Ionisoiva säteily on vaarallista. Säteilytyypit ja ionisoivan säteilyn vuorovaikutus aineen kanssa. Säteilyn ja ionisoivan säteilyn kulku esteiden läpi

Radioaktiivinen säteily (tai ionisoiva) on energiaa, jota atomit vapauttavat sähkömagneettisten hiukkasten tai aaltojen muodossa. Ihminen altistuu sellaiselle vaikutukselle sekä luonnollisten että ihmisen toimien kautta.

Säteilyn hyödylliset ominaisuudet ovat mahdollistaneet sen menestyksellisen käytön teollisuudessa, lääketieteessä, tieteellisiä kokeita ja tutkimus, maatalous ja muut alat. Tämän ilmiön käytön leviämisen myötä on kuitenkin syntynyt uhka ihmisten terveydelle. Pieni säteilyannos voi lisätä vakavien sairauksien riskiä.

Ero säteilyn ja radioaktiivisuuden välillä

Säteilyllä tarkoitetaan laajassa merkityksessä säteilyä eli energian etenemistä aaltojen tai hiukkasten muodossa. Radioaktiivinen säteily jaetaan kolmeen tyyppiin:

• alfa-säteily - helium-4-ytimien virta;
• beetasäteily - elektronien virtaus;
• gammasäteily on korkeaenergisten fotonien virta.

Radioaktiivisten päästöjen karakterisointi perustuu niiden energiaan, läpäisyominaisuuksiin ja säteilevien hiukkasten tyyppiin.

Alfasäteily, joka on positiivisesti varautuneiden verisolujen virta, voidaan estää ilmalla tai vaatteilla. Tämä laji ei käytännössä tunkeudu ihon läpi, mutta kun se joutuu kehoon esimerkiksi leikkausten kautta, se on erittäin vaarallinen ja sillä on haitallinen vaikutus sisäelimiin.

Beetasäteilyllä on enemmän energiaa - elektronit liikkuvat mukana suuri nopeus ja niiden koko on pieni. Siksi tämäntyyppinen säteily tunkeutuu ohuiden vaatteiden ja ihon läpi syvälle kudoksiin. Suojaus beetasäteilyltä voidaan tehdä muutaman millimetrin alumiinilevyllä tai paksulla puulevyllä.

Gammasäteily on korkeaenergistä sähkömagneettista säteilyä, jolla on voimakas läpäisykyky. Suojataksesi sitä vastaan ​​on käytettävä paksua betonikerrosta tai raskasmetalleista, kuten platinasta ja lyijystä, valmistettua levyä.

Radioaktiivisuusilmiö löydettiin vuonna 1896. Löytön teki ranskalainen fyysikko Becquerel. Radioaktiivisuus - esineiden, yhdisteiden, elementtien kyky lähettää ionisoivaa tutkimusta eli säteilyä. Syynä ilmiöön on atomiytimen epävakaus, joka vapauttaa energiaa hajoamisen aikana. Radioaktiivisuutta on kolmenlaisia:

• luonnollinen - ominaista raskaille elementeille, joiden sarjanumero on suurempi kuin 82;
• keinotekoinen - aloitettu erityisesti ydinreaktioiden avulla;
• indusoitu - ominaista esineille, joista itsestään tulee säteilyn lähde, jos niitä säteilytetään voimakkaasti.

Radioaktiivisia elementtejä kutsutaan radionuklideiksi. Jokaiselle niistä on ominaista:

• puolikas elämä;
• lähetetyn säteilyn tyyppi;
• säteilyenergia;
• ja muita ominaisuuksia.

Säteilyn lähteet

Ihmiskeho altistuu säännöllisesti radioaktiiviselle säteilylle. Noin 80 % vuosittain saadusta määrästä tulee kosmisista säteistä. Ilma, vesi ja maaperä sisältävät 60 radioaktiivista alkuainetta, jotka ovat luonnonsäteilyn lähteitä. Pääasiallinen luonnollinen säteilyn lähde on maasta ja kivistä vapautuva inertti kaasu radon. Radionuklideja pääsee ihmiskehoon myös ruoan mukana. Osa ionisoivasta säteilystä, jolle ihmiset altistuvat, tulee ihmisen toiminnasta peräisin olevista lähteistä ydinvoimageneraattoreista ja ydinreaktoreista lääkinnälliseen hoitoon ja diagnoosiin käytettävään säteilyyn. Tähän mennessä yleisiä keinotekoisia säteilylähteitä ovat:

• lääketieteelliset laitteet (pääasiallinen ihmisen aiheuttama säteilylähde);
• radiokemian teollisuus (kaivostoiminta, ydinpolttoaineen rikastus, ydinjätteen käsittely ja niiden talteenotto);
• maataloudessa, kevyessä teollisuudessa käytettävät radionuklidit;
• radiokemiallisten laitosten onnettomuudet, ydinräjähdykset, säteilypäästöt
• Rakennusmateriaalit.

Säteilyaltistus kehoon tunkeutumismenetelmän mukaan jaetaan kahteen tyyppiin: sisäinen ja ulkoinen. Jälkimmäinen on tyypillistä ilmaan leviäville radionuklideille (aerosoli, pöly). Ne joutuvat iholle tai vaatteille. Tässä tapauksessa säteilylähteet voidaan poistaa pesemällä ne pois. Ulkoinen säteily aiheuttaa palovammoja limakalvoille ja iholle. Sisäisessä tyypissä radionuklidi pääsee verenkiertoon esimerkiksi injektiona laskimoon tai haavojen kautta ja poistuu erittymällä tai terapialla. Tällainen säteily aiheuttaa pahanlaatuisia kasvaimia.

Radioaktiivinen tausta riippuu merkittävästi maantieteellinen sijainti- joillain alueilla säteilytaso voi ylittää keskiarvon satoja kertoja.

Säteilyn vaikutus ihmisten terveyteen

Ionisoivasta vaikutuksesta johtuva radioaktiivinen säteily johtaa vapaiden radikaalien muodostumiseen ihmiskehossa - kemiallisesti aktiivisia aggressiivisia molekyylejä, jotka aiheuttavat soluvaurioita ja -kuolemaa.

Ruoansulatuskanavan solut, lisääntymis- ja hematopoieettiset järjestelmät ovat erityisen herkkiä niille. Radioaktiivinen altistuminen häiritsee heidän työtään ja aiheuttaa pahoinvointia, oksentelua, ulostehäiriöitä ja kuumetta. Vaikuttamalla silmän kudoksiin se voi johtaa säteilykaihiin. Ionisoivan säteilyn seurauksiin kuuluvat myös sellaiset vauriot, kuten verisuoniskleroosi, heikentynyt immuniteetti ja geneettisen laitteen rikkoutuminen.

Perinnöllisten tietojen siirtojärjestelmällä on hieno organisaatio. Vapaat radikaalit ja niiden johdannaiset voivat vahingoittaa kantaja-DNA:n rakennetta geneettistä tietoa. Tämä johtaa mutaatioihin, jotka vaikuttavat tulevien sukupolvien terveyteen.

Radioaktiivisen säteilyn vaikutuksen luonne kehoon määräytyy useiden tekijöiden perusteella:

• säteilyn tyyppi;
• säteilyn intensiteetti;
• organismin yksilölliset ominaisuudet.

Säteilyaltistuksen tulokset eivät välttämättä näy heti. Joskus sen vaikutukset tulevat havaittaviksi pitkän ajan kuluttua. Samaan aikaan suuri kerta-annos säteilyä on vaarallisempaa kuin pitkäaikainen altistuminen pienille annoksille.

Absorboitunutta säteilymäärää luonnehditaan arvolla nimeltä Sievert (Sv).

• Normaali säteilytausta ei ylitä 0,2 mSv/h, mikä vastaa 20 mikroröntgeeniä tunnissa. Hammasta röntgenkuvattaessa henkilö saa 0,1 mSv.

• Tappava kerta-annos on 6-7 Sv.

