Основи теорії радіоактивних вимірювань.

Природні радіоактивні речовини зустрічаються в атмосфері, в ґрунті, в воді морів та океанів, річок і озер в дуже малих кількостях. Підвищення вмісту радіоактивних ізотопів або зміна їх якісного складу несприятливо впливає на життєві процеси, які протікають в природі. Тому контроль ступеню радіоактивної забрудненості зовнішнього середовища має наукове і практичне значення.

Важливими характеристиками хімічного елементу є його порядковий номер в таблиці Менделєєва і маса атома. Порядковий номер елемента в таблиці Менделєєва показує число протонів в ядрі атома і відповідно кількість електронів, які обертаються навколо нього.

Майже вся маса атома зосереджена в ядрі і близька до суми мас, які складають ядро протонів і нейтронів. Тому кількість протонів і нейтронів в ядрі прийнято називати масовим числом . Більшість атомів окремих елементів (простих речовин), маючи один і той же порядковий номер, можуть мати різні масові числа, через те, що кількість нейтронів в ядрі атомів цих елементів різна. Такі атоми називають ізотопами.

Більшість природних хімічних елементів являє собою суміш двох і більше ізотопів. Наприклад, природний кисень складається з ізотопів з масовим числом 16, 17 і 18.

В ядерній фізиці різні ізотопи одного і того ж хімічного елемента позначають символом елемента з вказівкою порядкового номеру і масового числа. Наприклад, ізотопи водню – водень, дейтерій і тритій – позначають , і .

Радіоактивність. Ізотопи елементів бувають стійкими і нестійкими – радіоактивними. Ядра радіоактивних ізотопів протягом часу мимовільно розпадаються (радіоактивний розпад) і перетворюються в ядра ізотопів інших елементів. Радіоактивний розпад супроводжується радіоактивними випромінюваннями - вильотом з ядра заряджених частинок і квантів (порцій) енергії.

Розрізняють природні і штучні радіоактивні ізотопи. В природі зустрічаються природні ізотопи: , , та ін.

Радіоактивні ізотопи отримують в атомних реакторах в результаті опромінення стабільних ізотопів нейтронами або в результаті поділу важких атомів урану, плутонію. Ізотопи можуть бути отримані за допомогою прискорювачів різних типів.

Експериментальні вибухи термоядерних пристроїв являються також джерелами великої кількості радіоактивних ізотопів.

Радіоактивне випромінення. Радіоактивне випромінення у більшості випадків випускається ядрами атомів в момент їх мимовільного перебудування. Ці випромінювання складаються з - і - частинок і - квантів. Енергію - і - частинок і - квантів вимірюють у електрон-вольтах (еВ). Електрон-вольт – це така кількість енергії, яку отримує електрон в прискореному електричному полі, проходячи різницю потенціалів в 1 В.

Альфа-частинка являє собою ядро атома гелію, яке складається з двох протонів і двох нейтронів, має заряд, що дорівнює двом одиницям додатної електрики, і масове число, яке дорівнює чотирьом.

Проходячи через речовину, - частинки, володіючи відносно великим електричним зарядом (), взаємодіють з електронами атомів середовища, викликаючи їх іонізацію (втрату електронів). Альфа-випромінення володіє великою іонізуючою, але малою проникною здатністю.

Випромінення - частинок – це потік електронів. Проходячи через речовину, - частинка взаємодіє з електронами оболонок атома. Бета-частинка володіє значно меншою, в порівнянні з альфа-частинкою, іонізуючою, але більшою проникною здатністю.

Гамма-промені – короткохвильове електромагнітне випромінення з великою проникною здатністю. Активність радіоактивної речовини характеризується кількістю розпаду ядер даної речовини за одиницю часу.

Для характеристики іонізуючих випромінювань вводиться поняття дози, під якою розуміють кількість енергії, поглиненої одиницею об’єму опроміненого середовища за весь час опромінення (поглинена доза), або кількість енергії, яку створює певний електричний заряд в одиниці об’єму опроміненого середовища за весь час опромінення (доза опромінення).

Одиницею дози опромінення є доза в 1 Р (рентген), при якій в 1 см ³ сухого повітря при 0°С і нормальному тиску утворюється пар іонів, які володіють однією електростатичною одиницею заряду кожного знаку (1 CGS).

Доза, яка віднесена до одиниці часу, називається потужністю дози опромінення або потужністю дози. Потужність дози виражається в рентгенах за одиницю часу.

Іноді для вимірювання інтенсивності гамма-випромінення застосовується одиниця міліграм-еквівалент радію. Під міліграм-еквівалентом радію розуміють активність радіоактивного препарату, гамма-випромінення якого за однакових умов вимірювання створює ту ж потужність дози, що і гамма-випромінення 1 мг радію (разом з продуктами розпаду) державного еталону радію при платиновому фільтрі 0,5 мм.

Зв’язок між потужністю дози від точкового джерела і його активністю визначається виразом

,

де - активність, мг-екв радію;

- потужність дози, Р/год;

- відстань від джерела до місця опромінення, м.

Зв’язок між потужністю дози і активністю точкового джерела може бути представлений виразом

,

де - активність джерела, мКи;

- повна гамма-стала даного ізотопу (з таблиць).

Найбільше масове радіоактивне забруднення природних середовищ відбувається в результаті проведення випробувань ядерної зброї в атмосфері.

Радіоактивні випадання на поверхню ґрунту нерівномірні. Добова активність випадань, визначена за пробами, які відібрані двома рядом розташованими планшетами, може відрізнятися одна від одної. Проте середні значення, отримані для великої кількості проб, характеризують рівень випадань у обстежуваному районі.

Відносний просторовий розподіл глобальних випадань (випадань радіоактивних продуктів, які спочатку попали в стратосферу) виявляється достатньо стабільною величиною. Так, якщо рівень річних випадань в будь-якому районі даної півкулі прийняти за одиницю, то відносні рівні річних випадань в інших районах даної півкулі в різні роки будуть змінюватися незначно.

Протягом року рівні випадань не постійні. Максимум спостерігається у весняно-літній період, а мінімум - в зимовий.

Поведінка радіоактивних продуктів, які попали в природні середовища в результаті роботи підприємств, інша, ніж радіоактивних продуктів, утворених в результаті ядерних вибухів. Як правило, радіоактивні продукти, які попали в природне середовище в результаті роботи підприємств, не досягають стратосфери і залишаються в нижній тропосфері. В результаті цього надходження найбільш крупні аерозолі осідають на ґрунт в безпосередній близькості від підприємства. Більш дрібні аерозолі можуть бути перенесені вітром на значні відстані.

Крім радіоактивних аерозолів, при роботі атомних електростанцій в атмосферу можуть поступати радіоактивні шляхетні гази. Завдяки великому періоду піврозпаду криптон-85 накопичується в атмосфері.

Дата добавления: 2015-10-13