Что такое радиоактивность и радиация? Явление радиоактивности было открыто в 1896 году французским ученым Анри Беккерелем. В настоящее время оно широко используется в науке, технике, медицине, промышленности. Радиактивные элементы естественного происхождения присутствуют повсюду в окружающей человека среде. В больших объемах образуются искусственные радионуклиды, главным образом в качестве побочного продукта на предприятиях оборонной промышленности и атомной энергетики. Попадая в окружающую среду, они оказывают воздействия на живые организмы, в чем и заключается их опасность. Для правильной оценки этой опасности необходимо четкое представление о масштабах загрязнения окружающей среды, о выгодах, которые приносят производства, основным или побочным продуктом которых являются радионуклиды, и потерях, связанных с отказом от этих производств, о реальных механизмах действия радиации, последствиях и существующих мерах защиты.

Какая бывает радиация? Альфа-частицы: относительно тяжелые, положительно заряженные частицы, представляющие собой ядра гелия.

Бета-частицы - это просто электроны

Гамма-излучение имеет ту же электромагнитную природу, что и видимый свет, однако обладает гораздо большей проникающей способностью.

Методы регистрации элементарных частиц

1) Газоразрядный счётчик Гейгера Счётчик Гейгера- один из важнейших приборов для автоматического счёта частиц. Счётчик состоит из стеклянной трубки, покрытой изнутри металлическим слоем (катод), и тонкой металлической нити, идущей вдоль оси трубки (анод). Счётчик Гейгера применяется в основном для регистрации электронов и Y-квантов( фотонов большой энергии).Однако непосредственно Y- кванты вследствие их малой ионизирующей способности не регистрируются. Для их обнаружения внутреннюю стенку трубки покрывают материалом, из которого Y-кванты выбивают электроны

2) Камера Вильсона Прибор представляет собой цилиндр с поршнем 1 (рис. 2), накрытый плоской стеклянной крышкой 2. В цилиндре находятся насыщенные пары воды или спирта. В камеру вводится исследуемый радиоактивный препарат 3, который образует ионы в рабочем объеме камеры. При резком опускании поршня вниз, т.е. при адиабатном расширении, происходит охлаждение пара и он становится перенасыщенным. В этом состоянии пар легко конденсируется. Центрами конденсации становятся ионы, образованные пролетевшей в это время частицей. Так в камере появляется туманный след (трек) (рис.3), который можно наблюдать и фотографировать. Трек существует десятые доли секунды..

3) Пузырьковая камера Отличается от камеры Вильсона тем, что перенасыщенные пары в рабочем объеме камеры заменяются перегретой жидкостью, т.е. такой жидкостью, которая находится под давлением, меньшим давления ее насыщенных паров. Пролетая в такой жидкости, частица вызывает возникновение пузырьков пара, образуя тем самым трек (рис.5). В исходном состоянии поршень сжимает жидкость. При резком понижении давления температура кипения жидкости оказывается меньше температуры окружающей среды. Жидкость переходит в неустойчивое (перегретое) состояние. Это и обеспечивает появление пузырьков на пути движения частицы. В качестве рабочей смеси применяются водород, ксенон, пропан и некоторые другие вещества.

4) Метод толстослойных фотоэмульсий Для регистрации частиц наряду с камерами Вильсона и пузырьковыми камерами применяются толстослойные фотоэмульсии. Ионизирующие действие быстрых заряженных частиц на эмульсию фотопластинки. Фотоэмульсия содержит большое количество микроскопических кристалликов бромида серебра. Быстрая заряженная частица, пронизывая кристаллик, отрывает электроны от отдельных атомов брома. Цепочка таких кристалликов образует скрытое изображение. При появлении в этих кристалликах восстанавливается металлическое серебро и цепочка зёрен серебра образует трек частицы. По длине и толщине трека можно оценить энергию и массу частицы. Из-за большой плотности фотоэмульсии треки получаются очень короткими, но при фотографировании их можно увеличить. Преимущество фотоэмульсии состоит в том, что время экспозиции может быть сколько угодно большим. Это позволяет регистрировать редкие явления. Важно и то, что благодаря большой тормозящей способности фотоэмульсии увеличивается число наблюдаемых интересных реакций между частицами и ядрами.

