(1)Состав ядра. Хара-ки атомных ядер. Изотопы. Радионуклиды

(1)Состав ядра. Хара-ки атомных ядер. Изотопы. Радионуклиды Ядро – центральная часть атома, в кот. сосредоточена практически вся масса и его положительный заряд. e=1.6*10^-19 Кл. me=9.1*10^-31кг=0,00055а.е.м.; mp=1.67*10^-27кг=1,00728а.е.м; mn=1.00867а.е.м. Электроны(-), протон(+), нейтрон(без знака) Изотоп – ядра, имеющ. одинаковое число Z и различное число n. A=Z+N; A-масса(число p и n), Z-заряд(число p) Радионуклид – радиоактивный нуклид, т.е. вид радиоактивных атомов с опред. значениями заряда ядра и массового числа. Дефект массы – величина, показ. на сколько масса ядра меньше суммы масс составляющих его нуклонов (2)Масса атомного ядра. Энергия связи. Удельная энергия связи Масса атомного ядра - M(A,Z)=1.00867 а.е.м. Энергия связи (Есв=Δmc2) – та энергия, которую нужно сообщ. ядру, чтобы разделить его на составляющие нуклоны, без придания кинетической энергии. Удельная энергия связи (Еуд=Есв/А) – энергия связи, приходящаяся на один нуклон. (3)Ядерные силы и их особенности Ядерные силы – специфические для ядра силы, значит. превышающие кулоновские силы отталкивания между протонами, т.е. связывают протоны и нейтроны в ядре. Св-ва: 1)Краткодействие(R=2.2*10^-15м=2,2фм) 2)Зарядовая независимость 3)Насыщение 4)Обменное 5)Нецентральность (4)Явление радиоактивности. Осн. закон радиоактивного распада. Период полураспада. Постоянная распада Радиоактивность (открыто в 1896 французским физиком Беккерелем) – самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра др эл-ов, сопровожд. испусканием частиц или y-квантов. Протекает с изменением строения, состава и энергетического состояния ядер атомов, сопр. испусканием или захватом заряженных или нейтральных частиц, и выделением кванты гамма излечения. Радионуклид – элементы, ядра которых самопроизвольно распадаются. Нуклид – разновидность атома, хар-я числом протонов и нейтронов, иногда энергетическим состоянием ядра. Основной закон радиоактивного распада – число атомов радиоактивного эл-та, распадающихся в ед. времени, прямо пропорц. нач. числу атомов. Период полураспада – время, за которое распадается половина данного кол-ва ядер радиоактивного изотопа. Распад сопровождается испусканием альфа и бета частиц. Постоянная распада (dN/dt=-лN) – хар-ет вероятность радиоактивного распада за ед. времени (с^-1) (5)Активность. Удельная, объёмная, поверхностная активность. Ед. измерения Активность – физ. величина, численно равная кол-ву распадов, происходящих в ед. времени (Бк, Ки) Удельная – активность ед. массы вещ-ва (Бк\кг) Поверхностная – активность ед. S пов-ти (Бк\м2) Поверхностная активность – способность вещ-ва снижать поверхностное натяжение по концентрации ПАВ при стремлении С к нулю. (6)Основные закономерности альфа-распада ядер. Альфа-распад – вид радиоактивного распада, в результате которого происходит испускание альфа-частицы. При этом массовое число уменьшается на 4, а атомный номер на 2. Наблюдается только у тяжёлых ядер. Подчиняется правилу смещения. U(234)92->Th(234)90+He(4)2. M(A,Z)>M(A-4,Z-2)+Ma. Скорость вылета альфа-частиц очень большая. Образуются в момент радиоактивного распада при встрече движущихся внутри ядра 2-ух протонов и 2-ух нейтронов. Обладают опред. энергией. Хар-на сильная зависимость между Т1\2 и Е вылетающих частиц. (7)Основные закономерности бета-распада ядер В бета-распаде слабое взаимодействие превращает нейтрон в протон, при этом испускается электрон и антинейтрино. Таким образом бета-распад не может происходить в отсутствии внешней энергии, т.к. масса самого нейтрона больше массы протона. (8)Гамма излучение ядер. Рентгеновское излучение Гамма-излучение – вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длинной волны, в следствии этого, ярко выраженными корпускулярными и слабовыраженными волновыми св-ми. Гамма квантами явл. фотоны с высокой энергией. Испускается при переходах между возбуждёнными состояниями атомных ядер, при ядерных реакциях. Открыты в 1900г при исследования излучения радия. Защитой от гамма-излучения может служить слой вещ-ва. Эффективность зашиты увеличивается при увеличении толщины слоя, плотности вещ-ва и содержания в нём тяжелых ядер (свинец, вольфрам). Рентгеновское излучение – электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением. Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц, либо при высокоэнергетических переходах в электронных оболочках атомов или молекул.

