Ионизирующее излучение

 

                                       Содержание

Введение…………………………………………………………………………...2                                                          

Глава 1. Природа и источники ионизирующего излучения……………………3                               

1.1. Наведенная радиоактивность………………………………………………..3                                                                                                             

1.2. Радиоактивный распад……………………………………………………..5                                                                                    

1.3. Физические свойства  ионизирующих излучений и воздействие               

        на окружающую среду……………………………………………………..11                                                                                 

Глава 2. Основы дозиметрии……………………………………………………22                                                                              

2.1. Методы измерения ионизирующих  излучений и                                             

       измерительная техника…………………………………………………….22                                                                                

2.2. Единицы измерения  ионизирующего излучения………………………....27                                      

2.3. Гигиеническое нормирование  ионизирующих излучений……………….30                       

 

 

 

Заключение……………………………………………………………………….32                                                                                                           

Список используемых источников информации………………………………34

Приложение………………………………………………………………………35

 

 

 

 

 

 

                                           Введение

Ионизирующее излучение  – поток заряженных или нейтральных  частиц и квантов электромагнитного  излучения, прохождение которых  через вещество приводит к ионизации  и возбуждению атомов или молекул  среды. Они возникают в результате естественных или искусственных  радиоактивных распадов веществ, ядерных  реакций деления в реакторах, ядерных взрывов и некоторых  физических процессов в космосе.

Актуальность выбранной  темы курсовой работы обусловлена тем, что  в настоящее время ионизирующие излучения широко применяется в  промышленности, сельском хозяйстве, медицине. При этом необходимо отметить, что  ионизирующие излучения являются одновременно и другом и смертельным врагом человека. Это требует от каждого  серьезных знаний об источниках опасности  ионизирующей радиации.

Цель работы: изучить  теоретические основы ионизирующих излучений.

Для реализации поставленной цели предполагается решение следующих  задач:

- раскрыть природу, физические  свойства ионизирующих излучений  и их воздействие на окружающую  среду;

- рассмотреть методы  измерения ионизирующих излучений;

-ознакомиться с основами  дозиметрии.

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Природа  и источники ионизирующего излучения 

1.1.Наведенная радиоактивность

 Радиоактивность (от лат. radio – излучаю и activus-действенный), самопроизвольное превращение нестабильных атомных ядер в другие ядра, сопровождающееся испусканием частиц, а также жесткого электромагнитного излучения (рентгеновского или γ-излучения)[1].                                              

Наведённая радиоактивность — это радиоактивность веществ, возникающая под действием облучения их ионизирующим излучением, как правило нейтронами.                                                                                                                                                                                                              

При облучении частицами (нейтронами, протонами, гамма-квантами) стабильные ядра могут превращаться в радиоактивные ядра с различным периодом полураспада, которые продолжают излучать длительное время после прекращения облучения. Особенно сильна радиоактивность, наведённая нейтронным облучением. Это объясняется следующими свойствами этих частиц: для того, чтобы вызвать ядерную реакцию с образованием радиоактивных ядер, гамма-кванты и заряженные частицы должны иметь большую энергию (не меньше нескольких МэВ). Однако они взаимодействуют с электронными оболочками атомов намного интенсивнее, чем с ядрами, и быстро теряют при этом энергию. Кроме того, положительно заряженные частицы (протоны, альфа-частицы) быстро теряют энергию, упруго рассеиваясь на ядрах. Поэтому, вероятность гамма-кванта или заряженной частицы вызвать ядерную реакцию ничтожно мала.                       

Нейтроны же, наоборот, захватываются ядрами при любой энергии, более того, максимальна вероятность захвата именно нейтронов с низкой энергией. Поэтому, распространяясь в веществе, нейтрон может попадать в множество ядер последовательно, пока не будет захвачен очередным ядром, и вероятность захвата нейтрона практически равна единице.  

Поглощение нейтронов не обязательно ведет к появлению наведенной радиоактивности. Многие ядра захватывают нейтрон с образованием стабильных ядер, например бор-10 превращается в стабильный бор-11, лёгкий водород (протий) — в стабильный дейтерий. В таких случаях наведённая радиоактивность не возникает.                                                                        

Процесс накопления в веществе радиоактивных изотопов под действием  облучения называется активацией.

