Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Волгодонский инженерно-технический институт – филиал НИЯУ МИФИ

Лекции

по курсу

«Защита от ионизирующих излучений»

2012

Введение

С открытием деления атомного ядра началась эпоха широкого использования атомной энергии. Стремление защитить персонал от вредного воздействия ионизирующих излучений привело к интенсивному развитию радиационной биологии, дозиметрии ионизирующих излучений и её составной части - радиационных измерений.

По области измеряемых величин всю измерительную аппаратуру ядерного приборостроения можно условно разделить на два класса. К первому можно отнести приборы для измерения физических величин, характеризующих ионизирующие излучения, - измерители параметров полей излучения, параметров источников излучений и т.п. Ко второму классу относятся приборы, в которых ионизирующие излучения используются для определения физических, химических и других свойств веществ, например, измерение загрязнений нерадиоактивными радионуклидами внешней среды с помощью нейтронного активационного анализа, рентгенофлюоресцентного анализа и т.п.

Получение сведений об ионизирующих излучениях сводится к решению четырех видов измерительных задач:

• измерение параметров и характеристик ионизирующих частиц и фотонов;

• измерение характеристик потока или поля ионизирующих излучений;

• измерение величин, характеризующих взаимодействие излучения с веществом и передачу ему энергии;

• измерение параметров и характеристик источников ионизирующих излучений.

Дозиметрические приборы - дозиметры - измеряют величины, характеризующие перенос и передачу энергии веществу. Радиометрические приборы - радиометры - измеряют величины, характеризующие источники излучений и количество испускаемых ими в пространство частиц и квантов. Спектрометрические приборы - спектрометры - измеряют распределения частиц и фотонов по энергиям, зарядам, массам и т.п. Возможны приборы, предназначенные для измерения нескольких характеристик поля ионизирующего излучения. Радиационные измерения ионизирующих излучений базируются на рекомендациях двух независимых организаций – Международной комиссии по радиационным единицам и измерениям (МКРЕ) и Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) при ООН.

Глава 1 строение вещества и радиоактивность

1. Строение вещества

Все вещества, окружающие человека, состоят из молекул и атомов. Молекула - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. В свою очередь молекула состоит из одинаковых (в простом веществе) или разных (в химическом соединении) атомов, объединенных химическими связями.

Атом - наименьшая частица химического элемента и состоит из положительно заряженного ядра, где сосредоточена практически вся масса атома (99,9%) и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. Диаметр атома порядка 1х10 ^-10 м.

Электроны, располагаясь в соответствии с энергетическим состоянием на различных расстояниях от ядра атома, образуют электронные слои, а внутри слоя разделяются по электронным оболочкам. Электронные оболочки принято обозначать буквами К, L, М, N. Каждая орбита соответствует вполне конкретному значению энергии связи, благодаря которой электроны удерживаются в атоме. Электроны, получившие дополнительную энергию, могут перейти на более удаленную от ядра орбиту или вообще покинуть пределы атома. Атом, в котором электроны обращаются на более удаленной от ядра орбите, называется возбужденным. Возбужденный атом неустойчив и время его жизни около 10^-8 с. В случае перехода электрона с дальней орбиты на более близкую к ядру орбиту, выделяется энергия в виде гамма - излучения. Центральной частью атома является ядро, состоящее из протонов и нейтронов. Диаметр ядра порядка 10^-14 м. Несмотря на то, что ядро в 10⁴ раз меньше атома, в нем сосредоточена почти вся масса атома, поэтому плотность ядерного вещества очень велика.

Протон - элементарная частица, имеющая единичный положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона. Протон представляет собой ядро атома водорода.

Нейтрон - незаряженная элементарная частица с массой покоя, несколько превышающей массу протона. Протон и нейтрон обозначаются соответственно ₁¹р и ₀¹n, где нижние индексы обозначают заряд, а верхние - массу в атомных единицах массы (а. е. м.), округленную до единицы. (В качестве а. е. м. принята 1/12 часть массы атома углерода.) Масса электрона в 1840 раз меньше массы протона и нейтрона.

Для протонов и нейтронов существует общее название - нуклоны. Заряд ядра определяется количеством положительно заряженных протонов и совпадает с порядковым номером элемента в периодической таблице Менделеева. В настоящий момент подтверждено существование 105 различных элементов, причем 90 существуют в природе, а 15 элементов – искусственные.

Количество электронов, движущихся вокруг ядра, соответствует количеству протонов в ядре. Таким образом, отрицательный суммарный заряд электронов нейтрализует положительный заряд ядра и атом в нормальном состоянии является электрически нейтральным.

Силы, удерживающие протоны и нейтроны (нуклоны) в ядре, называются ядерными силами. Общее число нуклонов в ядре называют массовым числом: A =N + Z, где N и Z - количество нейтронов и протонов в ядре.

Заряд и массовое число являются основными характеристиками атомных ядер. Вид атомов, характеризующийся определенным массовым числом и атомным номером, называют нуклидами и обозначают символом элемента с указанием атомного номера (внизу слева) и массового числа (вверху слева), например ₂⁴Не.