МОУ «Лицей № 43
(естественно-технический)
РАДИОАКТИВНОСТЬ
10«Б» класс
Саранск
2014
Содержание
Общее понятие радиоактивности…………………………………………………….3 Общие сведения об ионизирующих излучениях…………………………………….3 Рентгеновское излучение Нейтронное излучение Радиоактивные вещества и их характеристика……………………………………...4 Водород Натрий Калий Альфа-, бета - и гамма-излучения……………………………………………………..4 Альфа-излучение Бета-излучение Гамма-излучение Действие радиации на живой организм……………………………………………...5 Дозы радиации…………………………………………………………………………6 Медицинская помощь при радиационном поражении……………………………...6
Литературный обзор
Общее понятие радиоактивности
Радиоактивность вошла в сознание человечества всего лишь примерно 100 лет тому назад. Лишь в 1986 году А. Беккерель обнаружил некие х-лучи, засвечивавшие фотопластинки [1]. Затем было установлено, что радиоактивность - это свойство испускать потоки заряженных альфа -, бета - и нейтральных гамма-частиц [1]. Или же можно дать иное определение: радиоактивность-это самопроизвольное превращение атомов одного элемента в атомы других элементов, сопровождающееся испусканием частиц и электромагнитного излучения [1].
Общие сведения об ионизирующих излучениях
Радиационная опасность обусловлена воздействием на окружающую среду ионизирующих излучений, которые составляют часть общего понятия – радиация, включающего в себя также радиоволны, видимый свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучения [9].
Ионизирующее излучение - излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков [5]. К ним относятся: альфа-, бета - и гамма-излучения; рентгеновские излучения; потоки нейронов и гамма - квантов, возникающих при ядерных реакциях деления и синтеза; излучения, генерируемые на ускорителях [5].
Ионизирующие излучения разделяются на два вида: электромагнитное (фотонное) (г–излучения, рентгеновское излучение) и корпускулярное (б–, в–излучения, нейтронное излучение) [5].
Рентгеновское излучениеРентгеновские лучи были обнаружены случайно в 1895 году знаменитым немецким физиком Вильгельмом Рентгеном [10]. Он изучал катодные лучи в газоразрядной трубке низкого давления при высоком напряжении между ее электродами [10]. Несмотря на то, что трубка находилась в черном ящике, Рентген обратил внимание, что флуоресцентный экран всякий раз светился, когда действовала трубка [4]. Трубка оказалась источником излучения, которое могло проникать через бумагу, дерево, стекло и даже пластинку алюминия [4]. Рентген определил, что газоразрядная трубка является источником нового вида невидимого излучения, обладающего большой проникающей способностью [4]. Ученый решил дать ему название X-лучи [4]. В последствие их назвали рентгеновскими лучами.
Рентгеновское излучение - это электромагнитное излучение с широким диапазоном длин. Рентгеновское излучение возникает при торможении заряженных частиц в электрическом поле атомов вещества [7]. Образующиеся при этом кванты имеют различную энергию и образуют непрерывный спектр [7]. Максимальная энергия квантов в таком спектре равна энергии налетающих электронов [7].
При прохождении через вещество рентгеновское излучение взаимодействует с электронами его атомов [7]. Для квантов рентгеновского излучения с энергией до 100 кэв наиболее характерным видом взаимодействия является фотоэффект [4]. В результате такого взаимодействия энергия кванта полностью расходуется на вырывание электрона из атомной оболочки и сообщения ему кинетической энергии, также образуется вторичный электрон и, кроме того, вылетает квант с энергией меньшей, чем энергия первичного кванта [4].
При помощи рентгеновских лучей проводят: рентгенографию; рентгеноскопию; рентгеновскую дефектоскопию (выявление дефектов в изделиях); рентгеноструктурный анализ (пример: определение структуры ДНК); рентгенотерапию [4].
Нейтронное излучениеНейтронное излучение - это поток ядерных частиц, не имеющих электрического заряда. В зависимости от энергии различают медленные нейтроны (с энергией менее 1 КэВ1), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 КэВ) и быстрые нейтроны (от 500 КэВ до 20 МэВ) [7]. Тепловые нейтроны находятся по существу в состоянии термодинамического равновесия с тепловым движением атомов среды [7]. Наиболее вероятная скорость движения таких нейтронов при комнатной температуре составляет 2200 м/с [10]. При неупругом взаимодействии нейтронов с ядрами атомов среды возникает вторичное излучение (гамма-излучение). При упругих взаимодействиях нейтронов с ядрами может наблюдаться обычная ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии, но она существенно выше, чем у альфа - или бета-частиц. Так, длина пробега нейтронов промежуточных энергий составляет около 15 м в воздушной среде и 3 см в биологической ткани, аналогичные показатели для быстрых нейтронов – соответственно 120 м и 10 см [7]. Таким образом, нейтронное излучение обладает высокой проникающей способностью и представляет для человека наибольшую опасность из всех видов корпускулярного излучения. Мощность нейтронного потока измеряется плотностью потока нейтронов [7].
