МИНОБРНАУКИ РФ
ФГБОУ ВПО «Московский государственный
горный университет»
Кафедра «Инженерная защита
окружающей среды »
Реферат
по дисциплине: «Горное дело
и окружающая среда»
на тему: «Энергетическое
загрязнение окружающей среды (ионизирующее
излучение)»
Выполнил(а): ст. гр. ОПИ-10
Ф.И.О.
Подпись
Принял(а):проф.каф.ИЗОС,
д.т.н.
Батугин А.С.
Подпись
Москва-2014 г.
Содержание:
1. |
Введение ................................................................................................. |
3 |
2. |
Общие сведения об ионизирующем
излучении.................................. |
4 |
| |
2.1. Природа ионизирующего излучения............................................. |
4 |
| |
2.2. Физические свойства ионизирующих
излучений..................... |
6 |
| |
2.3. Радиационное загрязнение
биосферы........................................... |
8 |
3. |
Механизм воздействия ионизирующих
излучений............................ |
12 |
4. |
Единицы измерения дозы облучения................................................... |
13 |
5. |
Защита окружающей среды от
ионизирующих излучений................ |
15 |
6. |
Заключение.............................................................................................. |
22 |
7. |
Список литературы................................................................................. |
23 |
1.Введение
С ионизирующим излучением
и его особенностями человечество познакомилось
совсем недавно: в 1895 году немецкий физик
В.К. Рентген обнаружил лучи высокой проникающей
способности, возникающие при бомбардировке
металлов энергетическими электронами
(Нобелевская премия, 1901 г.), а в 1896 г. А.А.
Беккерель обнаружил естественную радиоактивность
солей урана. Нет необходимости говорить
о том положительном, что внесло в нашу
жизнь проникновение в структуру ядра,
высвобождение таившихся там сил. Но как
всякое сильнодействующее средство, особенно
такого масштаба, радиоактивность внесла
в среду обитания человека вклад, который
к благотворным никак не отнесёшь.
Появилось также число пострадавших
от ионизирующей радиации, а сама она начала
осознаваться как опасность, способная
привести среду обитания человека в состояние,
не пригодное для дальнейшего существования.
Причина не только в тех разрушениях, которые
производит ионизирующее излучение. Хуже
то, что оно не воспринимается нами органолептически:
ни один из органов чувств человека
не предупредит его о приближении или
сближением с источником радиации. Человек
может находиться в поле смертельно опасного
для него излучения и не иметь об этом
ни малейшего представления [1] .
2.Общие сведения
об ионизирующем излучении
2.1. Природа ионизирующего
излучения
ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — любое излучение, взаимодействие которого со
средой приводит к образованию электрических
зарядов разных знаков. К нему относят
различные виды микрочастиц и физических полей, способные ионизировать вещество.
В более узком смысле к ионизирующему
излучению не относят ультрафиолетовое
излучение и излучение видимого
диапазона света, которое в отдельных случаях
также может быть ионизирующим. Излучение микроволнового и радиодиапазонов не является ионизирующим [2-6].
Наиболее значимы следующие типы ионизирующего
излучения:
- коротковолновое электромагнитное
излучение (рентгеновское и гамма-излучения)
- потоки заряженных частиц: бета-частиц (электронов и позитронов)
- альфа-частиц (ядер атома гелия-4), протонов, других ионов, мюонов и др., а также нейтронов [2,3,7,8].
Различают непосредственно
ионизирующее и косвенно ионизирующее
излучение. Непосредственно ионизирующее излучение состоит
из заряженных частиц, кинетическая энергия
которых достаточна для ионизации при
столкновении с атомами вещества (α- и β-излучение радионуклидов, протонное излучение ускорителей
и т.п.).
Косвенно ионизирующее излучение состоит
из нейтральных частиц, взаимодействие
которых со средой приводит к возникновению
заряженных частиц, способных непосредственно
вызывать ионизацию (нейтронное излучение, гамма-излучение).
Источники ионизирующего излучения
бывают естественные (космические лучи,
естественно распределенные на Земле радиоактивные
вещества и др.) и искусственные (ядерные
реакторы, ядерные материалы, ядерное
оружие и др.). Они являются существенным
экологическим фактором, воздействующим
на все живые организмы.
В природе ионизирующее излучение обычно
генерируется в результате спонтанного радиоактивного
распада радионуклидов, ядерных реакций (синтез и
индуцированное деление
ядер, захват протонов, нейтронов, альфа-частиц
и др.), а также при ускорении заряженных
частиц в космосе (природа
такого ускорения космических
частиц до конца не ясна).