(9)Взаимодействие альфа-излучения с вещ-ом Процесс взаимод. альфа-излучения может сопровождаться фотоэффектом, комптоновским рассеянием и образование электрон-позитронных пар. Вид эфф. зависит от энергии альфа-кванта. Альфа и бета чатицы, выброшенные из ядра, облад. значительной кинетической энергией и, возд. на вещ-во, с одной стороны произв. его ионизацию, а с др. проникают на опред. глубину. Взаимод. с вещ-ом, они теряют эту энергию, в осн., в результате упруг. взаимод. с ядрами атомов или электронами, вызывая ионизацию или возбуждение атомов. (10)Взаимодействие бета-излучения с вещ-ом Альфа и бета чатицы, выброшенные из ядра, облад. значительной кинетической энергией и, возд. на вещ-во, с одной стороны произв. его ионизацию, а с др. проникают на опред. глубину. Взаимод. с вещ-ом, они теряют эту энергию, в осн., в результате упруг. взаимод. с ядрами атомов или электронами, вызывая ионизацию или возбуждение атомов. (11)Взаимодействие гамма и рентгеновского излучения с вещ-ом Взаимод. рентгеновского излучения с вещ-ом.: Длинна волны рентгеновских лучей сравнима с размерами атомов. При перпендикулярном падении на пов-ть рентгеновские лучи почти не отражаются. Могут проникать сквозь вещ-во, причём различные вещ-ва по-разному их поглащают. Поглощение рен. луч. явл. важнейшим их св-ом в рентгеновской съёмке. Оно явл. ионизирующим. Воздействует на ткани живых организмов и может быть причиной лучевой болезни, лучевых ожогов, злокачественных опухолей. Взимод. гамма-излуч. с вещ-ом: при прохождении гамма излучении через вещ-во происходит ослабление интенсивности пучка гамма квантов, что явл. результатом их взаимод. с атомами вещ-ва. Процесс взамод. может сопровождаться фотоэффектом и образование элетрон-позитронных пар. Вид эффекта зависит от энергии гамма кванта. 12. Слой половинного ослабления – толщина слоя любого вещ-ва, снижающая дозу проникающей радиации. Линейный коэф. ослабления (лямда) зависит от max энергии излучения Emax и св-в вещ-ва поглотителя. N=Noe^-лямда*t (13)Дозы ионизирующих излучений. Экспозиционная доза. Мощность экспозиционной дозы. Поглощённая доза Экспозиционная доза – отношение суммарн. заряда ионов одного знака созд. в элемен. V воздуха к массе воздуха в этом V.(Кл\кг). Мощность опред. экспозиционной дозой в единицу времени(А\кг) Поглощённая – энергия поглащ. в единице массы вещ-ва независимо от вида и энергии излучения(Дж\кг=Гр) Эквивалентная – это поглощённая доза в органе или ткани, умноженная на коэф. кач-ва данного вида излучения, отраж. его способность повреждать ткани организма(Бэр=0,01 Зв) Эффективная – величина, исп. в радиационной защите как мера риска возникновения отдалённых последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учётом их радиочувствительности. (Зв) (14)Весовые множители различных излучений. Эквивалентная доза Эквивалентная – это поглощённая доза в органе или ткани, умноженная на коэф. кач-ва данного вида излучения, отраж. его способность повреждать ткани организма(Бэр=0,01 Зв) Взвешивающие коэф. Wr равны отношению поглощённой дозы эталонного R-излучения, вызывающ. определённый радиобиологический эффект, к дозе данного излучения. Wt – множители дозы в органах и тканях, использ. для учёта различной чувствительности разных органов и тканей в возникновении схоластических эффектов радиации. (15)Тканевые весовые множители. Эффективная доза. Коллективная эффективная доза Тканевые весовые множители (Wt) – множители дозы в органах и тканях, использ. для учёта различной чувствительности разных органов и тканей в возникновении схоластических эффектов радиации. Эффективная – величина, исп. в радиационной защите как мера риска возникновения отдалённых последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учётом их радиочувствительности.