Ionisoivan säteilyn käyttö

Radioaktiivista säteilyä käytetään laajalti tekniikassa, lääketieteessä, tieteessä, sotilas- ja ydinteollisuudessa sekä muilla ihmisen toiminnan aloilla. Ilmiön taustalla ovat laitteet, kuten savuilmaisimet, generaattorit, jäähälyttimet, ilman ionisaattorit.

Lääketieteessä radioaktiivista säteilyä käytetään sädehoidossa syövän hoitoon. Ionisoiva säteily mahdollisti radiofarmaseuttisten valmisteiden luomisen. Niitä käytetään diagnostisiin testeihin. Ionisoivan säteilyn perusteella järjestetään laitteet yhdisteiden koostumuksen analysointiin ja sterilointiin.

Radioaktiivisen säteilyn löytö oli liioittelematta vallankumouksellinen - tämän ilmiön käyttö toi ihmiskunnan uudelle kehitystasolle. Siitä on kuitenkin tullut myös uhka ympäristölle ja ihmisten terveydelle. Tässä suhteessa säteilyturvallisuuden ylläpitäminen on tärkeä tehtävä nykyaikaisuus.

ionisoiva Sitä kutsutaan säteilyksi, joka väliaineen läpi kulkiessaan aiheuttaa väliaineen molekyylien ionisaation tai virittymisen. Ionisoivaa säteilyä, kuten sähkömagneettista säteilyä, ei ihmisen aistit havaitse. Siksi se on erityisen vaarallista, koska henkilö ei tiedä olevansa alttiina sille. Ionisoivaa säteilyä kutsutaan muuten säteilyksi.

Säteily on hiukkasvirta (alfahiukkaset, beetahiukkaset, neutronit) tai erittäin korkeiden taajuuksien sähkömagneettinen energia (gamma- tai röntgensäteet).

Tuotantoympäristön saastumista ionisoivan säteilyn lähteillä olevilla aineilla kutsutaan radioaktiiviseksi kontaminaatioksi.

Ydinsaaste on fyysisen (energian) saastumisen muoto, joka liittyy luonnollisen sisällön tason ylitykseen radioaktiiviset aineet ympäristöön ihmisen toiminnan seurauksena.

Aineet koostuvat pienistä hiukkasista kemiallisia alkuaineita- atomit. Atomi on jaettavissa ja on monimutkainen rakenne. Kemiallisen alkuaineen atomin keskellä on materiaalihiukkanen, jota kutsutaan atomiytimeksi ja jonka ympärillä elektronit kiertävät. Suurimmalla osalla kemiallisten alkuaineiden atomeista on suuri stabiilisuus, eli stabiilisuus. Kuitenkin useissa luonnossa tunnetuissa alkuaineissa ytimet hajoavat spontaanisti. Tällaisia ​​elementtejä kutsutaan radionuklideja. Samalla alkuaineella voi olla useita radionuklideja. Tässä tapauksessa niitä kutsutaan radioisotoopit kemiallinen alkuaine. Radionuklidien spontaaniin hajoamiseen liittyy radioaktiivista säteilyä.

Tiettyjen kemiallisten alkuaineiden (radionuklidien) ytimien spontaania hajoamista kutsutaan radioaktiivisuus.

Radioaktiivista säteilyä voi olla monenlaista: korkeaenergiaisia ​​hiukkasvirtoja, sähkömagneettista aaltoa, jonka taajuus on yli 1,5,10 17 Hz.

Säteileviä hiukkasia on monissa muodoissa, mutta yleisimmin säteilevät alfa-hiukkaset (α-säteily) ja beetahiukkaset (β-säteily). Alfahiukkanen on raskas ja sillä on korkea energia; se on heliumatomin ydin. Beetahiukkanen on noin 7336 kertaa kevyempi kuin alfahiukkanen, mutta sillä voi myös olla korkea energia. Beetasäteily on elektronien tai positronien virtaa.

Radioaktiivinen sähkömagneettinen säteily (jota kutsutaan myös fotonisäteilyksi) on aallon taajuudesta riippuen röntgensäteilyä (1,5. 10 17 ... 5. 10 19 Hz) ja gammasäteilyä (yli 5,10 19 Hz) . Luonnonsäteily on vain gammasäteilyä. Röntgensäteily on keinotekoista ja sitä esiintyy katodisädeputkissa kymmenien ja satojen tuhansien volttien jännitteillä.

Radionuklidit, jotka emittoivat hiukkasia, muuttuvat muiksi radionuklideiksi ja kemiallisiksi alkuaineiksi. Radionuklidit hajoavat eri nopeuksilla. Radionuklidien hajoamisnopeutta kutsutaan toiminta. Aktiivisuuden mittayksikkö on vaimentumisten määrä aikayksikköä kohti. Yhtä hajoamista sekunnissa kutsutaan becquereliksi (Bq). Usein aktiivisuuden mittaamiseen käytetään toista yksikköä - curie (Ku), 1 Ku = 37,10 9 Bq. Yksi ensimmäisistä yksityiskohtaisesti tutkituista radionuklideista oli radium-226. Sitä tutkivat ensimmäistä kertaa Curiet, joiden mukaan toiminnan mittayksikkö on nimetty. 1 g:ssa radium-226:ta (aktiivisuus) tapahtuvien hajoamisten määrä sekunnissa on 1 Ku.

Aikaa, joka kuluu puoleen radionuklidista hajoamiseen, kutsutaan puolikas elämä(T 1/2). Jokaisella radionuklidilla on oma puoliintumisaika. Eri radionuklidien T 1/2 -alue on hyvin laaja. Se vaihtelee sekunneista miljardeihin vuosiin. Esimerkiksi tunnetuimman luonnollisen radionuklidin, uraani-238:n, puoliintumisaika on noin 4,5 miljardia vuotta.

Hajoamisen aikana radionuklidin määrä vähenee ja sen aktiivisuus laskee. Toimintatapa, jolla aktiivisuus vähenee, noudattaa radioaktiivisen hajoamisen lakia:

Missä A 0 - alkutoiminta, A- toimintaa tietyn ajanjakson aikana t.

Ionisoivan säteilyn tyypit

Ionisoivaa säteilyä esiintyy radioaktiivisiin isotoopeihin perustuvien laitteiden käytön aikana, tyhjiölaitteiden, näyttöjen jne. käytön aikana.

Ionisoivaa säteilyä ovat corpuscular(alfa, beeta, neutroni) ja sähkömagneettinen(gamma-, röntgen)säteily, joka pystyy luomaan varautuneita atomeja ja ionimolekyylejä vuorovaikutuksessa aineen kanssa.

alfa-säteilyä on heliumytimien virta, jota aineet emittoivat ytimien radioaktiivisen hajoamisen tai ydinreaktioiden aikana.

Mitä suurempi hiukkasten energia on, sitä suurempi on sen aiheuttama kokonaisionisaatio aineessa. Radioaktiivisen aineen emittoimien alfahiukkasten alue on ilmassa 8-9 cm ja elävässä kudoksessa useita kymmeniä mikroneja. Alfahiukkasten massa on suhteellisen suuri, ja ne menettävät nopeasti energiansa vuorovaikutuksessa aineen kanssa, mikä määrää niiden alhaisen läpäisykyvyn ja korkean ominaisionisaationsa, joka on useita kymmeniä tuhansia ionipareja per 1 cm ilmassa olevaa polkua.

beetasäteily - radioaktiivisesta hajoamisesta johtuva elektronien tai positronien virtaus.

Beetahiukkasten enimmäisetäisyys ilmassa on 1800 cm ja elävissä kudoksissa - 2,5 cm. Beetahiukkasten ionisointikyky on pienempi (useita kymmeniä pareja per 1 cm) ja tunkeutumiskyky on suurempi kuin alfa-hiukkasia.

Neutronit, joiden vuo muodostuu neutronisäteily, muuntaa energiansa elastisissa ja joustamattomissa vuorovaikutuksissa atomiytimien kanssa.