Радиоактивные вещества и их характеристика
Радиоактивные вещества - это вещества естественного или искусственного происхождения, содержащие в своём составе радиоактивные изотопы [1]. Рассмотрим некоторые радиоактивные вещества:
Водород-первый элемент периодической системы элементов. У водорода есть три изотопа, которые имеют собственные названия, один из которых тритий, он же является радиоактивным [3].
Тритий относится к числу искусственно-радиоактивных веществ; он распадается с периодом полураспада около 12 лет, испуская электроны [3]. В результате распада трития образуется ядро с массовым числом 3 и зарядом 2- изотоп гелия, состоящий из двух протонов и нейтрона [3]. Этот изотоп устойчив и содержится в очень малой пропорции в природном гелии [3]. Тритий используется в источниках подсветки для часов, также тритий используют в термоядерной энергетике и для обеспечения АЭС.
НатрийНатрий-элемент главной подгруппы первой группы, третьего периода периодической системы химических элементов , с атомным номером 11. Натрий-это мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета [3]. Известно 20 изотопов натрия. Существуют два радиоактивных изотопа. Это 22Na с периодом полураспада 2,6027 года, его используют в качестве источника позитронов, и 24Na, с периодом полураспада 15 часов, используется в медицине для лечения некоторых форм лейкемии [3].
КалийПриродный калий состоит из трех изотопов: двух стабильных и одного радиоактивного-40K [3]. Известно девять радиоактивных искусственных изотопов с массовыми числами 37,42-44 [3]. 40K содержится в живых организмах и своим излучением создает фоновое облучение [3].
Альфа - , бета - и гамма-излучения
Радиоактивные ядра могут испускать частицы трех видов: положительно и отрицательно заряженные и нейтральные. Эти три вида излучений были названы б-, в - и г-излучениями [6]. Рассмотрим их подробнее:
Альфа-излучениеАльфа-излучение-это поток ядер атомов гелия. Возникает в результате распада атомов тяжелых элементов. Альфа-частицы обладают высокой ионизирующей способностью, и их попадание внутрь организма серьезные заболевания [9].
Бета-излучениеБета-излучение-поток электронов или позитронов, испускаемых при радиоактивном бета-распаде ядер некоторых атомов [6].Электроны имеют большую проникающую, но меньшую ионизирующую способность по сравнению с альфа-частицами [6]. Именно высокая проникающая способность электронов является опасным фактором при облучении этими частицами [9].
Гамма-излучениеВ отличие от альфа - и бета-излучения, гамма-излучение не связано с изменением внутренней структуры ядра и не сопровождается изменением зарядового или массового чисел [6]. Основные процессы, возникающие при прохождении гамма-излучения через вещество:
Фотоэффект - это явление испускания электронов веществом под действием света. Если зарядить цинковую пластину, присоединенную к электрометру, отрицательно и освещать ее электрической дутой, то электрометр быстро разрядится [6]. Эффект Комптона - рассеяние электромагнитного излучения на свободном электроне, сопровождающееся уменьшением частоты излучения [6]. Эффект образования пар наблюдается при взаимодействии гамма-квант с ядром элемента. В этом случае гамма-квант переходит в пару частиц - электрон и позитрон [6]. Вероятность образования пар растет с увеличением энергии гамма-кванта [6]. Ядерный фотоэффект - явление испускания ядрами нуклонов при ядерной реакции, происходящей при поглощении гамма-квантов ядрами атомов (фотоядерной реакции) [6].Действие радиации на живой организм
При воздействии радиации на любой живой организм главной является генетический материал клетки [4]. При пролете ионизирующей частицы через объем клетки она передает часть своей кинетической энергии электронам, входящим в молекулярные образования [8]. Это приводит к возбуждению оболочек молекул среды [8]. В общем, опасность радиации заключается в ее ионизирующем излучении, взаимодействующим с атомами и молекулами, которые это воздействие превращает в положительные заряженные ионы, тем самым разрывая химические связи молекул, из которых состоят живые организмы [4]. Организм при поступлении продуктов ядерного деления подвергается длительному, убывающему по интенсивности, облучению. Наиболее интенсивно облучаются органы, через которые поступили радионуклиды в организм (органы дыхания и пищеварения), а также щитовидная железа и печень [4]. Дозы, поглощенные в них, на 1-3 порядка выше, чем в других органах и тканях [7]. Соматические последствия облучения проявляются через много месяцев или лет после облучения [4]. Это лейкемия, сокращение продолжительности жизни, катаракта, рак различных органов [4]. Опасность заключается ещё и в том, что генетические изменения, полученные в результате облучения, могут передаваться от поколения к поколению [4]. Радиация по-разному действует на людей в зависимости от пола и возраста, состояния организма, его иммунной системы, но особенно сильно - на младенцев, детей и подростков.