(Зв) Коллективная эффективная доза – эффективная доза, полученная группой людей от какого-либо источника излучения; равна сумме индивидуальных эффективных доз.(Человеко-зиверт) (16)Естественные источники радиации. Радиац. фон Естественные – источники, которые имеются в природе. (солнечное, излучение изотопов земной коры) Радиационный фон – ионизирующее излучение, обусловленное совместным действием природных и техногенных радиационных фонов. Естественный радиационный фон – излучение, создаваемое рассеянными в природе радионуклидами, содержашимися в земной коре, приземном воздухе, почве, воде, растениях, продуктах питания, в организмах животных и человека (84%), космическое излучение. Эквивалентная доза в организме человека в ср. 0.2 бэр. (17)Искусственные источники радиации Искусственные – те, которые возникают в результате жизнедеятельности человека (рентгеновское излучение в медицине)

(18)Этапы действия ионизирующих излучений на биологический объекты. Чувствительность органов и тканей к ионизирующим излучениям Последовательные этапы: 1)Физико-химический этап – ионизация и возбуждение атомов и молекул 2)Химический – образование свободных радикалов 3)Биомолекулярный – повреждение белков нуклеиновых кислот 4)Ранние биологич. эфф. – гибель клеток, гибель организма 5)Отдельные биологич. эфф. – опухоли, генетические эффект Радиочувствительность – чувствительность биологич. объектов к ионизирующим излучениям. Обычно мерой радиочувствительности служит величина дозы облучения, вызывающая гибель 50% клеток и организмов за определённый срок. Радиочувствительность объектов может различаться во много раз. Самые чувствительные органы – красный костный мозг, тонкий кишечник Средняя чувствительность – кожа. Низкая – печень, почки, головной мозг. (19)Биологическое действие ионизирующих излучений на клетки и ткани Биологическое действие ионизирующих излучений – сов-ть морфологических, биохимических, физиологических, генетических и др. изменений в живых клетках и организмах, возникающих под действие ионизирующих излучений. Можно разделить на физико-химические процессы на ур-не молекул и нарушение ф-ий целого организма. (20)Действие больших доз радиации на организм человека. Лучевая болезнь Повреждения, вызываемые большими дозами облучения проявляются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания проявл. спустя много лет. Чтобы вызвать острое поражение организма, дозы облучения должны быть превышать опред. уровень. Красный костный мозг(0,5-1Гр), репродуктивные органы(3Гр). Лучевая болезнь (острая, хроническая)возникает при воздействии на организм ионизирующих излучений в дозах, превышающих предельно допустимые. У человека возможны молниеносная, острая, хроническая. Проявляется поражение органов кровотворения, нервной сис-мы, желудочно-кишечного тракта и др. (21)Действие малых доз радиации. Схоластические и детерминированные эффекты Любой малый уровень облучения обуславливает определённый риск возникновения схоластических эффектов. Малыми дозами принято считать дозы, менее 50-100мЗв однократно или 5-10мЗв в год. Детерминированные эффекты – неизбежные, клинически выявляемые вредные биологические эффекты, возникающие при облучении большими дозами, в отношении кот. предполагается существование порога, ниже