Тулеубаев б. А. Радиационна я
жүктеу/скачать 450 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Радиоактивный (многоступенчатый)
- Электронный
- Позитронный
- К – захват
- Среднее распределение энергии
- Величина радиоактивности
- Таблица 1
- Радионуклид Период полураспада Масса активности 1 Ки, г
- Таблица 2. Характеристика ионизирующих излучений
- Излучение Энергия, МэВ Длина пробега в воздухе, м
- Нейтронное излучение
- Степень опасности радиационных воздействий
- Экспозиционная доза
- Т аблица 3 . Число фотонов, необходимое для формирования дозы в 1 сГр
- «Наука вечна в своем стремлении, неисчерпаема в своем объеме и недостижима в своей цели» К. Бэр
- Абиосестон
Вторичный электрон – электрон, выбитый фотоном или бета-частицей из внешней (электронной) оболочки атома. Таким образом, атом – мельчайшая частица химического элемента, состоящая из положительного заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов, которые образуют электронную оболочку атома. Почти вся масса атома сосредоточена в его ядре, состоящем из положительно заряженных протонов и нейтронов – частиц, не имеющих электрического заряда. Атомная энергия – энергия, освобождающаяся при ядерных превращениях. Известно два способа высвобождения атомной энергии: путем деления ядер тяжелых элементов или соединения ядер легких элементов в более тяжелые. Протон – частица ядра, открытая Резерфордом в 1911г. Масса протона более чем в 1500 раз превышает me и равна 1,6725*10-24 г при равных по величине, но противоположных по знаку зарядах. Суммарный протонный заряд ядра (атомный номер, Z) уравновешивается зарядом электронов. При утрате электрона с внешней электронной оболочки атом приобретает положительный заряд, превращаясь в химически агрессивный ион. Ионами отрицательного знака в веществе являются свободные (не связанные с орбитами атомов) электроны. Нейтрон - не имеющая заряда частица ядра, открытая в 1932 г. Дж. Чедвиком. Размер и масса нейтрона несколько выше (на 2,5 me) размера и массы протона. Рассматривается как нестабильная совокупность равных по величине отрицательно и положительно заряженных частиц. При испускании электрона нейтрон превращается в протон. Считается начальной (составляющей первичное протоно-нейтронное облако) частицей эволюции вещества во Вселенной. Время жизни в свободном состоянии 16 мин. В ядре, в составе протонно-нейтронных пар стабилен. Сумма масс протонов и нейтронов ядра называется массовым числом (А). Z вещества пишется слева знака вещества, внизу, А- слева знака вещества, вверху. Мезон- разновидность адрона (элементарной частицы ядра) с массой, составляющей 200me.Осуществляют сильные внутриядерные взаимодействия, формируя стабильные протоно-нейтронные пары, нуклоны. Ядра атомов элементов с порядковым номером до 20 стабильны только при четном (нуклонном) соотношении элементарных частиц. В ядрах с большим порядковым номером число нейтронов увеличивается, и стабильность осуществляется за счет дополнительных (более слабых) межнейтронных мезонных взаимодействий. После определенного порога дополнительных (вненуклонных) нейтронов ядро становится нестабильным – радиоактивным. Гипероны – элементарные частицы, наблюдаемые в космических лучах, промежуточных по массе между протонами и дейтронами. Подобно мезонам, являются неустойчивыми образованиями. Радиоактивность. Ядра, имеющие одинаковый порядковый номер, но разные, как правило, за счет избыточного числа нейтронов, массовые числа, называются изотопами. Изотопы (радионуклиды) дополнительная вненуклонная масса ядер которых превышает границы связывающих (адроновых) сил, распадаются, превращаясь в более стабильные изотопы. Распад сопровождается выделением энергии в виде фотонных и корпускулярных излучений и называется радиоактивностью. Различают пять типов радиоактивного распада:
 (1)
протекает с выбросом из ядра атома ядер гелия ( - частиц) с энергией порядка 6 МэВ и последующим γ – излучением из вновь сформировавшихся «остывающих» ядер. Образовавшийся радон (222/81Rn) повторно излучает α- частицы, превращаясь в полоний, завершающий α - распад которого ведет к образованию стабильного свинца.
 (2)
Ядро «остывающего» образовавшегося стабильного кальция (в структуре ядра появился протон, взаимодействие которого со свободным ядерным нейтроном ведет к формированию нуклона) испускает γ – квант.
 (3)
Аннигиляция позитрона одним из электронов среды ведет к высвобождению энергии в виде γ – квантов.