Elastisilla vuorovaikutuksilla syntyy sekundaarista säteilyä, joka voi koostua sekä varautuneista hiukkasista että gamma-kvanteista (gammasäteily): elastisilla vuorovaikutuksilla aineen tavallinen ionisaatio on mahdollista.

Neutronien läpäisykyky riippuu suurelta osin niiden energiasta ja niiden atomien aineen koostumuksesta, joiden kanssa ne ovat vuorovaikutuksessa.

Gammasäteily - ydinmuutosten tai hiukkasten vuorovaikutuksen aikana säteilevä sähkömagneettinen (fotoni) säteily.

Gammasäteilyllä on suuri läpäisykyky ja alhainen ionisoiva vaikutus.

röntgensäteilyä syntyy beetasäteilyn lähdettä ympäröivässä ympäristössä (röntgenputkissa, elektronikiihdyttimissä) ja on yhdistelmä bremsstrahlungia ja ominaissäteilyä. Bremsstrahlung on fotonisäteilyä, jonka spektri on jatkuva, kun varautuneiden hiukkasten kineettinen energia muuttuu; karakteristinen säteily on diskreetin spektrin omaavaa fotonisäteilyä, joka säteilee atomien energiatilan muuttuessa.

Kuten gammasäteilyllä, röntgensäteillä on alhainen ionisoiva teho ja suuri tunkeutumissyvyys.

Ionisoivan säteilyn lähteet

Henkilölle aiheutuvan säteilyvaurion tyyppi riippuu ionisoivan säteilyn lähteiden luonteesta.

Luonnollinen säteilytausta koostuu kosmisesta säteilystä ja luonnossa levinneiden radioaktiivisten aineiden säteilystä.

Luonnollisen altistumisen lisäksi henkilö altistuu altistukselle muista lähteistä, esimerkiksi: kallon röntgensäteiden tuotannossa - 0,8-6 R; selkä - 1,6-14,7 R; keuhkot (fluorografia) - 0,2-0,5 R; rintakehä fluoroskopialla - 4,7-19,5 R; ruoansulatuskanava fluoroskopialla - 12-82 R: hampaat - 3-5 R.

Yksittäinen 25-50 remin säteilytys johtaa vähäisiin lyhytaikaisiin muutoksiin veressä, 80-120 remin annoksilla ilmaantuu säteilysairauden merkkejä, mutta ilman tappavaa lopputulosta. Akuutti säteilysairaus kehittyy yhdellä 200-300 remin säteilytyksellä, kun taas tappava lopputulos on mahdollinen 50 prosentissa tapauksista. Tappava lopputulos 100 %:ssa tapauksista tapahtuu annoksilla 550-700 rem. Tällä hetkellä on olemassa useita säteilyn vastaisia ​​lääkkeitä. heikentää säteilyn vaikutusta.

Krooninen säteilysairaus voi kehittyä jatkuvassa tai toistuvassa altistumisessa annoksille, jotka ovat huomattavasti pienempiä kuin ne, jotka aiheuttavat akuuttia muotoa. Säteilytaudin kroonisen muodon tyypillisimpiä merkkejä ovat muutokset veressä, hermosto, paikalliset ihovauriot, silmän linssin vauriot, heikentynyt vastustuskyky.

Aste riippuu siitä, onko altistuminen ulkoista vai sisäistä. Sisäinen altistuminen on mahdollista hengittämällä, nauttimalla radioisotooppeja ja tunkeutumalla ihmiskehoon ihon kautta. Jotkut aineet imeytyvät ja kerääntyvät tiettyihin elimiin, mikä johtaa korkeisiin paikallisiin säteilyannoksiin. Esimerkiksi elimistöön kerääntyvät jodin isotoopit voivat aiheuttaa vaurioita kilpirauhasessa, harvinaiset maametallit voivat aiheuttaa maksakasvaimia, cesium- ja rubidium-isotoopit voivat aiheuttaa pehmytkudoskasvaimia.

Keinotekoiset säteilylähteet

Luonnollisista säteilylähteistä peräisin olevan altistumisen lisäksi, joita oli ja on aina ja kaikkialla, 1900-luvulla ilmestyi muitakin ihmisen toimintaan liittyviä säteilylähteitä.

Ensinnäkin tämä on röntgen- ja gammasäteilyn käyttöä lääketieteessä potilaiden diagnosoinnissa ja hoidossa. Sopivilla toimenpiteillä saatujen menetelmien avulla ne voivat olla erittäin suuria, erityisesti pahanlaatuisten kasvainten hoidossa sädehoidolla, kun suoraan kasvainvyöhykkeellä ne voivat saavuttaa 1000 rem tai enemmän. Röntgentutkimuksissa annos riippuu tutkimuksen ajankohdasta ja diagnosoitavasta elimestä ja voi vaihdella laajasti - muutamasta remistä hampaasta otettaessa kymmeniin remiin ruuansulatuskanavaa ja keuhkoja tutkittaessa. . Fluorografiset kuvat antavat pienimmän annoksen, eikä ennaltaehkäiseviä vuotuisia fluorografisia tutkimuksia pidä missään tapauksessa luopua. Keskimääräinen annos, jonka ihmiset saavat lääketieteellinen tutkimus, on 0,15 rem vuodessa.

1900-luvun jälkipuoliskolla ihmiset alkoivat aktiivisesti käyttää säteilyä rauhanomaisiin tarkoituksiin. Siinä käytetään erilaisia ​​radioisotooppeja tieteellinen tutkimus, teknisten kohteiden diagnostiikassa, instrumentoinnissa jne. Ja lopuksi ydinvoima. Ydinvoimaloita käytetään ydinvoimaloissa, jäänmurtajissa, laivoissa ja sukellusveneissä. Tällä hetkellä yli 400 ydinreaktoria, joissa on yhteensä Sähkövoima yli 300 miljoonaa kW. Ydinpolttoaineen tuotantoon ja käsittelyyn yhdistyi koko joukko yrityksiä ydinpolttoainekierto(NFC).

NFC sisältää uraanikaivosyritykset ( uraanikaivokset), sen rikastus (rikastuslaitokset), tuotanto polttokennoja, itse ydinvoimalaitokset, käytetyn ydinpolttoaineen jälkikäsittelyyritykset (radiokemialliset laitokset), ydinpolttoainekierron radioaktiivisen jätteen väliaikaiseen varastointiin ja käsittelyyn sekä lopuksi pisteet radioaktiivisen jätteen pysyvään loppusijoitukseen (arkistot). Kaikissa NFC:n vaiheissa radioaktiiviset aineet vaikuttavat enemmän tai vähemmän käyttöhenkilökuntaan, kaikissa vaiheissa voi tapahtua (normaalia tai vahingossa tapahtuvaa) radionuklidien päästöjä ympäristöön ja aiheuttaa lisäannoksen väestölle, erityisesti alueella asuvalle. NFC-yritysten alueella.

Mistä radionuklideja tulee ydinvoimalaitosten normaalin toiminnan aikana? Ydinreaktorin sisällä oleva säteily on valtavaa. Polttoaineen fissiopalaset, erilaiset alkuainehiukkaset voivat tunkeutua suojakuoriin, mikrohalkeamiin ja päästä jäähdytysnesteeseen ja ilmaan. Useat teknologiset toiminnot sähköenergian tuotannossa ydinvoimalaitoksilla voivat johtaa veden ja ilman saastumiseen. Siksi ydinvoimalat on varustettu veden ja kaasun puhdistusjärjestelmällä. Päästöt ilmaan johdetaan korkean savupiipun kautta.

Ydinvoimalaitosten normaalin toiminnan aikana päästöt ympäristöön ovat pieniä ja niillä on vain vähän vaikutusta lähistöllä asuvaan väestöön.

Säteilyturvallisuuden kannalta suurimman vaaran muodostavat käytetyn ydinpolttoaineen käsittelylaitokset, joiden aktiivisuus on erittäin korkea. Nämä yritykset muodostuvat suuri määrä korkean radioaktiivisuuden omaava nestemäinen jäte, on olemassa spontaanin ketjureaktion vaara (ydinvaara).

