Радіоактивність і її закономірності

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Курсова робота

Виконав студент гр. 110129 Малиновський А.А.

БГПА

Кафедра фізики

РГР

Мінськ 2000

§ 1. Види радіоактивного випромінювання

АЛЬФА-ПРОМЕНІ. а-промені - один з видів випромінювань радіоактивних атомних ядер; складаються з а-частинок.

Основним джерелом А.-Л. є природні радіоактивні ізотопи, багато з яких випускають при розпаді а-частинки з енергією від 3,98 до 8,78 МеВ. Завдяки великій енергії, дворазової (у порівнянні з іншими видами іонізуючих випромінювань) швидкості руху (від 1,4 · 109 до 2,0 · 109 см / с) а-частинки створюють дуже велике число іонів, густо розташованих по їхньому шляху (до 254 тис. пар). При цьому вони швидко витрачають свою енергію, перетворюючись на звичайні атоми гелію. Пробіги а-частинок в повітрі при нормальних умовах - від 2,5 до 8,17 см, у біологічних середовищах - соті частки міліметра.

Лінійна щільність іонізації, створюваної а-частинками, досягає декількох тисяч пар іонів на 1 мікрон шляху в тканинах.

Іонізація, вироблена А.-Л., обумовлює ряд особливостей у тих хімічних реакціях, що протікають у речовині, зокрема, в живій тканині (утворення сильних окислювачів, вільного водню і кисню та ін.) Ці радіохімічні реакції, що протікають у біологічних тканинах під впливом А.-Л., у свою чергу, викликають особливу, більшу, ніж у інших видів іонізуючих випромінювань, біологічну ефективність А.-Л. У порівнянні з рентгенівським, β-і γ-випромінюванням відносна біологічна ефективність а-випромінювання (ОБЕ) приймається рівною 10, хоча в різних випадках вона може змінюватися в широких межах. Як і інші види іонізуючих випромінювань, А.-Л. застосовуються для лікування хворих з різними захворюваннями.

БЕТА-ПРОМЕНІ, бета-частинки-потік електронів або позитронів, що випускаються ядрами радіоактивних елементів при їх β-розпаді. Маса β-частинок в абсолютному вираженні дорівнює 9,106 · 10-28 р. Б.-ч. можуть мати негативний заряд електрики, якщо складаються з потоку електронів, і позитивний, якщо складаються з потоку позитронів. Маючи заряд, Б.-ч. під дією електричного і магнітного полів відхиляються від прямолінійного напряму. Б.-ч. одного і того ж радіоактивного елемента володіють різним запасом енергії. Це пояснюється природою β-розпаду радіоактивних ядер, при якому утворюється енергія розподіляється між дочірнім ядром, β-частинкою і нейтрино в різних співвідношеннях (нейтрино - нейтральна частинка з масою, близькою до нуля, що виникає при β-розпаді). Таким чином, енергетичний спектр Б.-ч. - складний і безперервний, тобто від нуля до якогось максимального значення. Максимальна енергія лежить в межах від 0,018 до 13,5 МеВ. Б.-ч. поширюються в середовищі зі швидкістю близько 1.1010 - 2,89 · 10 '° см / с, що складає 0,29-0,99 швидкості світла.

Шлях (пробіг) Б.-ч. в середовищах різний і залежить від енергії частинок і щільності середовища. М'які β-промені (з енергією менше 0,1 МеВ) проходять шлях у повітрі 10 см, в біологічних тканинах 0,16 мм, а жорсткі (з енергією більше 1 МеВ)-відповідно 11 і 17,5 мм. Проникаюча здатність Б.-ч. приблизно в 100 разів вище, ніж а-частинок.

Велику частину своєї енергії при взаємодії Б.-ч. витрачають на іонізацію і збудження атомів середовища і частково на розсіювання.