 (4)
Вид превращения ядер, при котором ядро атома захватывает электрон с одной из внутренних оболочек атома и превращается в новое ядро с тем же массовым числом, но с атомным номером на единицу меньше. Возбужденное, захватившее электрон ядро является здесь источником характеристического (рентгеновского) излучения. 5. Деление ядер, характерное для радиоактивных элементов с большими массовыми числами (урана, плутония и др.), происходит под воздействием (захвата ядром) медленных нейтронов. Естественное деление урана, судя по исследованием в урановых рудниках Окло в Габоне (Африка), происходило около 1,8 млрд. лет назад, при концентрации 235 U- нейтронного излучателя в смеси металлов порядка 3% (вместо современных 0,7 %). На достоверность таких реакций указывает и равномерное распределение в «дорадиационной» среде стронция- 88, циркония- 90, образующихся при делении урана- 235. При делении ядра происходит выброс громадных энергий всех спектров и образование осколков ядерного деления:   (5)
которые с избыточным числом нейтронов в ядре претерпевают несколько последовательных β - распадов:   (6)
до превращения в стабильный изотоп циркония. Среднее распределение энергии, МэВ, при делении одного ядра тяжелого элемента: Кинетическая энергия нейтронов……………………5 Кинетическая энергия продуктов деления…………165 Энергия γ – излучения……………………………….8 Энергия нейтрона……………………………………11 Энергия распада продуктов деления…………........11 Итого…………………………………………………200
Для обозначения больших либо меньших величин, производных от указанных единиц, используются следующие приставки: экса (Э) – 1018 санти (с) - 10-2 п тера (Т) -10 12 микро (мк) - 10-6 мега (М) -106 нано (н) - 10-9 кило (к) -103 пико (п) - 10-12 деци (д) -10-1 фемто (ф) - 10-15 Определенным образом скорость распада связана с массой вещества (табл. 1). Чем выше эта величина, тем в меньшей массе заключена радиоактивность. Такая закономерность показывает, что ничтожный по массе радиоактивный выброс (131I, например) при авариях на АЭС может вести к формированию массивной, но недолгосрочной радиоактивной загрязненности среды. Ионизирующее излучение, испускаемое в процессе распада, состоит из потока частиц и квантов электромагнитных излучений, которые, проходя через вещество, приводят к ионизации и возбуждению его атомов и молекул. Основными характеристиками излучений (табл.2 и 3) являются: энергия, сообщаемая частице (фотону) при выбросе из ядра, длина пробега в воздухе (от источника), глубина проникновения в биологическую ткань (от точки начала взаимодействия) и относительная интегративная величина, коэффициент качества (КК), характеризующий биологическую агрессивность данного излучения по сравнению с эталонным при равных поглощенных дозах (за единицу принята величина эталонного γ – излучения от радия). Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом биологических тканей, несмотря на различие первичных механизмов взаимодействий, однотипно и сводится к «выбиванию» электронов электронных оболочек атомов (молекул) вещества. Реакции, характерные для реальных радиационно-экологических ситуаций, могут быть описаны через фотоэффект, Комптон-эффект и эффект образования пар. Фотоэффект характерен для фотонов с энергией порядка 40кэВ при постепенном (экспоненциальном) снижении его доли в сумме взаимодействий с ростом энергии фотонов до 1,02 МэВ и выше, где вероятность этого типа реакций близится к нулю. До 90-99% фотонов при фотоэффекте рассеиваются в биологической ткани, возбуждая электронные оболочки и химическую активность молекул. Часть фотонов (1-10%) при взаимодействии с внешней (валентной) орбитой срывает электрон, сообщая ему кинетическую энергию, равную примерно половине начальной энергии фотона (от20 до 90кэВ при взаимодействии с излучением от радионуклидов ядерно-энергетического происхождения). Энергия таких фотоэлектронов (а также β - частиц аналогичных энергий) достаточна для вторичного рассеянного возбуждения и химической активации молекулярных структур. Таблица 1. Связь радиоактивности вещества с массой и периодом полураспада
Таблица 2. Характеристика ионизирующих излучений
Комптон-эффект, доля которого близится к нулю при 40кэВ и преобладает (90-99%) при энергиях фотонов ≥ 1МэВ, заключается в разрушении двух-трех электронных оболочек атома (молекулы) на один фотон. Энергию фотона перехватывают электроны, продолжающие движение квантов в среде с энергией, равной половине от начальной энергии фотона. Такие электроны (и аналогичные ему β - частицы высоких энергии) сталкиваются в среде (тканях), как правило, с 103 -104 молекулами по треку пробега. Большая часть таких молекул ионизируется и, в случае недостаточной электронной (отрицательно ионной) насыщенности клеточной среды, теряет свою начальную структуру вследствие случайных внутримолекулярных «сшивок». Эффект образования пар характерен для фотонов с энергией, перешагивающей за границу 1,02 МэВ (максимум при энергиях 10 МэВ) и маловероятен от типовых излучений ядерно-энергетического происхождения. Фотон, не взаимодействуя с электронной оболочкой, проникает в ядро, возбуждение которого ведет к выбросу электроно-позитронной пары, ее аннигиляции и вторичному мощному гамма – излучению, ведущему к цепи эффективных молекулярных разрушений облученной ткани. Энергия электронов в «пакетах» взаимодействия с фотонами, кэВ: От рентгеновского и вторичного космического излучения ------------ - - - - 30 20 10 От источников 226 Rа и дочерних реакций ---------------- 208,6 116,7 69,9 44,3 29,8 22,1 15,5 от 137 Сs -----------------238,8 131,9 77,1 48,6 32,4 22,7 16,5 Гамма-излучение при ядерных взрывах --------------- 693,7 302,3 190,9 107,8 64,9 41,6 17,7 указывает на рост риска разрушения биологических структур при включении в среду техногенных радиоактивных излучателей.