Ongelma radioaktiivisen jätteen käsittelystä, joka on erittäin merkittävä biosfäärin radioaktiivisen saastumisen lähde, on hyvin vaikea.

Monimutkainen ja kallis säteilysuojelu NFC-yrityksissä mahdollistaa kuitenkin ihmisten ja ympäristöön hyvin pieniin arvoihin, huomattavasti vähemmän kuin olemassa oleva teknogeeninen tausta. Toinen tilanne syntyy, kun normaalista toimintatavasta poikkeaa ja erityisesti onnettomuuksien aikana. Siten vuonna 1986 sattunut onnettomuus (joka voidaan luokitella globaaliksi katastrofiksi - suurin ydinpolttoainekiertoyritysten onnettomuus koko ydinenergian kehityksen historian aikana) klo. Tshernobylin ydinvoimala johti siihen, että vain 5 % kaikesta polttoaineesta vapautui ympäristöön. Tämän seurauksena radionuklideja, joiden kokonaisaktiivisuus oli 50 miljoonaa Ci, pääsi ympäristöön. Tämä julkaisu johti suuren määrän ihmisiä altistumiseen, suureen määrään kuolemantapauksia, erittäin laajojen alueiden saastumista ja ihmisten joukkomuutosten tarvetta.

Tshernobylin ydinvoimalaitoksen onnettomuus osoitti selvästi, että ydinenergian tuotantomenetelmä on mahdollista vain, jos laajamittaiset onnettomuudet ydinpolttoainekiertoa koskevissa yrityksissä on periaatteessa poissuljettu.

Jokapäiväisessä elämässä ionisoivaa säteilyä kohtaa jatkuvasti. Emme tunne niitä, mutta emme voi kieltää niiden vaikutusta eläviin ja eloton luonto. Ei niin kauan sitten ihmiset oppivat käyttämään niitä sekä hyvään että joukkotuhoaseina. Oikein käytettynä nämä säteilyt voivat muuttaa ihmiskunnan elämää parempaan suuntaan.

Ionisoivan säteilyn tyypit

Ymmärtääksesi eläviin ja elottomiin organismeihin kohdistuvan vaikutuksen erityispiirteet sinun on selvitettävä, mitä ne ovat. On myös tärkeää tuntea niiden luonne.

Ionisoiva säteily on erityinen aalto, joka voi tunkeutua aineiden ja kudosten läpi aiheuttaen atomien ionisaatiota. Sitä on useita tyyppejä: alfasäteily, beetasäteily, gammasäteily. Niillä kaikilla on erilainen varaus ja kyky vaikuttaa eläviin organismeihin.

Alfasäteily on kaikista ladatuin. Siinä on valtava energia, joka pystyy aiheuttamaan säteilysairautta jopa pieninä annoksina. Mutta suoralla säteilytyksellä se tunkeutuu vain ihmisen ihon ylempiin kerroksiin. Jopa ohut paperiarkki suojaa alfasäteiltä. Samaan aikaan, kun tämä säteily lähtee kehoon ruoan tai hengityksen kanssa, siitä tulee nopeasti kuolemansyy.

Betasäteillä on hieman pienempi varaus. Ne pystyvät tunkeutumaan syvälle kehoon. Pitkäaikaisessa altistumisessa ne aiheuttavat ihmisen kuoleman. Pienemmät annokset aiheuttavat muutoksia solurakenteessa. Ohut alumiinilevy voi toimia suojana. Myös kehon sisältä tuleva säteily on tappavaa.

Kaikkein vaarallisimpana pidetään gammasäteilyä. Se tunkeutuu kehon läpi. Suurina annoksina se aiheuttaa säteilypalovammoja, säteilysairautta ja kuoleman. Ainoa suoja sitä vastaan ​​voi olla lyijy ja paksu betonikerros.

Röntgensäteilyä pidetään erityisenä gammasäteilynä, joka syntyy röntgenputkessa.

Tutkimushistoria

Ensimmäistä kertaa maailma sai tietää ionisoivasta säteilystä 28. joulukuuta 1895. Tänä päivänä Wilhelm K. Roentgen ilmoitti löytäneensä erityislaatuisia säteitä, jotka voivat kulkea erilaisten materiaalien ja ihmiskehon läpi. Siitä hetkestä lähtien monet lääkärit ja tutkijat alkoivat työskennellä aktiivisesti tämän ilmiön kanssa.

Pitkään aikaan kukaan ei tiennyt sen vaikutuksista ihmiskehoon. Siksi historiassa on monia kuolemantapauksia liiallisesta altistumisesta.

Curiet ovat tutkineet yksityiskohtaisesti ionisoivan säteilyn lähteitä ja ominaisuuksia. Tämä mahdollisti sen käytön mahdollisimman suurella hyödyllä välttäen negatiiviset seuraukset.

Luonnolliset ja keinotekoiset säteilylähteet

Luonto on luonut useita ionisoivan säteilyn lähteitä. Ensinnäkin se on auringonvalon ja avaruuden säteilyä. Suurin osa siitä absorboituu otsonikerrokseen, joka on korkealla planeettamme yläpuolella. Mutta osa heistä saavuttaa maan pinnan.

Maapallolla itsessään tai pikemminkin sen syvyyksissä on joitain säteilyä tuottavia aineita. Niiden joukossa ovat uraanin, strontiumin, radonin, cesiumin ja muiden isotoopit.

Ihmiset luovat keinotekoisia ionisoivan säteilyn lähteitä monenlaista tutkimusta ja tuotantoa varten. Samaan aikaan säteilyn voimakkuus voi olla monta kertaa suurempi kuin luonnolliset indikaattorit.

Myös suojaolosuhteissa ja turvatoimenpiteiden noudattamisessa ihmiset saavat terveydelle vaarallisia säteilyannoksia.

Mittayksiköt ja annokset

Ionisoiva säteily korreloi yleensä sen vuorovaikutukseen ihmiskehon kanssa. Siksi kaikki mittayksiköt liittyvät jollakin tavalla ihmisen kykyyn absorboida ja kerätä ionisaatioenergiaa.

SI-järjestelmässä ionisoivan säteilyn annokset mitataan yksiköissä, joita kutsutaan harmaiksi (Gy). Se näyttää energian määrän säteilytetyn aineen yksikköä kohti. Yksi Gy on yhtä J/kg. Mutta mukavuuden vuoksi järjestelmän ulkopuolista yksikköä käytetään useammin. Se vastaa 100 gr.

Maan säteilytausta mitataan altistusannoksilla. Yksi annos vastaa C/kg. Tätä yksikköä käytetään SI-järjestelmässä. Sitä vastaavaa järjestelmän ulkopuolista yksikköä kutsutaan röntgeniksi (R). 1 rad:n imeytyneen annoksen saamiseksi on alistuttava noin 1 R:n altistusannokseen.

Koska erityyppisillä ionisoivalla säteilyllä on erilainen energiavaraus, sen mittausta verrataan yleensä biologiseen vaikutukseen. SI-järjestelmässä vastaavan yksikkö on sievert (Sv). Sen järjestelmän ulkopuolinen vastine on rem.

Mitä voimakkaampi ja pidempi säteily, mitä enemmän energiaa keho absorboi, sitä vaarallisempi sen vaikutus on. Jotta saadaan selville, kuinka kauan henkilö voi viipyä säteilysaasteissa, käytetään erityisiä laitteita - ionisoivaa säteilyä mittaavia annosmittareita. Nämä ovat sekä yksityiskäyttöön tarkoitettuja laitteita että suuria teollisuusasennuksia.

Vaikutus kehoon

Vastoin yleistä käsitystä, mikä tahansa ionisoiva säteily ei ole aina vaarallista ja tappavaa. Tämä voidaan nähdä esimerkissä ultraviolettisäteistä. Pieninä annoksina ne stimuloivat D-vitamiinin muodostumista ihmiskehossa, solujen uusiutumista ja melaniinipigmentin lisääntymistä, mikä antaa kauniin rusketuksen. Mutta pitkäaikainen altistuminen aiheuttaa vakavia palovammoja ja voi aiheuttaa ihosyöpää.