Повна і питома іонізація, створювана Б.-ч., значно менше, ніж у а-частинок. При енергії Б.-ч., рівною 0,045 МеВ, густина іонізації в повітрі становить 23 пари, а при енергії в 1 МеВ - тільки 5 пар іонів на 1 мм шляху. Така взаємодія характерно для м'якого (3-випромінювання. У Б.-ч. високих енергій поряд із зазначеною формою втрати енергії має місце взаємодія з полем ядра. Проходячи поблизу ядра, такі Б.-ч. гальмуються, на що витрачають частину своєї енергії. Остання випромінюється у вигляді квантів гальмівного рентгенівського випромінювання, інтенсивність якого зростає із збільшенням порядкового номера речовини-поглинача. Тому для захисту від β-випромінювання використовуються матеріали, що складаються з елементів з малим порядковим номером (скло, алюміній, плексиглас, полімери та ін.) Патогенетичне дію Б.-ч. на організм тварини залежить від тривалості впливу та дози поглиненої енергії.

Радіоактивні ізотопи, що випромінюють Б.-ч., широко застосовуються в дослідах на тваринах (метод мічених атомів) при вивченні різних сторін життєдіяльності організму.

ГАММА-ПРОМЕНІ, γ-промені - короткохвильове електромагнітне випромінювання, що випускається збудженими атомними ядрами. Г.-л. спостерігаються при радіоактивному перетворення атомних ядер і ядерних реакціях. На ранніх етапах розвитку ядерної фізики так було названо випромінювання, що випускається радіоактивними речовинами, яке на відміну від а-і β-променів не відхилялося електричним і магнітним полями та мало, значно більшою проникаючою здатністю (рис. 1). Пізніше було встановлено, що на відміну від а-і β-рас-пада γ-переходи відбуваються між різними енергетичними станами одного і того ж ядра без зміни його заряду, атомного номера 2 і масового числа А.

Термін «γ-промені» в деяких випадках застосовується також для позначення електромагнітного випромінювання будь-якої природи, якщо його енергія більше 100 кеВ. Так, короткохвильове випромінювання, що виникає при прискореному русі швидких заряджених частинок, іноді називають рентгенівськими променями суцільного спектра, якщо енергія випромінювання менше ~ 100 кеВ, і γ-променями суцільного спектра, якщо його енергія біль-ше ~ 100 кеВ

При радіоактивному розпаді ядер зазвичай спостерігаються γ-кванти з енергіями від ~ 10 кеВ до ~ 5 МеВ, а при ядерних реакціях зустрічаються Г.-л. і з великими енергіями - до 20 МеВ. Енергія γ-кванта, що випускається при переході порушеної ядра в більш низьке енергетичне співвідношення, дорівнює різниці енергії рівнів i і f, між якими відбувається γ-перехід:

е g = еi-Ef

Внаслідок цього γ-випромінювання ядер має лінійчатий спектр. На відміну від оптики, де під спектром розуміється розподіл енергії отримання по довжинах хвиль, γ-спектр представляється у вигляді розподілу числа γ-квантів з енергі-, ям. γ-промені поглинаються органами і тканинами слабкіше, ніж рентгенівські. Тому γ-променева дія відносно рівномірний. Рентгенівські промені, що мають меншу енергію, дають більш нерівномірний дозное розподіл через поглинання їх шкірою і нижележащими тканинами. Це слід мати на увазі при опроміненні експериментальних тварин і в клінічній практиці.

Космічні промені. До створення потужних прискорювачів заряджених частинок космічне випромінювання було єдиним джерелом частинок з енергією, достатньою для утворення мезонів і гіперонів. Позитрон, мюони, π-мезони і багато дивних частки (див. § 79) були виявлені в складі космічних променів.