Искусственными источниками ионизирующего
излучения являются искусственные радионуклиды
(генерируют альфа-, бета- и гамма-излучения),
ядерные реакторы (генерируют главным
образом нейтронное и гамма-излучение),
радионуклидные нейтронные источники, ускорители
элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц,
а также тормозное
фотонное излучение), рентгеновские
аппараты (генерируют тормозное рентгеновское
излучение) [7, 8, 9].
Источник излучения характеризуется активностью. Активность радиоактивного
источника — число элементарных радиоактивных распадов в
единицу времени.
Удельная активность — активность, приходящаяся
на единицу массы вещества источника.
Объёмная активность — активность, приходящаяся
на единицу объёма источника. Удельная и объёмная активности
используются, как правило, в случае, когда
радиоактивное вещество распределено
по объёму источника.
Поверхностная активность — активность,
приходящаяся на единицу площади источника.
Эта величина применяется для случаев,
когда радиоактивное вещество распределено
по поверхности источника.
В системе СИ единицей активности является беккерель (Бк,
Bq); 1 Бк = с−1. В образце с активностью 1 Бк происходит
в среднем 1 распад в секунду.
Внесистемными единицами активности
являются:
- кюри (Ки, Ci); 1 Ки = 3.7×1010 Бк.
- резерфорд (Рд, Rd); 1 Рд = 106 Бк (используется
редко).
Удельная активность измеряется в беккерелях
на килограмм (Бк/кг, Bq/kg), иногда Ки/кг и т. д.
Системная единица объёмной активности —
Бк/м³, часто используются также Бк/л.
Системная единица поверхностной активности —
Бк/м², часто используются также Ки/км²
(1 Ки/км² = 37 кБк/м²).
2.2. Физические свойства
ионизирующих излучений
Рис.1. Компоненты ионизирующего
излучения
Ионизирующее
излучение состоит из трех компонент:
α, β, γ. Рассмотрим каждое их них.
Альфа(а)-излучение представляет
собой поток ядер гелия, обладающих большой
скоростью. Эти ядра имеют массу 4 и заряд
+2. Они образуются при радиоактивном распаде
ядер или при ядерных реакциях. В настоящее
время известно более 120 искусственных
и естественных альфа-радиоактивных ядер,
которые, испуская альфа-частицу, теряют
2 протона и 2 нейтрона.
Энергия альфа-частиц не превышает
нескольких МэВ. Излучаемые альфа-частицы
движутся практически прямолинейно со
скоростью примерно 20 000 км/с.
Под длиной пробега частицы
в воздухе или других средах принято называть
наибольшее расстояние от источника излучения,
при котором еще можно обнаружить частицу
до ее поглощения веществом. Длина пробега
частицы зависит от заряда, массы, начальной
энергии и среды, в которой происходит
движение. С возрастанием начальной энергии
частицы и уменьшением плотности среды
длина пробега увеличивается. Если начальная
энергия излучаемых частиц одинакова,
то тяжелые частицы обладают меньшими
скоростями, чем легкие. Если частицы движутся
медленно, то их взаимодействие с атомами
вещества среды более эффективно и частицы
быстрее растрачивают имеющийся у них
запас энергии.
Длина пробега альфа-частиц
в воздухе обычно менее 10 см. Так, например,
альфа-частицы с энергией 4 МэВ обладают
длиной пробега в воздухе примерно в 2,5
см. В воде или в мягких тканях человеческого
тела, плотность которых более чем в 700
раз превышает плотность воздуха, длина
пробега альфа-частиц составляет несколько
десятков микрометров. За счет своей большой
массы при взаимодействии с веществом
альфа-частицы быстро теряют свою энергию.
Это объясняет их низкую проникающую способность
и высокую удельную ионизацию: при движении
в воздуной среде альфа-частица на 1 см
своего пути образует несколько десятков
тысяч пар заряженных частиц – ионов.
Бета-излучение представляет
собой поток электронов (β--излучение,
или, чаще всего, просто β -излучение) или
позитронов (β+-излучение), возникающих
при радиоактивном распаде. В настоящее
время известно около 900 бета-радиоактивных
изотопов.
Масса бета-частиц в несколько
десятков тысяч раз меньше массы альфа-частиц.