SISÄÄN viime vuodet ionisoivan säteilyn vaikutusta ihmiskehoon ja sen käytännön soveltamista tutkitaan aktiivisesti.

Pieninä annoksina säteily ei aiheuta haittaa keholle. Jopa 200 milliroentgeeniä voi vähentää valkosolujen määrää. Tällaisen altistumisen oireita ovat pahoinvointi ja huimaus. Noin 10 % ihmisistä kuolee saatuaan tällaisen annoksen.

Suuret annokset aiheuttavat tuskaa Ruoansulatuselimistö, hiustenlähtö, ihon palovammat, muutokset kehon solurakenteessa, syöpäsolujen kehittyminen ja kuolema.

Säteilysairaus

Pitkäaikainen ionisoivan säteilyn vaikutus kehoon ja sen saaminen suurella säteilyannoksella voi aiheuttaa säteilysairautta. Yli puolet tämän taudin tapauksista on kuolemaan johtavia. Loput aiheuttavat useita geneettisiä ja somaattisia sairauksia.

Geneettisellä tasolla mutaatioita esiintyy sukusoluissa. Niiden muutokset näkyvät seuraavien sukupolvien aikana.

Somaattiset sairaudet ilmenevät karsinogeneesinä, peruuttamattomina muutoksina eri elimissä. Näiden sairauksien hoito on pitkää ja melko vaikeaa.

Säteilyvammojen hoito

Säteilyn patogeenisten vaikutusten seurauksena kehossa esiintyy erilaisia ​​​​ihmisen elinten vaurioita. Säteilyannoksesta riippuen suoritetaan erilaisia ​​hoitomenetelmiä.

Ensinnäkin potilas sijoitetaan steriiliin osastolle, jotta vältetään infektioiden mahdollisuus avoimille ihoalueille. Lisäksi suoritetaan erityisiä toimenpiteitä, jotka edistävät radionuklidien nopeaa poistamista kehosta.

Vakavien leesioiden tapauksessa luuytimensiirto saattaa olla tarpeen. Säteilyn seurauksena se menettää kykynsä tuottaa punasoluja.

Mutta useimmissa tapauksissa lievien leesioiden hoito perustuu vaurioituneiden alueiden anestesiaan, mikä stimuloi solujen uusiutumista. Kuntoutukseen kiinnitetään paljon huomiota.

Ionisoivan säteilyn vaikutus ikääntymiseen ja syöpään

Ionisoivien säteiden vaikutuksen yhteydessä ihmiskehoon tutkijat suorittivat erilaisia ​​​​kokeita, jotka osoittivat ikääntymis- ja karsinogeneesiprosessien riippuvuuden säteilyannoksesta.

Soluviljelmien ryhmiä säteilytettiin laboratorio-olosuhteissa. Tuloksena oli mahdollista osoittaa, että vähäinenkin säteilytys edesauttaa solujen ikääntymisen nopeutta. Lisäksi mitä vanhempi kulttuuri on, sitä enemmän se on tämän prosessin alainen.

Pitkäaikainen säteilytys johtaa solukuolemaan tai epänormaaliin ja nopeaan jakautumiseen ja kasvuun. Tämä tosiasia osoittaa, että ionisoivalla säteilyllä on syöpää aiheuttava vaikutus ihmiskehoon.

Samaan aikaan aaltojen vaikutus sairastuneisiin syöpäsoluihin johti niiden täydelliseen kuolemaan tai niiden jakautumisprosessin pysähtymiseen. Tämä löytö auttoi kehittämään tekniikan ihmisen syöpien hoitoon.

Säteilyn käytännön sovellukset

Ensimmäistä kertaa säteilyä alettiin käyttää lääketieteellisessä käytännössä. Röntgensäteiden avulla lääkärit onnistuivat katsomaan ihmiskehon sisään. Samaan aikaan hänelle ei tapahtunut juuri mitään haittaa.

Lisäksi he alkoivat hoitaa syöpää säteilyn avulla. Useimmissa tapauksissa tällä menetelmällä on positiivinen vaikutus huolimatta siitä, että koko keho altistuu voimakkaalle säteilyn vaikutukselle, joka aiheuttaa useita säteilytaudin oireita.

Lääketieteen lisäksi ionisoivia säteitä käytetään muilla teollisuudenaloilla. Säteilyä käyttävät maanmittaajat voivat tutkia rakenteellisia piirteitä maankuorta yksittäisillä alueillaan.

Joidenkin fossiilien kykyä vapauttaa suuri määrä energiaa ihmiskunta on oppinut käyttämään omiin tarkoituksiinsa.

Ydinvoima

Ydinenergia on koko maapallon väestön tulevaisuus. Ydinvoimalat ovat suhteellisen halvan sähkön lähteitä. Edellyttäen, että niitä käytetään oikein, tällaiset voimalaitokset ovat paljon turvallisempia kuin lämpövoimalaitokset ja vesivoimalaitokset. Ydinvoimalaitoksista aiheutuu paljon vähemmän ympäristön saastumista sekä liiallisella lämmöllä että tuotantojätteillä.

Samaan aikaan tutkijat kehittivät atomienergian perusteella joukkotuhoaseita. Tällä hetkellä planeetalla on niin paljon atomipommeja, että pienen määrän laukaisu voi aiheuttaa ydintalven, jonka seurauksena lähes kaikki siellä asuvat elävät organismit kuolevat.

Suojauskeinot ja -menetelmät

Säteilyn käyttö jokapäiväisessä elämässä vaatii vakavia varotoimia. Suojaus ionisoivaa säteilyä vastaan ​​on jaettu neljään tyyppiin: aika, etäisyys, lähteiden lukumäärä ja suojaus.

Jopa ympäristössä, jossa on vahva säteilytausta, ihminen voi viipyä jonkin aikaa vahingoittamatta terveyttä. Juuri tämä hetki määrittää ajan suojan.

Mitä suurempi etäisyys säteilylähteeseen on, sitä pienempi on absorboituneen energian annos. Siksi läheistä kosketusta paikkoihin, joissa on ionisoivaa säteilyä, tulee välttää. Tämä suojaa taatusti ei-toivotuilta seurauksilta.

Jos on mahdollista käyttää lähteitä, joilla on minimaalista säteilyä, ne asetetaan etusijalle. Tämä on suojaus määrällä.

Suojaus puolestaan ​​tarkoittaa esteiden luomista, joiden läpi haitalliset säteet eivät tunkeudu. Esimerkki tästä ovat röntgenhuoneiden lyijynäytöt.

kodin suoja

Jos säteilykatastrofi julistetaan, kaikki ikkunat ja ovet on suljettava välittömästi ja yritettävä saada vettä suljetuista lähteistä. Ruoan tulee olla vain purkkeja. Kun liikut avoimella alueella, peitä vartalo mahdollisimman paljon vaatteilla ja kasvot hengityssuojaimella tai märällä sideharsolla. Yritä olla tuomatta päällysvaatteita ja kenkiä taloon.

On myös tarpeen valmistautua mahdolliseen evakuointiin: kerätä asiakirjat, vaatteet, vesi ja ruoka 2-3 päivän ajan.

Ionisoiva säteily ympäristötekijänä

Maapallolla on melko paljon säteilyn saastuttamia alueita. Syynä tähän ovat sekä luonnonprosessit että ihmisen aiheuttamat katastrofit. Tunnetuimmat niistä ovat Tšernobylin onnettomuus ja atomipommit Hiroshiman ja Nagasakin kaupunkien yllä.

Tällaisissa paikoissa ihminen ei voi olla vahingoittamatta omaa terveyttään. Samaan aikaan säteilysaasteista ei aina ole mahdollista saada etukäteen selvää. Joskus jopa ei-kriittinen säteilytausta voi aiheuttaa katastrofin.