Розрізняють первинні і вторинні космічні промінь і. Первинні промені є безупинно падає на Землю потік атомних ядер (в основному протонів) високої енергії (в середньому ~ 10 ГеВ, енергія окремих частинок сягає 1010 ГеВ). Частинки первинних космічних променів зазнають непружні зіткнення з ядрами атомів у верхніх шарах атмосфери, в результаті чого виникає вторинне випромінювання. На висотах нижче 20 км космічні промені практично повністю носять вторинний характер. У вторинному випромінюванні зустрічаються вага відомі в даний час елементарні частинки.

Інтенсивність первинних космічних променів на межі атмосфери (тобто на висоті ~ 50 км) становить приблизно 1 част / (см2-с). Потік заряджених частинок на рівні моря дорівнює в середньому ~ 2.10 -2 част / (см2-с). Існування магнітного поля Землі призводить до того, що інтенсивність космічних променів змінюється з широтою. Це явище називається широтним ефектом.

За допомогою приладів, встановлених на штучних супутниках Землі та космічних ракетах, були відкриті поблизу Землі радіаційні пояси, які являють собою дві навколишні Землю зони з різко підвищеною інтенсивністю іонізуючого випромінювання. Їх існування обумовлене захопленням і утриманням заряджених космічних частинок магнітним полем Землі. У площині екватора внутрішній пояс радіації сягає від 600 до 6000 км, зовнішній пояс-від 20000 до 60000 км. На широтах 60-70 ° обидва пояси наближаються до Землі на відстань у кілька сот кілометрів.

У складі вторинних космічних променів є дві частини. Одна з них сильно поглинається свинцем і тому була названа м'якою; друга ж проникає через великі товщі свинцю і отримала назву жорсткою.

М'які компонента складається з каскадів плі злив електронно-позитронного пар. Виник в результаті розпаду π °-мезона (див. (69.4)) або різкого гальмування швидкого електрона γ-фотон, пролітаючи поблизу атомного ядра, створює електронно-позитронного пару. Гальмування цих частинок знову приводить до утворення γ-фотонів, і т. д. Процеси народження нар і виникнення γ-квантів чергуються один з одним до тих пір поки енергія γ-фотонів не буде недостатнім для утворення пар. Оскільки енергія первісного фотона буває дуже великий, встигає виникнути багато поколінь вторинних частинок, перш ніж припиняється розвиток зливи.

Жорстка, проникаюча компонента космічних променів складається в основному з мюонів. Її утворення відбувається переважно у верхніх і середніх шарах атмосфери за рахунок розпаду заряджених π-мезонів.

З появою прискорювачів, що дозволяють прискорювати частинки до енергій в сотні ГеВ, космічні промені втратили своє виняткове значення при вивченні елементарних частинок. Однак вони як і раніше залишаються єдиним джерелом частинок надвисоких енергій.

§ 2. Методи реєстрації радіоактивного випромінювання

Дозиметричної апаратури - служить для з вимірювання рівнів впливу випромінювань. Відповідно до видів дозиметричного контролю Д. а. ділиться на шість груп.

До першої групи належать прилади, призначені для вимірювання потужності дози у-променів і потоків нейтронів. Для вимірювання потужності дози y-променів від 0,5 мкР / с і вище використовуються мікроренгенметри - переносні прилади з живленням від мережі змінного струму (типу «Кактус») і батарейним харчуванням; датчиками в них є іонізаційні камери, стінки яких виготовлені з воздухоеквівалентних матеріалів (наприклад з плексигласу).

Для вимірювання доз рентгенівського і у-випромінювань при рент-гено-і у-терапії застосовуються рентгенметри типу РМ-1 і КРМ-1. датчиками в яких є малі іонізаційні камери різних об'ємів зі стінками різної товщини. Відлік дози в рентгенах проводиться за вихідним стрілочному приладу. У рентгенометр є пристосування (реле дози) для припинення опромінення після досягнення заданої дози. Такі прилади дозволяють проводити вимірювання дози в межах 0,001-50000 Р в діапазоні енергій від 6 кеВ до 1-2 МеВ.