Включение нейтрона в состав ядра при его столкновении с частицей переводит ядро в сильно возбужденное состояние. Существование образовавшегося (составного) ядра ~ -10-17 завершается испусканием одного или нескольких γ - квантов и заряженных частиц (электронов, протонов) – в зависимости от структуры ядра и энергии взаимодействия. При прямых ядерных реакциях (характерных для нейтронов с энергией
При упругих соударениях нейтрон теряет часть своей энергии, которая переходит в кинетическую энергию ядра отдачи (приобретающего в среде взаимодействия свойства α- частицы). Радиационный захват нейтронов ядрами ведет к формированию короткоживущих радионуклидов (в естественных условиях преимущественно 14С и трития). В целом нейтроны, эффективно проникая в биологическое вещество, инициируют цепь диффузных вторичных корпускулярных и квантовых излучений от ядер взаимодействия, конечный эффект которых описывается через приведенные реакции электронных оболочек. Быстрые нейтроны – нейтроны, возникающие в результате различных ядерных превращений, а также при делении ядер и имеющие энергию от одного до нескольких миллионов электрон-вольт. Быстрые нейтроны, возникающие в результате деления ядра, еще называют вторичными нейтронами Степень опасности радиационных воздействий оценивается по величине дозы излучения. Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы, которые, в свою очередь, в зависимости от их отнесения к отдельному органу, организму в целом, группам людей, подразделяются на эффективные индивидуальные и коллективные. Экспозиционная доза - доза фотонного излучения, ведущая при прохождении через воздух в условиях электронного равновесия к формированию суммарного электронного заряда ионов (одного знака), отнесенного к массе (объему облученного воздуха). Единицы измерения: в СИ –кулон на килограмм (Кл/ кг), внесистемная – рентген (Р): 1Р = 2,58 * 10-4 Кл/ кг. Поглощенная доза - средняя энергия ионизирующего излучения (любого состава), переданная массе вещества. Принятая (предпочтительная) единица в СИ – грей (Гр). 1 Гр- это доза ионизирующего излучения, передающая ( сообщающая) энергию в 1 Дж ( джоуль) массе вещества в 1 кг. Внесистемная единица – рад. 1 рад- доза ионизирующего излучения, передающая энергию 100 эрг массе вещества 1 г. 1 Гр = 100 рад. Соотношение экспозиционных и поглощенных доз: 1Р = 0,93 рад = 0,93 * 10-2 Гр ( для биологической ткани). Эквивалентная доза-произведение поглощенной дозы ионизирующего излучения на соответствующий (средний, в случае многоспектральных воздействий) коэффициент качества (КК) Единица измерения: в СИ - Зиверт (Зв). 1 Зв = 1 Гр * КК ; внесистемная – бэр. 1 бэр=1 рад · КК. 1 зв = 100бэр Расчет эквивалентных доз хронических экосистемных воздействий по принятым коэффициентам (см. табл.2) вызывает сомнения вследствие равенства принятых величин КК для фотонов разных энергий. Различия тем не менее прослеживаются уже на физическом уровне взаимодействий (табл. 3) Очевидно, что количество фотонов, идущих на формирование одной и той же дозы, разное, и изучение ядерно-энергетического происхождения эффективнее фоновых воздействий, как минимум на порядок. Т аблица 3. Число фотонов, необходимое для формирования дозы в 1 сГр
Для оценки ущерба здоровью при неравномерном (в том числе и внутреннем) облучении человека радионуклидами с избирательной тропностью к тем или иным тканям введено понятие эффективной эквивалентной дозы, необходимой для оценки риска формирования злокачественных новообразований (стохастических эффектов). Эффективная эквивалентная доза Нэфф рассчитывается по величине произведения эквивалентной дозы НТ, полученной органом, на принятый взвешенный коэффициент WТ, равный отношению ущерба облучения отдельного органа к ущербу облучения всего тела при равных эквивалентных дозах: Н  эфф = ∑ W т Н т. (7)
Значения Wт для: Половых желез…………………………………....0,25 Молочных желез………………………………….0,15 Красного костного мозга…………………………0,12 Легких……………………………………………..0,12 Щитовидной железы……………………………...0,03 Костей………………………………………………0,03 Остальных органов………………………………..0,3 Всего тела………………………………………….1 Для оценки ущерба здоровью от стохастических эффектов при облучении населения (персонала ) используют величину коллективной эффективной дозы, равную произведению индивидуальных доз Еi, на число лиц Ni, подвергшихся облучению: S= ∑ Ei Ni . (8) Принятая единица коллективной эквивалентной дозы-человеко-зиверт (чел. *Зв). «Наука вечна в своем стремлении, неисчерпаема в своем объеме и недостижима в своей цели» К. Бэр 3. Словарь основных экологических терминов и понятий А Абиосестон – взвешенные в воде минеральные частицы. Абиотические факторы среды – (абиотические - безжизненные) неживые (физические и химические) факторы окружающей среды. жүктеу/скачать 450 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
эта (П) -10 15 милли (м - 10-3