Естественный радиационный фон

Среднее значение эквивалентной дозы поглощенного излучения, обусловленное естественным радиационным фоном, составляет около 2 мЗв в год, для городов дополнительно +1 мЗв в год.

Наиболее значительный вклад в естественный радиационный фон вносит радиоактивный радон и продукты его распада, попадающие в организм человека при дыхании. Образуясь в почве, инертный газ радон выходит в атмосферу. Его концентрация особенно велика в закрытых непроветриваемых помещениях.

Гамма-излучение естественных радиоактивных изотопов земной коры (урана, тория, калия) составляет около 8% естественного фона. Такой же процент составляет космическое излучение – поток γ-квантов и быстрых заряженных частиц, проникающих через атмосферу Земли.

Кроме внешнего излучения, каждый организм подвергается внутреннему облучению, составляющему 11% естественного радиационного фона. Оно обусловлено естественной радиоактивностью химических элементов, попадающих в организм с пищей, водой и воздухом (углерод, калий, уран, радий, радон)

Около 18% в естественный фон вносят искусственные источники радиации – ядерные реакторы, ускорители, рентгеновские установки и т.д.

Наличие естественного радиационного фона – необходимое условие эволюции жизни на земле. Обязательным условием эволюции является изменчивость как следствие мутации. Одним из факторов, вызывающих мутации, является естественный радиационный фон.

Значительные эквивалентные доза поглощенного излучения могут вызвать в живом организме острое поражение, проявляющееся в нарушении деления клеток, образовании новых патологических клеток и т.д.

Острое поражение организма взрослого человека обнаруживается, начиная с пороговой эквивалентной дозы 0.5 Зв.

Основным механизмом действия на организм является ионизация.

Ионы вступают в химическую реакцию с клеткой и нарушают ее деятельность, что приводит к гибели или мутации клетки.

Повышенная чувствительность к облучению раковых клеток обуславливает использование радиационного излучения для их разрушения и лечения злокачественных опухолей.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ(уч.11кл.стр.390-405)

Элементарные и фундаментальные частицы

Классификация элементарных частиц

Фермионы и бозоны

Принцип Паули

Античастицы

Аннигиляция и рождение пары

Лептонный заряд

Закон сохранения лептонного заряда

Слабое взаимодействие лептонов

Адроны

Классификация адронов

Мезоны и барионы

Структура адронов. Кварки

Закон сохранения барионного заряда

Цвет кварков

Взаимодействие кварков. Глюоны

Фундаментальные частицы в настоящее время.

Фундаментальные взаимодействия (см.ниже)

Элементарная частица – микрообъект, который невозможно расщепить на составные части.

Некоторые частицы (например, адроны) имеют сложную внутреннюю структуру, но разделить их на части оказывается невозможно. Другие элементарные частицы являются бесструктурными и могут рассматриваться как первичные фундаментальные частицы.

Фундаментальные частицы – бесструктурные элементарные частицы, которые до настоящего момента времени не удалось описать как составные.

До 1932 г. были известны три фундаментальные частицы: электрон, протон, нейтрон и фотон, переносящий электромагнитное взаимодействие. Казалось, что из этих частиц можно построить целостную картину мира. Протоны и нейтроны, образующие ядро, вместе с электронами составляют атомы, из атомов комбинируются молекулы, которые объединяясь образуют вещество.

Когда открыли распад нейтрона – к числу элементарных частиц добавились мюоны и пионы. Их масса составляла от 200 до 300 электронных масс.

Несмотря на то, что нейтрон распадается на протон, электрон и нейтрино, внутри него этих частиц нет, и он считается элементарной частицей.

С 1932 г. было открыто более 400 элементарных частиц.

Большинство элементарных частиц нестабильны, и имеют периоды полураспада порядка 10^-6-10^-16с.

Для их классификации используют такие физические величины, как масса покоя, электрический заряд, спин, время жизни, а так же некоторые другие.

По величине спина (собственного момента количества движения) все частицы делятся на два класса: фермионы и бозоны.

Фермионы – частицы с полуцелым спином ћ/2, 3 ћ/2,...

К фермионам относятся, например, электрон е^-, протон p, нейтрон n, электронное нейтрино υ_e

Бозоны - частицы с целым спином 0, ћ, 2 ћ,...

К бозонам относятся, например, фотон γ, π+мезон

Для распределения фермионов по возможным энергетическим состояниям справедлив принцип Паули:

Принцип Паули:

В одном и том же энергетическом состоянии могут находится не более двух фермионов с противоположными спинами.

Для бозонов принцип Паули не применим, поэтому в одном энергетическом состоянии может находиться любое число бозонов.

Античастицы

Для элементарных частиц справедлив принцип зарядового сопряжения:

для каждой элементарной частицы должна существовать античастица.

Античастица «»элементарной частицы «а» – элементарная частица, имеющая по отношению к «а», равную массу покоя, одинаковый спин, время жизни и противоположный заряд.

Первая античастица была обнаружена американским физиком Карлом Андерсом в 1932 г. при фотографировании в камере Вильсона траекторий космических частиц. Он обнаружил трек, принадлежащий частице с массой электрона, но двигавшейся в магнитном поле в противоположном направлении (по окружности радиуса R = m_ev/(eB)) и следовательно обладавшей положительным зарядом, равным по модулю заряду электрона.

Античастица электрона была названа позитроном e⁺ (лат. positivus – положительный)

В 1947 г. был обнаружен антипион π^-, в 1955 – антипротон, в 1956 – антинейтрино. Были получены атомы антидейтерия, антитрития и антигелия, у которых отрицательно заряженные ядра и оболочка из позитронов.

Антивещество – вещество, построенное из антинуклонов и позитронов.

Истинно нейтральной частицей является фотон, совпадающей со своей античастицей.

Также существуют истинно-нейтральные частицы, полностью совпадающие со своими античастицами (пи-нуль-мезон π⁰ и эта-нуль-мезон η⁰).

При столкновении частицы и античастицы они аннигилируют.

Аннигиляция – процесс взаимодействия элементарной частицы с ее античастицей, в результате которого они превращаются в γ-кванты (фотоны) электромагнитного поля или другие частицы.

Например: e^- + e⁺ ® 2γ

Образование одного γ-кванта невозможно из-за необходимости одновременного выполнения законов сохранения импульса и энергии.

Минимальная энергия образующихся γ-квантов: E_min = 2m_ec² ≈ 1.02МэВ

При аннигиляции вещества выделяется энергия почти в 1000 раз большая чем при термоядерном взрыве.

Фундаментальные частицы взаимопревращаются – они могут как исчезать, так и рождаться.

Рождение пары – процесс, обратный аннигиляции.

В соответствии с законами сохранения, частицы никогда не возникают поодиночке.

Электрон-позитронная пара может возникнуть, например, при взаимодействии γ-кванта с веществом.

γ ® e^- + e⁺ (Выполняется закон сохранения заряда)

Для рождения пары у γ-кванта должна быть минимальная энергия равная сумме покоя образующихся частиц 2m_ec². При больших энергиях возможно рождение частиц большей массы.

---

Дата добавления: 2015-11-14