Для вимірювання малих потужностей доз γ-променів від природного фону і вище використовуються прилади з датчиками у вигляді газонаповнених або сцинтиляційних лічильників. Ці прилади застосовуються також для цілей геологорозвідки. Прилади з газонаповненими і сцинтиляційними лічильниками володіють великим «ходом з жорсткістю» і є індикаторними приладами, тобто можуть бути отградуированной в мкР / год тільки для даного спектру γ-квантів. Приладом такого типу є прилад «Постріл» з газонаповненим лічильником і прилад «Світло-3» з сцинтиляційних лічильниках.

Найбільш важким завданням дозиметрії є вимірювання потоків і доз нейтронів, так як нейтрони різних енергій різним чином взаємодіють з речовиною. В даний час промисловість СНД випускає два типи приладів для реєстрації теплових і швидких нейтронів у присутності біля-фону до 200 мкР / с: мережний прилад «Ефір-1» і переносний «Ефір-2». Ці прилади дозволяють визначати потоки теплових нейтронів в межах 100-5000 нейтронів на см2 в 1 с і потоки швидких нейтронів від 10 до 3500 нейтронів на см2 в 1 с в діапазоні енергій від 0,5 до 14 МеВ.

До другої групи належать прилади з датчиками вимірювання потоків а-і B-частинок із забруднених поверхонь. Для вимірювання а-частинок застосовуються датчики з сцинтилятором з ZnS-Ag або повітря (з повітряним наповненням) плоскі многонітние пропорційні лічильники. Для вимірювання B-частинок застосовуються датчики у вигляді декількох B-лічильників. Прилад типу «Тісc» має три таких датчика і проводить реєстрацію а-і B-частинок, випущених з певної площі поверхні (в імпульсах у хвилину), як за механічним лічильником, так і за вихідним стрілочному приладу. Прилади типу «Тісc» забезпечені сигнальним пристроєм зі змінним порогом сигналізації. Існують прилади, що служать для сигналізації про перевищення допустимих рівнів забруднення тіла і спецодягу Р-і у-активними речовинами. Установка СУ-1 такого типу має 12 каналів і 12 датчиків у вигляді груп B-лічильників у кожусі, що захищає від зовнішнього у-випромінювання.

До третьої групи відносяться установки для вимірювання забрудненості повітря активними газами і активними аерозолями. Для вимірювання значних концентрацій а-і B-активних газів в повітрі застосовуються іонізаційні камери, сполучені з чутливими електрометрії. Найбільш точні вимірювання концентрацій B-активних газів в повітрі проводяться за допомогою B-лічильників, поміщених в замкнутому об'ємі, наповненому забрудненим повітрям.

Для вимірювання концентрації в повітрі а-і р-активних аерозолів останні уловлюються або мембранними фільтрами при прокачування через них повітря (паперові, картонні, азбестові і т. д.), або осідають на мішені-електроді методом електроосадження. Цей метод використовується в електрофільтрах.

До четвертої групи належать радіометричні установки з датчиками у вигляді газонаповнених і сцинтиляційних лічильників, службовці для вимірювання абсолютної активності проб води і харчових продуктів.

До п'ятої групи відносяться комплекти апаратури для вимірювання індивідуальних доз у-променів і нейтронів. Для вимірювання доз у-променів застосовуються: 1) касети з фотоплівкою і вирівнюють екранами для зменшення «ходу з жорсткістю». Дози у-променів визначаються за почорніння плівки. Діапазон вимірювання доз при застосуванні плівок різної чутливості - від 0,1 до 1000 Р і вище; 2) малі іонізаційні камери з воздухоеквівалентних матеріалів. Дози y-променів визначають по спаду потенціалу центрального електрода камери в діапазоні від 0,02 до 20 Р для енергій у-квантів від 0,1 до 2 МеВ; 3) кишенькові дозиметри на три діапазони доз: до 0,2 Р, 5 і 50 Р (КД - 0,2, КД-5 і КД-50), що дозволяють робити відлік дози в процесі роботи. Дозиметри КД представляють собою іонізаційні камери, внутрішній електрод яких з'єднаний з рухомою ниткою. Пропорційне дозі відхилення нитки вимірюється за допомогою окулярної і шкали малогабаритного мікроскопа.

