7

Ионизирующие излучения Феномен радиоактивности

В настоящее время известно много процессов самопроизвольного превращения ядер. Эти процессы называются радиоактивными, т.к. они протекают по законам радиоактивного распада. Свойства атомов испускать излучение впервые обнаружил французский физик А.Беккерель, а его соотечественники Пьер и Мария Кюри назвали это явление радиоактивностью. Впервые радиоактивное излучение было проанализировано при помощи опытов по отклонению его в электрическом и магнитном полях и по поглощению в веществе.

В результате этих опытов было установлено, что естественные радиоактивные вещества испускают три вида лучей:

• -лучи - тяжелые, положительно заряженные частицы, движущиеся со скоростью около 10⁷ м/с и поглощающиеся алюминиевой фольгой толщиной несколько микрон. Впоследствии методом спектрального анализа было показано, что этими частицами являются ядра гелия (⁴₂He);

• -лучи - легкие, отрицательно заряженные частицы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, и поглощаемые слоем алюминия в среднем 1мм. Этими частицами оказались электроны;

• -лучи - сильно проникающее излучение, не отклоняющееся ни в электрическом, ни в магнитном полях. Природа этих лучей - жесткое электромагнитное излучение, имеющее еще более короткую волну, чем рентгеновское излучение.

Единицами измерения количества радиоактивных веществ является кюри (Ки) и беккерель (Бк). Численному значению активности 1 Ки приблизительно соответствует активность 1г радия с продуктами его распада. За единицу 1 Бк принят 1 распад в 1 секунду.

1 Ки  37 млрд. расп. в 1с  3.710¹⁰ Бк

1Бк = 1 расп./с = 0.2710^-11Ки.

Ядра, имеющие избыток нейтронов, испускают -частицы. Этот тип радиоактивности относится к -распаду. В процессе -распада нейтрон, испуская электрон е^- и антинейтрино , превращается в протон: n p++.

Порядковый номер изотопа увеличивается на единицу, а отношение N/Z ядра уменьшается.

-распад характерен для тяжелых ядер с Z 83. Порядковый номер изотопа уменьшается сразу на две единицы, а массовое число - на четыре.

В результате всех видов радиоактивных превращений количество ядер данного изотопа постепенно уменьшается. Радионуклиды, имеющие малый период полураспада называются короткоживущими, а радионуклиды с большим периодом полураспада - долгоживущими (уран, торий, полоний). Искусственные могут быть как короткоживущими (T_1/2 - от нескольких секунд до нескольких дней), так и долгоживущими (несколько десятков лет).

Естественные и искусственные источники ионизирующих излучений

Естественными радиоактивными веществами называют радионуклиды, распространенные в природной среде. Такие естественные радиоактивные элементы, как уран и торий очень широко распространены в природе. Периоды полураспада природных изотопов столь велики, что они сохранились в земной коре с момента ее образования. Изотопы урана и тория являются родоначальниками трёх рядов (семейств) радиоактивных элементов. Все остальные естественные радиоактивные элементы встречаются в природе как продукты радиоактивного распада урана и тория.

В результате процессов разрушения горных пород, их выветривания, происходит миграция радиоактивных элементов и нарушается радиоактивное равновесие. Радиоактивные элементы, отделенные от материнского радионуклида - урана или тория, постепенно распадаются.

Долгоживущие радиоактивные элементы образуют вторичные отложения, например, черные глины и водные источники, содержащие радий.

Кроме урана, тория и продуктов их распада в природе найдены изотопы таких химических элементов как калий, кальций, рубидий, олово и др. Т.е. многие химические элементы обладают естественной радиоактивностью. Среднее содержание естественных радиоактивных элементов в земной коре составляю около 0.1% по весу. Поэтому в растениях и животных наряду с большим содержанием урана, тория, радия и продуктов их распада содержатся радиоактивные изотопы других химических элементов, например, ⁴⁰Ка.

В атмосфере Земли в больших количествах образуется радиоактивный углерод. В результате воздействия космический лучей на компоненты газовой смеси атмосферы - азот и кислород - происходит расщепление ядер атомов этих элементов и появляются быстрые нейтроны. Нейтроны действуют на ядра атомов азота, при этом происходит образование радиоактивного изотопа углерода: ¹⁴C.

Получившиеся атомы отдачи ¹⁴С взаимодействуют с кислородом, образуя диоксид углерода, содержащий радиоактивный углерод.

Интенсивность космического излучения, очевидно, не менялось в течение веков. Поэтому в атмосфере Земли непрерывно с одинаковой скоростью образуется диоксид углерода и его распад. Вследствие этого в атмосфере всегда содержится определенная доля радиоактивного диоксида углерода, который ассимилируется растениями, благодаря чему в тканях живых растений содержание радиоактивного углерода постоянно.

В организме животных он содержится также, т.к. попадает в них при употреблении растительной пищи. Взаимодействие ядер азота с нейтронами, порожденными космическим излучением, приводит также к образованию радиоактивного изотопа водорода - трития ³H.

Тритий попадая в воду, также, как и радиоактивный углерод, поглощается растениями и животными.

Помимо образования продуктов деления урана и плутония, при взрыве атомной и водородной бомб выделяется большое число нейтронов. Они действуют на окружающую среду и образуют искусственные радиоактивные изотопы. Радиоактивные продукты ядерных взрывов поднимаются в стратосферу, а затем в течение нескольких лет оседают на земную поверхность.

Затем радиоактивные продукты ядерных взрывов концентрируются в сельскохозяйственных продуктах, например, в сене, зерне и других, а попадая в воду, накапливаются в телах рыб. Из растительных продуктов они переходят в организм животных, оттуда - в тело человека.

Кроме того, радиоактивные вещества поступают в окружающую среду также при выбросах теплоэлектростанций, работающих на угле и нефти, причём эти выбросы превышаю выбросы АЭС, работающей в безаварийном режиме.