На эффекте наведённой радиоактивности  основан мощный метод определения  состава вещества, называемый активационным анализом. Образец облучается потоком нейтронов (нейтронно-активационный анализ) или гамма-квантов (гамма-активационный анализ). При этом в образце наводится радиоактивность, характер которой, при одинаковом характере облучения, полностью определяется изотопным составом образца. Изучая гамма-спектр излучения образца, можно с очень высокой точностью определить его состав. Предел обнаружения различных элементов зависит от интенсивности облучения и составляет до 10⁻⁴−10⁻⁷ % для гамма-активационного анализа и до 10⁻⁵−10⁻¹⁰ % для нейтронно-активационного анализа.                                                            

Особенно сильна наведённая радиоактивность при взрыве термоядерных (в том числе и нейтронных) зарядов, так как выход нейтронов на единицу энергии в них в  несколько раз выше, чем у ядерных  зарядов, и средняя энергия нейтронов  тоже выше, что делает возможными пороговые  реакции. Утверждается, например, что  взрыв нейтронной бомбы мощностью  в 1 кт в 700 метрах от танка не только убивает экипаж нейтронным излучением, но и создает в броне наведённую радиоактивность, достаточную для получения новым экипажем смертельной дозы в течение суток.

Принцип наведённой радиоактивности  положен в основу идеи т. н. кобальтовой бомбы. Это вид ядерного оружия, в котором основным поражающим фактором является радиоактивное заражение. Она представляет собой термоядерную бомбу с оболочкой из кобальта, в которой под действием нейтронного излучения взрыва создается изотоп кобальт-60 — сильнейший источник гамма-излучения с периодом полураспада 5,27 лет. Будучи распылённым ядерным взрывом по большой территории, кобальт-60 сделал бы их надолго непригодными для проживания [7].

 

1.2. Радиоактивный распад

 

Радиоактивный распад - это испускание, выбрасывание с огромными скоростями из ядер атомов "элементарных" (атомных, субатомных) частиц, которые принято называть радиоактивными частицами или радиоактивным излучением. В подавляющем большинстве случаев ядро атома (а значит, и сам атом) одного химического элемента превращается в ядро атома (в атом) другого химического элемента; или один изотоп данного химического элемента превращается в другой изотоп того же элемента.

Радиоактивный распад, как  и все другие виды радиоактивных  превращений, может быть естественным (самопроизвольным, спонтанным) и искусственным, вызванным попаданием в ядро стабильного  атома какой-либо частицы извне.

Для естественных (природных) радионуклидов основными видами радиоактивного распада являются альфа- и бета-минус-распад (хотя встречаются и другие). Названия альфа и бета были даны Эрнестом Резерфордом в 1900 году при изучении радиоактивных излучений.

Для искусственных (техногенных) радионуклидов кроме этого характерны также нейтронный, протонный, позитронный (бета-плюс). Также характерны более редкие виды распада и ядерных превращений (мезонный, К-захват, изомерный переход, "откалывание" и др.) [14].

 

Альфа-распад (альфа-распад) - характерный вид радиоактивного распада для естественных радиоактивных  элементов шестого и седьмого периодов таблицы Д. И. Менделеева (уран, торий и продукты их распада до висмута включительно) и особенно для искусственных - трансурановых - элементов. Этому виду распада подвержены отдельные изотопы всех тяжёлых элементов, начиная с висмута [5].

Альфа-распад - это испускание из ядра атома альфа-частицы, которая состоит из 2 протонов и 2 нейтронов. Альфа-частица имеет массу 4 единицы, заряд +2 и является ядром атома гелия [9].

Пример (альфа-распад урана-238 в торий-234):

 

                                 

 

В результате испускания альфа-частицы  образуется новый элемент, который  в таблице Менделеева расположен на 2 клетки левее, так как количество протонов в ядре, а значит, и заряд  ядра, и номер элемента стали на две единицы меньше. А масса  образовавшегося изотопа оказывается  на 4 единицы меньше.

