п.). В соответствии с ГОСТ 8.417 – 81 внесистемная единица электрон вольт (и кратные ей единицы) применяются параллельно с единицами СИ. При этом 1 эВ = 1,602 х 10¹⁹ Дж. Если энергия, передаваемая веществу меньше потенциала ионизации, происходит лишь возбуждение атомов или молекул.

Важной мерой радиоактивности, характеризующей радионуклид является его активность (А) которая связана с уменьшением числа ядер dn за интервал времени dt, и следовательно, для неё справедливо выражения A = dn/dt. За единицу меры активности в системе СИ принят Беккерель (Бк), представляющий собой один распад в 1 сек. Исторически первой единицей радиоактивности была установлена радиоактивность радона, находящегося в равновесии с 1г радия.

Позднее она была принята равной 3,7 • 10¹⁰ распадов в 1 с и названа Кюри (Ки). Таким образом, 1 Ки = 3,7 • 10¹⁰ Бк. Одному Бк соответствует Т_1/2 / ln2 атомов радионуклида. При этом Т_1/2  должно быть выражено в секундах.

Важным свойством ИИ – является его проникающая способность, которая зависит как от природы и энергии излучения, так и от состава и плотности облучаемого объекта (в т.ч. человеческих органов).

Радиоактивные материалы в процессе радиоактивного распада[3] испускают следующие виды ионизирующего излучения:

– альфа – излучение;

– бета-излучение;

– фотонное – излучение (γ и χ лучи);

– нейтронное излучение.