Общие сведения. Тема 1 Физическая природа и источники радиационной опасности для человека

Тема 1 Физическая природа и источники радиационной опасности для человека, объектов и природной среды

Вопросы:

1. Общие сведения.

2. Изотопы и радионуклиды. Радиоактивность.

3. Виды радиоактивных излучений.

4. Единицы активности радионуклидов.

Общие сведения

Одним из основных вопросов, представляющим научный практический интерес, является вопрос о действии радиации на человека и окружающую среду.

К сожалению, достоверная научная информация по этому вопросу часто не доходит до населения, которое пользуется по этому поводу всевозможными слухами.

Радиация действительно смертельно опасна. При больших дозах оказывает серьезнейшие поражения тканей а при малых может вызвать рак и инициировать генетические дефекты, которые возможно появятся у детей и внуков человека, подвергшегося облучению или у его более отдаленных потомков. Но для основной массы населения самые опасные источники радиации – это не те, о которых больше всего говорят. Наибольшую дозу человек получает от естественных источников радиации. Радиация, связанная с развитием атомной энергетики, составляет лишь малую долю радиации порождаемой деятельностью человека, значительно большие дозы мы получаем от других, вызываемых гораздо меньше нареканий, форм этой деятельности (например: применение рентгеновских лучей в медицине). Кроме того, такие формы повседневной деятельности, как сжигание угля и использование воздушного транспорта, в особенности же постоянное пребывание в хорошо герметезированных помещениях могут привести к значительному увеличению уровня облучения за счет естественной радиации. Резерв уменьшения радиационного облучения – уменьшение этой деятельности, а не огульная радиофобия.

1.1. Историческая справка

Рентгеновское излучение было открыто в 1895 году немецким ученым Вильямом Рентгеном.

В 1896г. французский ученый Анри Беккерель открыл излучение урана(положил в ящик стола фотопластинки и придавил их породой, содержащей уран, затем проявил.

В 1898г. польские ученые Мария Складовская-Кюри и ее муж Пьер Кюри установили, что уран после излучения превращается в другие элементы: полоний и радий («испускающий лучи»). Этими учеными и было введено понятие радиоактивности.

Радиоактивность – самопроизвольное превращение ядер изотопов одного химического элемента в другие, при этом происходит испускание определенных частиц или электромагнитного излучения. Иначе, это процесс самопроизвольного превращения одних радионуклидов в другие нуклиды, который сопровождается излучением.

В 1911г. – Э.Резерфорд установил строение атома («атамос» - по гр. неделимый). До XIX века атом считался неделимым. Однако, строение атома подобно строению солнечной системы: вокруг ядра, состоящего из протонов и нейтронов движутся электроны. Резерфорд считал ядро неделимым, однако в последствии было установлено, что не только ядро состоит из протонов и нейтронов, но и они в свою очередь делятся на более мелкие частицы – кварки.

Общее название протонов и нейтронов – нуклоны. Ядро размещается в центре атома и в 100 000 раз меньше размеров самого атома, но r_ядра значительно больше общей плотности атома, поэтому M_ядра»M_атома, хотя d_ядра=10^-15м, а d_атома=10^-10м. Протоны и нейтроны относятся к разряду элементарных частиц, их основные характеристики: q, m, устойчивость. M_я и элементарных частиц измеряют в атомных единицах массы (а.е.м.). Принято, что 1а.е.м.= 1/12M_{изотопа}С₁₂=1,667×10^-27кг. (ранее эталоном был О₈).

Протоны – принадлежат к классу устойчивых стабильных частиц. Число протонов в ядре определяет к какому химическому элементу относится данный атом: Н - 1; О – 8; U –92. В каждом атоме число электронов в точности равно числу протонов в ядре. Каждый электрон несет отрицательный заряд, равный по абсолютной величине заряду протона, так что в целом атом нейтрален.

Нейтроны – незаряженные частицы в свободном состоянии неустойчивы (существуют 11-16сек). В ядре делаются устойчивыми, число их может быть различно (в отличии от протонов ядре). M_N=1,00897 а.е.м.» M_Р=1,00758 а.е.м. и в 1840 раз больше M_е (массы электрона).

Сумма всех протонов и нейтронов в ядре – это целое число и называется – массовое число. Массовое число записывают слева вверху, а заряд ядра слева внизу Пример: ₁₁²²Na – это значит у натрия массовое число 22, а заряд 11, т.е. в нем 11 протонов и 11 нейтонов.

₉₂²³⁸U – массовое число 238, заряд 92Þ 92 протона и 146 нейтронов.

₉₂²³⁵U – массовое число 235, заряд 92Þ 92 протона и 235-92=143 нейтрона.

Ядерные протоны и нейтроны мощно связаны один с одним ядерными силами притяжения, удерживающие нуклоны в ядрах. Энергия связи частиц в ядрах составляет несколько Мега Э-в. Установлено, что ядерные силы, действующие в парах ядерных частиц (протон-протон, протон-нейтрон, нейтрон-протон) - равны и не зависят от заряда частиц. Характерная особенность ядерных сил заключается в том, что они достигают очень большой величины на малых удалениях от ядра (размер 9×10^-15м). При увеличении расстояния ядерные силы резко уменьшаются. При этом, одноименно заряженные протоны отталкиваются, однако, в большинстве элементов силы притяжения больше сил отталкивания.

Однако, у тяжелых элементов, например торий-234 (₉₀²³⁴Тh – 90 протонов, 144 нейтрона) - электростатические силы отталкивания больше сил притяжения. В этом случае начинаются процессы самопроизвольного распада ядер с менее устойчивого положения в более устойчивое: - это и есть радиоактивность.

Вокруг ядра по замкнутым орбитам движутся электроны, которые имеют отрицательный заряд. Возможные орбиты электронов объединяются в систему оболочек, каждая из которых удерживает определенное количество орбит: 1. К – 2 орбиты (2 электрона); 2. L – 8; 3.М – 18; N – 32 и т.д. (N=2n², где n – номер уровня, N – число электронов).

Электроны внешней оболочки наименее связаны с ядром – их называют валентными. Размеры электронных оболочек определяются размерами атома. ½Sq_{всех электронов}½=½Sq_ядра ½, т.е. N_эл=N_пр, т.е. порядковый номер элемента обозначает количество электронов (или протонов). Электроны вращаются по круговым эллиптическим орбитам вокруг ядра.

Итак: атом – это наимельчайшая частица химического элемента, которая сохраняет все его свойства.

Дата добавления: 2015-07-18