Что такое изотопы? В таблице Менделеева более 100 химических элементов. Почти каждый из них представлен смесью стабильных и радиоактивных атомов, которые называют изотопами данного элемента. Известно около 2000 изотопов, из которых около стабильные. Например, у первого элемента таблицы Менделеева - водорода - существуют следующие изотопы: - водород Н-1 (стабильный), - дейтерий Н-2 (стабильный), - тритий Н-3 (радиоактивный, период полураспада 12 лет). Радиоактивные изотопы обычно называют радионуклидами

Энергия связей атомных ядер Энергия связи ядра равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы. Из закона сохранения энергии следует, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц. Энергию связи любого ядра можно определить с помощью точного измерения его массы. В настоящее время физики научились измерять массы частиц – электронов, протонов, нейтронов, ядер и др. – с очень высокой точностью. Эти измерения показывают, что масса любого ядра Mя всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов: Mя < Zmp + Nmn. Разность масс ΔM = Zmp + Nmn – Mя.называется дефектом массы. По дефекту массы с помощью формулы Эйнштейна E = mc2 можно определить энергию, выделившуюся при образовании данного ядра, т. е. энергию связи ядра Eсв: Eсв = ΔMc2 = (Zmp + Nmn – Mя)c2. Эта энергия выделяется при образовании ядра в виде излучения γ-квантов.формулы Эйнштейна

Е св = [( Z m p + N m n ) - M я ]c 2, где Z - число протонов, N = ( A - Z) - число нейтронов, m p - масса протона, m n - масса нейтрона, Mя - масса ядра с массовым числом А и зарядом Z. Е св = m c 2 M я < Z m p + N m n Δ M = (Z m p + N m n ) - M я Е св = Δ M c 2 = ( Z m p + N m n – M я ) c 2 Энергия связи ядра E св - это минимальная энергия, необходимая, чтобы полностью расщепить ядро на отдельные нуклоны. MяMя Z m p + N m n E min Δ M = (Z m p + N m n ) - M я где Δ M – дефект масс Δ M – дефект массы ядра – это разность между массой нуклонов ядра и массой целого ядра

Дефект масс Δ M Δ M = (Z m p + N m n ) - M яZm pNm nM я Наведите и щелкните по нужной букве в формуле.

Δ M Δ M = (Z m p + N m n ) - M яZm pNm nM я Дефект масс

Δ M Δ M = (Z m p + N m n ) - M яZm pNm nM я Дефект масс

Δ M Δ M = (Z m p + N m n ) - M яZm pNm nM я Дефект масс

Δ M Δ M = (Z m p + N m n ) - M яZm pNm nM я Дефект масс

Δ M Δ M = (Z m p + N m n ) - M яZm pNm nM я Дефект масс

Δ M Δ M = (Z m p + N m n ) - M яZm pNm nM я Дефект масс

Удельная энергия связи Удельная энергия связи ядра Е уд - это энергия связи, приходящаяся на один нуклон Е уд = E св (A,Z) / A. На рисунке показана зависимость удельной энергии связи ядра от числа нуклонов A. Видно, что наиболее сильно связаны ядра в районе железа и никеля (A ~ ). Такой ход зависимости Е уд (А) показывает, что для легких ядер энергетически выгодны реакции синтеза более тяжелых ядер, а тяжелых - деление на более легкие осколки.

Закон Радиоактивного Распада Э. Резерфорд, исследуя превращения радиоактивных веществ, установил опытным путем, что их активность убывает с течением времени. Для каждого радиоактивного вещества существует период полураспада Т - время, в течение которого распадается половина первоначального количества ядер. Выведем математическую форму записи закона радиоактивного распада, который связывает количество N ядер, нераспавшихся к моменту времени t, с начальным количеством N0 ядер в момент времени t0 = 0.

По истечении периода полураспада число нераспавшихся атомов будет N0/2, еще через полупериод

Следует различать радиоактивность и радиацию. Источники радиации - радиоактивные вещества или ядерно-технические установки (реакторы, ускорители, рентгеновское оборудование и т.п.) – могут существовать значительное время, а радиация существует лишь до момента своего поглощения в каком-либо веществе. К чему может привести воздействие радиации на человека? Воздействие радиации на человека называют облучением. Основу этого воздействия составляет передача энергии радиации клеткам организма. Облучение может вызвать нарушения обмена веществ, инфекционные осложнения, лейкоз и злокачественные опухоли, лучевое бесплодие, лучевую катаракту, лучевой ожог, лучевую болезнь. Последствия облучения сильнее сказываются на делящихся клетках, и поэтому для детей облучение гораздо опаснее, чем для взрослых Следует помнить, что гораздо больший РЕАЛЬНЫЙ ущерб здоровью людей приносят выбросы предприятий химической и сталелитейной промышленности, не говоря уже о том, что науке пока неизвестен механизм злокачественного перерождения тканей от внешних воздействий.

Воздействие на человека тех или иных источников радиации поможет оценить следующая диаграмма