Виды ионизирующих элементов и их свойства

Ионизирующим излучением называется выделение энергии, вызывающее ионизацию среды (образование заряженных атомов или молекул - ионов).

Источниками ионизации являются космические лучи; природные материалы на Земле, содержащие радиоактивные вещества; искусственные источники: ядерные реакторы, ускорители частиц, рентгеновские установки, контрольно-измерительная техника (использующая принципы

диагностики за счет радиационного распада веществ - дефектоскопия металлов, геологическая разведка и т.д.)

ХХI век оказался не готовым к решению сырьевых и энергетических проблем планеты. Авария на Чернобыльской АЭС с небывалой остротой обнажила опасность, связанную с использованием «мирного» атома, с угрозой возможности разрушения ядерных реакторов, ядерной опасности при военных конфликтах, вызвала необходимость нового мышления. Авария подтвердила опасность гибели человечества от радиации, высказанную учеными Бертрам Расселом и Альбертом Эйнштейном на заре освоения атома. Радиофобия в ряде стран, в том числе, в Украине стала национальным бедствием. Мирное использование атома накладывает огромную ответственность на государственных деятелей, ученых, требует высочайшего соблюдения мер безопасности.

Радиоактивность – это способность некоторых природных элементов (уран, радий, и др.), искусственных радиоактивных изотопов самопроизвольно распадаться, испуская при этом невидимые и неощущаемые человеком излучения. Такие элементы называются радиоактивными (234U, 235U, 238U, 40K и др.).

Ионизирующее излучение бывает корпускулярным и электромагнитным (фотоновым).Корпускулярное излучение представляет собой поток частиц с массой потока отличной от нуля (альфа и бета - частиц, протонов, нейтронов и др.). К электромагнитному излучению относятся гамма-излучение и рентгеновское излучение.

По физической природе излучения это потоки элементарных, быстро движущихся частиц атомных ядер, их волновое электромагнитное излучение, обладая большой энергией, ионизирует вещество, среду, в которых распространяются. Ионизация вещества сопровождается распадом молекул, атомов и появлением зараженных частиц-ионов, которые меняют физико-химические свойства веществ, а в биологической ткани нарушают процессы жизнедеятельности, поражая живой организм. На образование ионов расходуется энергия излучения, поэтому, чем больше образуется ионов, тем меньший путь в веществе, при прочих равных условиях, пройдет излучение, до полной потери энергии.

Поэтому, чем больше ионизирующая способность излучения (количество образуемых ионов по длине в 1см – удельная ионизация), тем меньше его проникающая способность.

К основным видам (рис.2.6.1.) радиоактивных излучений относятся:

альфа(a), бета (b); нейтронные (группа корпускулярных излучений), рентгеновские и гамма (g) излучения.

Альфа - частицы (ядра гелия) движутся со скоростью 20 000 км/с, имеют огромную ионизационную способность и малую проникающую способность. Длина пробега в воздухе 3-11 см, в жидких и твердых средах до 0,099 мм. Одежда человека надежно защищает его от альфа-излучения, однако очень опасно попадание частиц внутрь организма.

Бета-частицы в зависимости от энергии излучения могут двигаться со скоростью, близкой к скорости света (300 000 км/с). Заряд бета-частиц меньше, а скорость больше, чем у альфа-частиц, поэтому они имеют меньшую ионизирующую, но большую проникающую способность. Длина пробега бета-частиц (с высокой энергией) в воздухе до 20 м, в воде и живых тканях – до 3 см, металле – 1 см. Одежда поглощает 50% бета-частиц. Непосредственно опасно попадание бета-частиц на кожу, глаза или внутрь организма.

Нейтронное излучение – это поток нейтронов, распространяющихся со скоростью 20 000 км/с. Нейтроны, не имея электрического заряда, легко проникают в живую ткань и захватываются ядрами атомов, оказывая сильное поражающее действие при излучении. Хорошими защитными свойствами обладают легкие водосодержащие материалы: полиэтилен, парафин, вода и др.

Гамма-излучение – это электромагнитное излучение, с длиной волны 10-8 – 10-11 см, испускаемое ядрами атомов, сопровождается альфа – бета - распадом. Излучение испускается отдельными порциями (квантами) и распространяется со скоростью света. Ионизирующая способность его значительно меньше, чем у альфа, бета - частиц, но обладает наибольшей проникающей способностью. Проникающая способность гамма-излучения в воздухе достигает сотни метров, в воде 23 см, в стали – 3 см, в бетоне - 10 см, в дереве – 30 см (слой половинного ослабления). Хорошей защитой от гамма-излучения являются экраны из тяжелых металлов (свинец).

Рентгеновское излучение - электромагнитное излучение, но в отличие от гамма-излучений, имеет внеядерное происхождение. Радиоактивные вещества распадаются с определенной скоростью, измеряемой периодом полураспада, то есть временем, в течение которого распадается половина всех атомов. Радиоактивный распад не может быть остановлен или ускорен каким-либо способом. Это природное свойство радиоактивных веществ неподвластно человеку. Так, например, период полураспада йода - 131 составляет 8.04 суток, а урана-235 -703, 8 млн. лет.

Рис.2.6.1. Основные виды радиоактивного излучения.

Основными показателями радиоактивных излучений, является радиоактивность и экспозиционная, поглощенная, эквивалентная дозы. Сама радиоактивность непосредственно зависит от вида и энергии излучения, физических свойств облучаемой среды и других факторов. Степень ионизации характеризуется дозой облучения: чем она больше, тем больше ионизация вещества.

Если радиоактивные вещества попадают в окружающую среду, то эта среда характеризуется степенью загрязнения (удельная плотность) измеряется количеством радиоактивных распадов атомов в единицу времени на единицу поверхности, или в единице массы или объема (Ки/кг, Бк/кг, Ки/л, Бк/л, Ки/км2, Бк/км2). Знание основ радиации позволяет оценить радиоактивную обстановку в производстве, в быту, жизни, принять своевременные эффективные меры и обеспечить безопасность жизнедеятельности человека.

Для количественной оценки ионизирующего действия рентгеновского и гамма-излучения в сухом атмосферном воздухе используется понятие экспозиционная доза. Экспозиционная доза – отношение полного заряда ионов одного знака к массе воздуха в этом объеме:

,

где Q – полный заряд ионов одного знака, m – масса воздуха.

Экспозиционная доза характеризует источник и радиоактивное поле, которое этот источник создает. Человек может войти в это поле и облучиться. Единицы соотношения традиционных(внесистемных) единиц с единицами международной системой (СИ) приведены в таблице 6.1.

 Скачать реферат