Syynä tähän on elävien organismien kyky absorboida ja kerätä säteilyä. Samalla ne itse muuttuvat ionisoivan säteilyn lähteiksi. Tunnetut "mustat" vitsit Tšernobylin sienistä perustuvat juuri tähän ominaisuuteen.

Tällaisissa tapauksissa suoja ionisoivaa säteilyä vastaan ​​rajoittuu siihen, että kaikki kuluttajatuotteet ovat huolellisen radiologisen tutkimuksen kohteena. Samaan aikaan on aina mahdollisuus ostaa kuuluisia "Tšernobylin sieniä" spontaaneilla markkinoilla. Siksi sinun tulee pidättäytyä ostamasta vahvistamattomilta myyjiltä.

Ihmiskeho pyrkii keräämään vaarallisia aineita, mikä johtaa asteittaiseen myrkytykseen sisältäpäin. Ei tiedetä, milloin näiden myrkkyjen vaikutukset alkavat tuntua: päivässä, vuodessa vai sukupolvessa.

ionisoiva säteily

Ionisoiva säteily on sähkömagneettista säteilyä, joka syntyy radioaktiivisen hajoamisen, ydinmuutosten, varautuneiden hiukkasten hidastuessa aineessa ja muodostaa erimerkkisiä ioneja vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa.

Ionisoivan säteilyn lähteet. Tuotannossa ionisoivan säteilyn lähteitä voivat olla teknologisissa prosesseissa käytettävät luonnollista tai keinotekoista alkuperää olevat radioaktiiviset isotoopit (radionuklidit), kiihdyttimiä, röntgenlaitteita, radiolamppuja.

Maan taloudessa käytetään keinotekoisia radionuklideja, jotka johtuvat ydinreaktorien polttoaine-elementeissä tapahtuneista ydinmuutoksista erityisen radiokemiallisen erotuksen jälkeen. Teollisuudessa keinotekoisia radionuklideja käytetään metallien vikojen havaitsemiseen, materiaalien rakenteen ja kulumisen tutkimiseen, ohjaus- ja signaalitoimintoja suorittavissa laitteissa ja laitteissa, staattisen sähkön sammutuskeinona jne.

Luonnollisia radioaktiivisia alkuaineita kutsutaan radionuklideiksi, jotka muodostuvat luonnossa esiintyvästä radioaktiivisesta toriumista, uraanista ja aktiniumista.

Ionisoivan säteilyn tyypit. Tuotantoongelmien ratkaisussa on erilaisia ​​ionisoivaa säteilyä, kuten (alfa-hiukkasten, elektronien (beeta-hiukkasten), neutronien ja fotonivirrat (bremsstrahlung, röntgen- ja gammasäteily).

Alfasäteily on pääasiassa luonnollisen radionuklidin radioaktiivisen hajoamisen aikana säteilemää heliumytimien virtaa, jonka alfahiukkasten kantama ilmassa on 8-10 cm, biologisessa kudoksessa useita kymmeniä mikrometrejä. Koska alfahiukkasten valikoima aineessa on pieni ja energia on erittäin korkea, niiden ionisaatiotiheys yksikköaluetta kohti on erittäin korkea.

Beetasäteily on elektronien tai positronien virtausta radioaktiivisen hajoamisen aikana. Beetasäteilyn energia ei ylitä muutamaa MeV. Kantama ilmassa on 0,5-2 m, elävissä kudoksissa - 2-3 cm. Niiden ionisointikyky on pienempi kuin alfahiukkasten.

Neutronit ovat neutraaleja hiukkasia, joiden massa on vetyatomi. Vuorovaikutuksessa aineen kanssa ne menettävät energiansa elastisissa (kuten biljardipallojen vuorovaikutuksessa) ja joustamattomissa törmäyksissä (pallo osuu tyynyyn).

Gammasäteily - fotonisäteily, joka syntyy, kun energiatila muuttuu atomiytimet, ydinmuunnosten tai hiukkasten tuhoutumisen aikana. Teollisuudessa käytettävien gammasäteilylähteiden energia on 0,01-3 MeV. Gammasäteilyllä on suuri läpäisykyky ja alhainen ionisoiva vaikutus.

Röntgensäteily - fotonisäteilyä, joka koostuu bremsstrahlungista ja (tai) ominaissäteilystä, esiintyy röntgenputkissa, elektronikiihdyttimissä, joiden fotonienergia on enintään 1 MeV. Röntgensäteilyllä, kuten gammasäteilyllä, on suuri läpäisykyky ja väliaineen alhainen ionisaatiotiheys.

Ionisoivalle säteilylle on ominaista joukko erityisominaisuuksia. Radionuklidin määrää kutsutaan yleisesti aktiivisuudeksi. Aktiivisuus on radionuklidin spontaanin hajoamisen määrä aikayksikköä kohti.

Aktiviteetin SI-yksikkö on becquerel (Bq).

1Bq = 1 hajoaminen/s.

Järjestelmän ulkopuolinen aktiivisuusyksikkö on aiemmin käytetty Curie-arvo (Ci). 1Ci \u003d 3,7 * 10 10 Bq.

säteilyannoksia. Kun ionisoiva säteily kulkee aineen läpi, siihen vaikuttaa vain se osa säteilyenergiasta, joka siirtyy aineeseen sen absorboimana. Säteilyn aineeseen siirtymää energian osaa kutsutaan annokseksi. Ionisoivan säteilyn ja aineen vuorovaikutuksen kvantitatiivinen ominaisuus on absorboitunut annos.

Absorboitunut annos D n on ionisoivan säteilyn alkuainetilavuudessa olevaan aineeseen siirtymän keskimääräisen energian E suhde tässä tilavuudessa olevan aineen massayksikköön.

SI-järjestelmässä absorboituneen annoksen yksikkönä käytetään harmaata (Gy), joka on nimetty englantilaisen fyysikon ja radiobiologin L. Grayn mukaan. 1 Gy vastaa keskimäärin 1 J:n ionisoivan säteilyn energian absorptiota 1 kg:n massamassassa; 1 Gy = 1 J/kg.

Annosekvivalentti H T,R on elimessä tai kudoksessa absorboitunut annos D n kerrottuna tietyn säteilyn W R painotuskertoimella

K T,R \u003d W R * D n,

Vastaava annosyksikkö on J/kg, jolla on erityinen nimi - sievert (Sv).

WR:n arvo minkä tahansa energian fotoneille, elektroneille ja myoneille on 1 ja L-hiukkasille, raskaiden ytimien fragmenteille - 20.

Biologinen toiminta ionisoiva säteily. Säteilyn biologinen vaikutus elävään organismiin alkaa solutasolta. Elävä organismi koostuu soluista. Ydintä pidetään solun herkimpänä elintärkeänä osana ja sen pääasiallisena rakennuspalikoita ovat kromosomeja. Kromosomien rakenteen ytimessä on dioksiribonukleiinihapon (DNA) molekyyli, joka sisältää organismin perinnöllisen tiedon. Geenit sijaitsevat kromosomeissa tiukasti määritellyssä järjestyksessä, ja jokainen organismi vastaa tiettyä kromosomisarjaa kussakin solussa. Ihmisellä jokainen solu sisältää 23 paria kromosomeja. Ionisoiva säteily aiheuttaa kromosomien rikkoutumisen, jota seuraa katkenneiden päiden yhdistäminen uusiksi yhdistelmiksi. Tämä johtaa geenilaitteiston muutokseen ja tytärsolujen muodostumiseen, jotka eivät ole samoja kuin alkuperäiset. Jos sukusoluissa esiintyy pysyviä kromosomien hajoamista, tämä johtaa mutaatioihin, eli jälkeläisten ilmaantumiseen, joilla on muita ominaisuuksia säteilytetyissä yksilöissä. Mutaatiot ovat hyödyllisiä, jos ne lisäävät organismin elinvoimaa, ja haitallisia, jos ne ilmenevät erilaisina synnynnäisinä epämuodostumina. Käytäntö osoittaa, että ionisoivan säteilyn vaikutuksesta hyödyllisten mutaatioiden esiintymisen todennäköisyys on pieni.