Так, например, при альфа-распаде урана всегда образуется торий, при альфа-распаде тория - радий, при распаде радия - радон, затем полоний и наконец - свинец. При этом из конкретного изотопа урана-238 образуется торий-234, затем радий-230, радон-226 и т. д.

 

Бета-распад  - наиболее распространённый вид радиоактивного распада, особенно среди искусственных радионуклидов. Он наблюдается практически у всех известных на сегодня химических элементов. Это означает, что у каждого химического элемента есть, по крайней мере, один бета-активный, то есть подверженный бета-распаду изотоп. При этом чаще всего происходит бета-минус распад.

Пример (бета-распад трития в гелий-3):

 

                                   

 

Бета-минус распад - это выбрасывание (испускание) из ядра бета-минус частицы - электрона, который образовался в результате самопроизвольного превращения одного из нейтронов в протон и электрон. При этом тяжёлый протон остаётся в ядре, а лёгкий электрон - бета-минус частица - с огромной скоростью вылетает из ядра. И так как протонов в ядре стало на один больше, то ядро данного элемента превращается в ядро соседнего элемента справа - с большим номером.

Так, например, при бета-минус распаде радиоактивный изотоп калия - калий-40 - превращается в стабильный изотоп кальция (стоящего в соседней клеточке справа) - кальций-40. А радиоактивный кальций-47 - в стоящий справа от него скандий-47 (тоже радиоактивный), который, в свою очередь, также путём бета-минус распада превращается в стабильный титан-47.

                           

                Рис.1.Распад радиоактивного изотопа калия-40 в стабильный изотоп кальция-40.

 

Бета-плюс распад - это выбрасывание (испускание) из ядра бета-плюс частицы - позитрона (положительно заряженного "электрона"), который образовался в результате самопроизвольного превращения одного из протонов в нейтрон и позитрон. В результате этого (так как протонов стало меньше) данный элемент превращается в соседний слева (с меньшим номером, предыдущий).

Так, например, при бета-плюс распаде радиоактивный изотоп магния магний-23 превращается в стабильный изотоп натрия (стоящего слева) - натрий-23, а радиоактивный изотоп европия- европий-150 превращается в стабильный изотоп самария - самарий-150 [5].

 

Кроме указанных альфа- и бета-распада существуют другие виды радиоактивного распада, менее распространённые и более характерные для радионуклидов искусственного происхождения.

Нейтронный распад - испускание из ядра атома нейтрона (n) - нейтральной частицы с массой 1 ед. При испускании нейтрона один изотоп данного химического элемента превращается в другой с меньшим весом. Так, например, при нейтронном распаде радиоактивный изотоп лития литий-9 превращается в литий-8, радиоактивный гелий-5 - в стабильный гелий-4.

Если стабильный изотоп йода йод-127 облучать гамма-квантами, то он становится радиоактивным, выбрасывает нейтрон и превращается в другой, тоже радиоактивный изотоп йод-126.

Протонный распад - крайне редкий вид распада -это испускание из ядра атома протона (р) - частицы с массой 1 ед. и зарядом +1. При испускании протона данный химический элемент превращается в соседний слева (с меньшим номером, предыдущий), а атомный вес уменьшается на единицу.

Все радиоактивные превращения, в том числе и все разновидности радиоактивного распада, сопровождаются, как правило, за редким исключением, выделением избытка энергии в виде гамма-излучения - гамма-квантов, а иногда также и рентгеновского излучения (фотонов) с меньшей энергией.

Гамма – излучение вид  электромагнитного излучения с  чрезвычайно маленькой длиной волны  – < 5×10−3 нм и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами. Гамма-квантами являются фотоны высокой энергии. Обычно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 105 эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий. В области 1–100 кэВ гамма-излучение и рентгеновское излучение различаются только по источнику: если квант излучается в ядерном переходе, то его принято относить к гамма-излучению, если при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке-то к рентгеновскому излучению. Очевидно, физически кванты электромагнитного излучения с одинаковой энергией не отличаются, поэтому такое разделение условно.