В зависимости от природы источника бета-излучений
скорость этих частиц может лежать в пределах
0,3 – 0,99 скорости света. Энергия бета-частиц
не превышает нескольких МэВ, длина пробега
в воздухе составляет приблизительно
1800 см, а в мягких тканях человеческого
тела ~ 2,5 см. Проникающая способность бета-частиц
выше, чем альфа-частиц (из-за меньших массы
и заряда). Например, для полного поглощения
потока бета-частиц, обладающих максимальной
энергией 2 МэВ, требуется защитный слой
алюминия толщиной 3,5 мм. Ионизирующая
способность бета-излучения ниже, чем
альфа-излучения: на 1 см пробега бета-частиц
в среде образуется несколько десятков
пар заряженных ионов.
Нейтронное излучение представляет
собой поток ядерных частиц, не имеющих
электрического заряда. Масса нейтрона
приблизительно в 4 раза меньше массы альфа-частиц.
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). Среди
медленных нейтронов различают тепловые
нейтроны с энергией менее 0,2 эВ. Тепловые
нейтроны находятся по существу в состоянии
термодинамического равновесия с тепловым
движением атомов среды. Наиболее вероятная
скорость движения таких нейтронов при
комнатной температуре составляет 2200
м/с. При неупругом взаимодействии нейтронов
с ядрами атомов среды возникает вторичное
излучение, состоящее из заряженных частиц
и гамма-квантов (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. 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
(нейтр./см²*с).
Гамма-излучение (γ-излучение)
представляет собой электромагнитное
излучение с высокой энергией и с малой
длиной волны. Оно испускается при ядерных
превращениях или взаимодействии частиц.
Высокая энергия (0,01–3МэВ) и малая длина
волны обусловливает большую проникающую
способность гамма-излучения. Гамма-лучи
не отклоняются в электрических и магнитных
полях. Это излучение обладает меньшей
ионизирующей способностью, чем альфа-
и бета-излучение.
Рентгеновское излучение может
быть получено в специальных рентгеновских
трубах, в ускорителях электронов, в среде,
окружающей источник бета-излучения, и
др. Рентгеновские лучи представляют собой
один из видов электромагнитного излучения.
Энергия его обычно не превышает 1 МэВ.
Рентгеновское излучение, как
и гамма-излучение, обладает малой ионизирующей
способностью и большой глубиной проникновения[12].
2.3. Радиационное
загрязнение биосферы
Одной из составляющих радиационного загрязнения
биосферы
является
технологически изменённый естественный
радиационный фон – за счёт поступления
в природную среду естественных радионуклидов,
извлекаемых из глубин земли вместе с
углём, газом, нефтью, минеральными удобрениями,
строительными материалами и др. К нему
также относят: дополнительное облучение
при полётах в самолётах; радионуклиды
радий-226, прометий-147, тритий, используемые
для светосоставов постоянного действия,
цветные телевизоры и другие устройства,
содержащие радионуклиды или излучающие
рентгеновское излучение; радионуклид
Ро-210, используемый для снятия статического
электрического заряда в некоторых производствах;
некоторые пожарные дымовые детекторы;
керамическую и стеклянную посуду, содержащую
уран и торий и др.
Ряд радионуклидов содержится в сжигаемых
углях. Удельная активность угольной золы
достигает следующих величин, Бк/кг: 265
– 40К, 200 – 238U, 240 - 226Ra, 930 - 210Pb, 1700 – 210Ро и т.д. Индивидуальная средняя
годовая доза облучения в районе ТЭС мощностью
1 млн.кВт (район радиусом 20 км) может достигать
0,005 Зв. Эта доза зависит от зольности угля
и эффективности очистки дымовых газов
от твёрдых частиц (летучей золы).
Значительное количество радионуклидов
содержится в удобрениях, применяемых
в сельском хозяйстве. После внесения
удобрений в почву радионуклиды по пищевым
цепям поступают в живые организмы. Так,
тройной суперфосфат (производства США)
имеет удельную активность, Бк/кг: 2100 – 238U, 1800 – 230Th, 780 - 226Ra, азотно-фосфорно-калиевые удобрения
(Бельгия): 470 – 238U, 210 - 226Ra, 5900 – 40К.
Предметы широкого потребления – дополнительные
источники облучения человека. Так, часы
с циферблатом, содержащим радий – 226,
создают мощность дозы 0,074 мкГр/ч, цветной
телевизор - 0,003 мкГр/ч (на расстоянии 2,5
м от экрана).