Geneettisten vaikutusten lisäksi, jotka voivat vaikuttaa seuraaviin sukupolviin (synnynnäiset epämuodostumat), on myös niin sanottuja somaattisia (kehollisia) vaikutuksia, jotka eivät ole vaarallisia vain tietylle organismille itselleen (somaattinen mutaatio), vaan myös sen jälkeläisille. Somaattinen mutaatio ulottuu vain tiettyyn solupiiriin, joka muodostuu tavallisesta jakautumisesta primaarinen solu mutatoitunut.

Ionisoivan säteilyn aiheuttamat somaattiset vauriot keholle ovat seurausta altistumisesta säteilylle suurelle kompleksille - soluryhmille, jotka muodostavat tiettyjä kudoksia tai elimiä. Säteily hidastaa tai jopa pysäyttää kokonaan solujen jakautumisprosessin, jossa niiden elämä todella ilmenee, ja riittävän voimakas säteily lopulta tappaa soluja. Somaattisia vaikutuksia ovat paikalliset ihovauriot (säteilypalovammat), silmäkaihi (linssin sameus), sukuelinten vauriot (lyhytaikainen tai pysyvä sterilointi) jne.

On todettu, ettei säteilylle ole olemassa vähimmäistasoa, jonka alapuolella mutaatiota ei tapahdu. Ionisoivan säteilyn aiheuttamien mutaatioiden kokonaismäärä on verrannollinen väestön kokoon ja keskimääräiseen säteilyannokseen. Geneettisten vaikutusten ilmeneminen riippuu vähän annosnopeudesta, mutta sen määrää kumuloitunut kokonaisannos riippumatta siitä, onko se saatu 1 päivässä vai 50 vuodessa. Uskotaan, että geneettisillä vaikutuksilla ei ole annoskynnystä. Geneettiset vaikutukset määräytyvät vain man-siverttien (man-Sv) tehollisen kollektiivisen annoksen perusteella, ja vaikutuksen havaitseminen yksittäisessä yksilössä on lähes arvaamatonta.

Toisin kuin geneettiset vaikutukset, jotka johtuvat pienistä säteilyannoksista, somaattiset vaikutukset alkavat aina tietystä kynnysannoksesta: pienemmillä annoksilla ei tapahdu elimistön vaurioita. Toinen ero somaattisten ja geneettisten vaurioiden välillä on se, että elimistö pystyy voittamaan altistumisen vaikutukset ajan myötä, kun taas soluvauriot ovat peruuttamattomia.

Tärkeimmät säteilyturvallisuuden alan säädökset sisältävät liittovaltion laki "Väestön säteilyturvallisuudesta" nro 3-FZ, 01.09.96, liittovaltion laki "Väestön terveys- ja epidemiologisesta hyvinvoinnista " No. 52-FZ, 30.3.1999. , liittovaltion laki "atomienergian käytöstä" nro 170-FZ, 21. marraskuuta 1995, sekä säteilyturvallisuusstandardit (NRB--99). Asiakirja kuuluu terveyssääntöjen luokkaan (SP 2.6.1.758 - 99), jonka on hyväksynyt valtion johtava terveyslääkäri Venäjän federaatio 2.7.1999 ja tuli voimaan 1.1.2000.

Säteilyturvallisuusstandardit sisältävät termejä ja määritelmiä, joita tulee käyttää säteilyturvallisuuden ongelmien ratkaisemisessa. Niissä vahvistetaan myös kolme ohjeluokkaa: perusannosrajat; sallitut tasot, jotka on johdettu annosrajoista; vuosittaiset saannin rajat, sallitut keskimääräiset vuotuiset saannit, tietyt toiminnot, työpintojen sallitut kontaminaatiotasot jne.; ohjaustasot.

Ionisoivan säteilyn luokitus määräytyy ionisoivan säteilyn ihmiskehoon kohdistuvan vaikutuksen luonteen mukaan. Samalla erotetaan kahdenlaisia ​​lääketieteen sairauksiin liittyviä vaikutuksia: deterministiset kynnysvaikutukset (säteilysairaus, säteilypalovamma, säteilykaihi, sikiön kehityshäiriöt jne.) ja stokastiset (todennäköisyys) ei-kynnysvaikutukset (pahanlaatuiset kasvaimet). , leukemia, perinnölliset sairaudet).

Säteilyturvallisuuden varmistaminen määräytyy seuraavien perusperiaatteiden mukaan:

1. Sääntelyperiaatteena ei ole ylittää kaikista ionisoivan säteilyn lähteistä peräisin olevien kansalaisten yksittäisten altistusannosten sallittuja rajoja.

2. Perusteena on kieltää kaikenlainen ionisoivan säteilyn lähteiden käyttö, jossa henkilölle ja yhteiskunnalle saatava hyöty ei ylitä luonnollisen säteilytaustan lisäksi altistumisesta mahdollisesti aiheutuvaa haittaa. .

3. Optimoinnin periaate - pitäminen matalimmalla mahdollisella ja saavutettavissa olevalla tasolla ottaen huomioon taloudelliset ja sosiaaliset tekijät, yksilölliset altistusannokset ja altistuneiden henkilöiden lukumäärän mitä tahansa ionisoivan säteilyn lähdettä käytettäessä.

Ionisoivan säteilyn hallintalaitteet. Kaikki tällä hetkellä käytössä olevat instrumentit voidaan jakaa kolmeen pääryhmään: radiometrit, annosmittarit ja spektrometrit. Radiometrit on suunniteltu mittaamaan ionisoivan säteilyn (alfa tai beeta) sekä neutronien vuotiheyttä. Näitä laitteita käytetään laajalti työpintojen, laitteiden, henkilökunnan ihon ja vaatteiden saastumisen mittaamiseen. Annosmittarit on suunniteltu muuttamaan henkilöstön saamaa annosta ja annosnopeutta ulkoisen altistuksen, pääasiassa gammasäteilyn, aikana. Spektrometrit on suunniteltu tunnistamaan epäpuhtaudet niiden energiaominaisuuksien perusteella. Käytännössä käytetään gamma-, beeta- ja alfaspektrometrejä.

Turvallisuuden varmistaminen ionisoivan säteilyn kanssa työskennellessä. Kaikki työ radionuklidien kanssa on jaettu kahteen tyyppiin: työ ionisoivan säteilyn suljettujen lähteiden kanssa ja työ avoimien radioaktiivisten lähteiden kanssa.

Ionisoivan säteilyn suljetut lähteet ovat kaikki lähteet, joiden laite sulkee pois radioaktiivisten aineiden pääsyn työalueen ilmaan. Avoimet ionisoivan säteilyn lähteet voivat saastuttaa työalueen ilmaa. Tästä syystä vaatimukset turvalliselle työlle suljettujen ja avoimien ionisoivan säteilyn lähteiden kanssa työssä on kehitetty erikseen.

Ionisoivan säteilyn umpilähteiden suurin vaara on ulkoinen altistuminen, joka määräytyy säteilyn tyypin, lähteen aktiivisuuden, säteilyvuon tiheyden ja sen tuottaman säteilyannoksen sekä absorboituneen annoksen perusteella. Säteilyturvallisuuden varmistamisen perusperiaatteet:

Lähteiden tehon vähentäminen minimiarvoihin (suojaus, määrä); lähteiden kanssa työskentelyajan lyhentäminen (aikasuojaus); etäisyyden lisääminen lähteestä työntekijöihin (etäisyyssuojaus) ja säteilylähteiden suojaaminen materiaaleilla, jotka absorboivat ionisoivaa säteilyä (suojaus näytöillä).