До шостої групи відносяться установки для вимірювання зовнішнього випромінювання від людей і вимірювання активності повітря, що видихається. Існують великі порожнисті сцинтиляційні лічильники і лічильні спектрометричні установки з великими кристалами з Nal для реєстрації зовнішніх випромінювань від людей, призначені для вивчення природного у-випромінювання ня людей і визначення вмісту в організмі штучно-радіоактивних у-випромінювачів і жорстких B-випромінювачів (наприклад, 90Sr +90 V) за їх гальмівного випромінювання. Крім того, існують установки для визначення вмісту активних речовин в організмі по активності повітря, що видихається. Так, наприклад, за змістом радону в повітрі, що видихається визначають кількість радію в організмі.

§ 3. Закон радіоактивного розпаду. Період напіврозпаду

Окремі радіоактивні ядра зазнають перетворення незалежно один від одного. Тому иожно вважати, що кількість ядер dN, що розпадаються за малий проміжок часу dt, пропорційно як кількістю наявних ядер N, так і проміжку часу dt:

dN =- λNdt.

Тут λ.-характерна для радіоактивної речовини константа, називемая постійної розпаду. Знак мінус взятий для того, щоб dN можна було розглядати як пріращеніечісла нераспавшнлся ядер N.

Інтегрування цього вислову наводить до співвідношення

N = N0e-λt

де Nо-кількість ядер у початковий момент, N-кількість нераспавшпхся атомів у момент часу t. Ця формула виражає закон радіоактивного перетворення. Цей закон дуже простий: число нераспавшіхся ядер убуває з часом по експоненті.

Кількість ядер, що розпалися за час t, визначається виразом

No-N = No (1-e-λt).


Час, за який розпадається половина первісної кількості ядер, називається періодом напіврозпаду Т. Цей час визначається умовою


Звідки

Період напіврозпаду для відомих в даний час радіоактивних ядер знаходиться в межах від 3 * 10-7 с до 5 * 1015 років.


Знайдемо середній час життя радіоактивного ядра. Кількість ядер dN (t), які розпадаються за проміжок часу від t до t + dt, визначається модулем вирази: dN (t) = λN (t) dt. Час життя кожного з цих ядер одно t. Отже, сума часів життя всіх No що були спочатку ядер виходить шляхом інтегрування виразу tdN (t). Розділивши цю суму на кількість ядер No, отримаємо середній час життя τ радіоактивного ядра:

Таким чином, середній час життя є величина, зворотна постійної розпаду λ:


Порівняння з показує, що період напіврозпаду Т відрізняється від τ числовим множником, рівним In 2.

§ 4. Види радіоактивного розпаду ядер

АЛЬФА-РОЗПАД - випускання а-частинок атомними ядрами в процесі самовільного радіоактивного розпаду. У результаті А.-р. «Материнське» ядро ​​із зарядом Z і масовим числом А перетворюється в нове «дочірнє» ядро ​​із зарядом Z-2 і масовим числом А-4.

Відомо близько 160 а-активних ядер. Переважна частина їх розпадається в кінці періодичної системи і володіє Z> 82. Кілька а-активних ядер (наприклад, 14662Sm) є в області рідкісних земель. а-активні ядра в області

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Безпека життєдіяльності та охорона праці | Реферат
34.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Радіоактивність
Радіоактивність Відкриття Беккереля
Радіоактивність і момент сили Поняття ноосфери
Закономірності навчання
Закономірності в природі
Макроекономічні закономірності
Типи і закономірності систем
Основні закономірності макроеволюції
Закономірності та принципи виховання
© Усі права захищені
написати до нас