Различные виды излучений характеризуются различной биологической эффективностью(показатель, необходимый для количественной оценки качества излучения [10]) :
Альфа-излучение имеет малую длину пробега частиц и характеризуется слабой проникающей способностью [8]. Оно не может проникнуть сквозь кожные покровы. Пробег альфа-частиц с энергией 4 МЭВ в воздухе составляет 2.5 см, а в биологической ткани лишь 31 мкм [8]. Альфа-излучающие нуклиды представляют большую опасность при поступлении внутрь организма через органы дыхания и пищеварения, открытые раны [8].
Бета-излучение обладает большей проникающей способностью. Пробег бета-частиц в воздухе может достигать нескольких метров, а в биологической ткани нескольких сантиметров [8].
Гамма-излучение имеет еще более высокую проникающую способность. Под его действием происходит облучение всего организма [6].
Дозы радиации
Радиация не должна превышать 0,5 бэр в год на одного человека [2]. Вероятно, эта величина несколько завышена, но все же она одного порядка с дозами облучения, получаемыми в среднем одним человеком от медицинских и природных источников радиации [7]. В районах распространения радиоактивных веществ доза естественного облучения, получаемая человеком, может превышать 2 бэр в год. Если человек подвергался кратковременному облучению величиной примерно 20 бэр, последствия облучения сразу не сказываются на организме [7]. Значительные изменения в организме человека наступают при дозе облучения свыше 150—200 бэр [7]. Доза кратковременного облучения, превышающая 1000 бэр, обычно смертельна [7]. Небольшие дозы, получаемые в течение многих месяцев или лет, переносятся организмом лучше [4].
Рассмотрим некоторые дозы:
Экспозиционная доза определяет ионизирующую способность рентгеновских и гамма-лучей и выражает энергию излучения, преобразованную в кинетическую энергию заряженных частиц в единице массы атмосферного воздуха [7]. Единицей измерения экспозиционной дозы в международной системе единиц (СИ) является кулон на килограмм (Кл/кг). 1 Кл/кг - экспозиционная доза такого излучения (рентгеновского или гамма-излучения), которое создает за счет образования ионов наведенный заряд в 1 Кл в одном килограмме воздуха, внесистемная единица – рентген (Р). [10].
Поглощенная доза показывает, какое количество энергии излучения поглощено в единице массы любого облучаемого вещества[7]. За единицу поглощенной дозы в СИ принимают джоуль на килограмм (Дж/кг), и имеет название - грей, внесистемной единицей поглощенной дозы является рад [10].
Эквивалентная доза отражает биологический эффект облучени [7]. В единицах системы СИ эквивалентная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм (Дж/кг), и имеет название - зиверт (Зв), внесистемная единица - бэр.[10].
Эффективная доза - величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности [7].
Медицинская помощь при радиационном поражении
1. Выполнить те мероприятия, от которых в данный момент зависит жизнь пострадавшего [5].
2. Исключить или уменьшить внешнее гамма-облучение (перенести пострадавшего в специальное убежище) [9].
3. Снять и уничтожить одежду пострадавшего (с целью предотвращения дальнейшего воздействия радиоактивных веществ на кожу и слизистые оболочки) [5].
4. Промыть пострадавшему глаза, прополоскать рот и промыть желудок, после чего дать выпить любой адсорбент [5].
5. При первой возможности обратиться за медицинской помощью к врачу.
Список литературы:
1. Рамиз Алиев, Степан Калмыков : Издательство «Лань»,2013.-306 с.: ил. ISBN 978-5-8114-1391-1.
2. Михаил Давыдов, Елена Бураева, Людмила Зорина, Вячеслав Малышевский, Виталий Стасов : Издательство «Феникс»,2013.-640 с.: ил. ISBN 978-5-222-20288-3.
3. Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества Ленинград: Химия, Ленинградское отделение, 1990. - 463 с. - ISBN 5-7245-0216-X : Б. ц.
4. , Радиоактивное излучение и здоровье М.: Информ-Атом, 2003. — 165 с. ISBN.
5. , Основы радиационной безопасности // Учеб. пособие для инж.-физ. и инж.-техн. спец.
- М.: Энергоатомиздат, 1990, - 176 с.: ил. - ISBN 5-283-03029-6 : 0-40.