которого эффект отсутствует, а выше – тяжесть эффекта зависит от дозы (лучевая болезнь, лучевые ожоги кожи, катаракта). Хроническое облучение слабее действует на живой организм по ср. с однократным облучением в той же дозе, что связано с постоянно идущими в организме процессами восстановления повреждений. Порогом возникновения явл. разовые дозы в 0,22 Зв (не явл. строгой). Схоластические эффекты - это вредные биологические эффекты излучения, не имеющие дозового порога возникновения, вероятность возникновения которых пропорциональна дозе и для которых тяжесть проявления не зависит от дозы. С увеличение дозы повышается не тяжесть эффектов, а вероятность (риск) их появления. (22)Нормы радиационной безопасности Нормы радиационной безопасности (НРБ) – основополагающий док-т в сис-ме гос. регулирования, в кот. регламентируются осн. дозовые пределы, допустимые уровни воздействия ионизирующего излучения и др. требования по ограничению облучения человека. (23)Ядерные реакторы, их принцип действия, типы Ядерный реактор – устр-во, в котором осущ. управляемая цепная ядерная реакция, сопровожд. выделение энергии; устр-во в кот. обеспечены условия протекания цепной реакции деления и предусмотрены механизмы её регулирования. Классификация: По назначению: энергетические (АЭС), транспортные, экспериментальные, исследовательские, промышленные. По спектру нейтронов: на тепловых нейтронах, на быстрых, промежуточных нейтронах, со смешанным спектром. По размещению топлива: гетерогенные, гомогенные. По виду топлива: изотопы урана, плутония, тория. Классификация МАГАТЭ: PWR (водо-водяной), BWR (кипящий), FBR (реактор-размножитель на быстрых нейтронах), GCR (газоохлаждаемый), LWGR (граффито-водный), PHWR (тяжеловодный). Принцип действия основан на реакции ядерного распада. Нейтроны, высвобождающиеся, обладают высокой скоростью. Поэтому, для контроля цепной реакции исп. материалы, в кот. нейтроны теряют часть энергии (замедлители ядерных реакций). Самопроизвольному переходу микрочастиц в др. состояние, препятствует энергетический барьер, для преодоления кот. микрочастица должна получить из вне какое-то кол-во энергии – энергии возбуждения. Далее выделяется энергия больше, чем надо для возбуждения процесса. Способы преодоления: либо за счёт кинетической Е, либо за счёт Е связи. (24)Сравнение реакторов РБМК и ВВЭР. Достоинства и недостатки Достоинства РБМК: дешёвые, технически более простые, более полное выгорание топлива, возможность замены топлива без остановки реактора. Недостатки: большое кол-во персонала, металлоемкость, нестабильность работы при малых мощностях. Преимущество ВВЭР перед РБМК – большая безопасность. Реактор ВВЭР не имеет обратных связей, т.е. в случае потери теплоносителя и потери охлаждения активной зоны цепная реакция горения ядерного топлива затухает, а не разгорается, как в РБМК. Активная зона ВВЭР не содержит горючего вещ-ва (графита), которого в активной зоне РБМК около 2 тыс. т. ВВЭР имеет защитную оболочку, не допускающею выхода радиоактивности за пределы АЭС даже при разрушении корпуса реактора. (25)Авария на Чернобыльской АЭС Разрушение 26 апреля 1986г. 4-ого энергоблока. В среду было выброшено большое кол-во радиоактивного вещ-ва. Расценивается как крупнейшая за свою историю в атомной энергетике. В результате произошёл выброс в среду радиоактивных вещ-в: изотопов урана, плутония, йода-131, цезия-134, цезия-137, стронция-90. Облако от горящего реактора разнесло радионуклиды йода и цезия. Там работал реактор РБМК.

Дата добавления: 2015-08-28