Näytön suojaus - eniten tehokas menetelmä säteilysuojelu. Ionisoivan säteilyn tyypistä riippuen näyttöjen valmistukseen käytetään erilaisia ​​materiaaleja, joiden paksuus määräytyy säteilytehon mukaan. Parhaat näytöt suojaavat röntgensäteitä ja gammasäteilyä vastaan ​​on lyijy, jonka avulla voit saavuttaa halutun vaikutuksen vaimennussuhteen suhteen pienimmällä näytön paksuudella. Halvempia seuloja valmistetaan lyijylasista, raudasta, betonista, barriittibetonista, teräsbetonista ja vedestä.

Suojaus avoimia ionisoivan säteilyn lähteitä vastaan ​​tarjoaa sekä suojan ulkoiselta altistumiselta että henkilöstön sisäiseltä altistumiselta, joka liittyy radioaktiivisten aineiden mahdolliseen tunkeutumiseen elimistöön hengitysteiden, ruoansulatuskanavan tai ihon kautta. Keinot suojella henkilöstöä ovat seuraavat.

1. Suljettujen säteilylähteiden kanssa työskentelyssä sovellettavien suojausperiaatteiden käyttö.

2. Tuotantolaitteiden sulkeminen sellaisten prosessien eristämiseksi, jotka voivat olla radioaktiivisten aineiden lähteitä ympäristöön.

3. Tapahtumien suunnittelu. Huoneen suunnittelu edellyttää radioaktiivisten aineiden kanssa tehtävän työn maksimaalista eristystä muista huoneista ja alueista, joilla on erilainen toiminnallinen tarkoitus.

4. Saniteetti- ja hygienialaitteiden ja -laitteiden käyttö, erityisten suojamateriaalien käyttö.

5. Henkilökohtaisten suojavarusteiden käyttö. Kaikki avoimen lähteen kanssa työskentelyyn käytettävät henkilönsuojaimet on jaettu viiteen tyyppiin: haalarit, turvajalkineet, hengityssuojaimet, eristävät puvut, lisäsuojaimet.

6. Henkilökohtaisen hygienian sääntöjen noudattaminen. Näissä säännöissä säädetään henkilökohtaisista vaatimuksista ionisoivan säteilyn lähteiden parissa työskenteleville: tupakointikielto työalueella, ihon perusteellinen puhdistus (dekontaminaatio) työn päätyttyä, haalarien, jalkineiden ja ihon saastumisen dosimetrinen valvonta. Kaikki nämä toimenpiteet edellyttävät radioaktiivisten aineiden pääsyn poissulkemista kehoon.

Säteilyturvapalvelut. Ionisoivan säteilyn lähteillä työskentelyn turvallisuutta yrityksissä valvovat erikoispalvelut - säteilyturvallisuuspalvelut rekrytoidaan henkilöistä, jotka ovat saaneet erityiskoulutuksen toisen asteen koulutusinstituutiot tai Venäjän federaation Minatomin erikoiskurssit. Nämä palvelut on varustettu tarvittavilla välineillä ja laitteilla niille annettujen tehtävien ratkaisemiseksi.

Säteilytilanteen valvontaa koskevassa kansallisessa lainsäädännössä määritellyt päätehtävät työn luonteesta riippuen ovat seuraavat:

Röntgen- ja gammasäteilyn annosnopeuden, beetahiukkasten, nitronien, korpuskulaarisen säteilyn vuotojen hallinta työpaikoilla, lähitiloissa ja yrityksen alueella ja tarkkailualueella;

Radioaktiivisten kaasujen ja aerosolien pitoisuuden valvonta työntekijöiden ilmassa ja muissa yrityksen tiloissa;

Yksilöllisen altistuksen hallinta työn luonteesta riippuen: ulkoisen altistuksen yksilöllinen valvonta, radioaktiivisten aineiden pitoisuuden valvonta kehossa tai erillisessä kriittisessä elimessä;

Radioaktiivisten aineiden ilmakehään vapautumisen määrän valvonta;

Suoraan viemäriin johdetun jäteveden radioaktiivisten aineiden pitoisuuden valvonta;

Radioaktiivisen kiinteän ja nestemäisen jätteen keräämisen, poistamisen ja neutraloinnin valvonta;

Yrityksen ulkopuolisten ympäristökohteiden saastumisen tason valvonta.

VENÄJÄN FEDERAATIOIN OPETUSMINISTERIÖ

VORONEZIN VALTION TEKNINEN YLIOPISTO

Hitsauksen tuotannon tekniikan ja laitteiden laitos

Kurssityöt

tieteenalalla: " Teoreettinen perusta edistyksellistä teknologiaa"

aiheesta: "Ionisoiva säteily ja niiden käyttö käytännössä"

Täydentäjä: MP-021 ryhmän opiskelija

Ofitserov Boris

Pää: Korchagin I.B.

Voronež 2003

Valvojan huomautukset

Johdanto 4

1. Ionisoivan säteilyn tyypit 5

2. Alkuainehiukkaset 7

2.1. Neutronit 9

2.2. Protonit 10

2.3. Alfahiukkaset 11

2.4. Elektronit ja positronit 12

3. Gammasäteily 14

4. Ionisoivan säteilyn lähteet 18

5. Radioelektroniikkalaitteiden materiaalien ja elementtien ominaisuuksien muuttaminen ionisoivan säteilyn vaikutuksesta 20

6. Viat materiaaleissa, jotka ovat alttiina ionisoivalle säteilylle 20

7. Ionisoivan säteilyn käyttö käytännössä 21

Johtopäätös 22

Viitteet 23

Johdanto

1900-luvulla – tieteellisen ja teknologisen kehityksen vuosisadalla – tehtiin monia löytöjä aloilla, joista ihmisillä ei ollut aiemmin ollut pienintäkään käsitystä. Seurauksena puolijohteiden vaikutuksen sähkövirtapulsseihin tutkimuksesta oli tietokoneiden keksintö. Eri tieteen ja teknologian alojen tutkijoiden tekemän tutkimuksen tulos oli television, radion, puhelimen jne. Tiettyjen kemiallisten alkuaineiden ominaisuuksien tutkiminen johti radioaktiivisuuden löytämiseen.

Viime vuosina on kiinnitetty paljon huomiota ionisoivan säteilyn vaikutuksen luonteeseen radiolaitteisiin, laitteisiin, elektronisiin komponentteihin ja radioteknisiin materiaaleihin. Nyt ydinenergia-alan kehitys on erityisen tärkeää. Kuten tiedät, elektroniset laitteet ovat olennainen osa erilainen ydinsäteilykentillä käytettävät laitteet ja instrumentit. Tässä tapauksessa esine altistetaan läpäisevän säteilyn pulssille. Tällainen isku voi johtua esimerkiksi ydinräjähdyksestä. Säteilytetty materiaali muuttaa rakennettaan, ionisaatioastettaan ja lämpenee. Lisäksi säteilytys johtaa indusoituneen radioaktiivisuuden ilmaantumiseen ja moniin muihin ilmiöihin, jotka häiritsevät teknisten laitteiden fysikaalisia ja kemiallisia prosesseja. Näin ollen hallitsematon säteily johtaa useimmissa tapauksissa palautuviin tai peruuttamattomiin muutoksiin radioelementtien parametreissa ja viime kädessä laitteiston suorituskyvyn täydelliseen tai osittaiseen menettämiseen. Siten oikea-aikainen ennuste materiaalin reaktiosta, josta tämä tai toinen laite on valmistettu, säteilyn vapautumiseen on välttämätön ehto onnistunut valvonta kokeiden aikana ydinsaasteen paikoissa.

Ydinlaitosten ionisoiva säteily, ydinräjähdykset ja kosminen säteily eroavat koostumuksestaan ​​(neutronit, γ-kvantit, elektronit, protonit, α-, β- ja muut hiukkaset), energiaspektristä, vuontiheydestä, altistuksen kestosta jne.

Työssäni haluan paljastaa ionisoivan säteilyn tutkimuksen tärkeyden ja välttämättömyyden sekä näyttää mahdollisuudet niiden soveltamiselle käytännössä.

Ionisoivan säteilyn tyypit

Ionisoiva säteily on varautuneiden tai neutraalien hiukkasten ja sähkömagneettisen säteilyn kvanttien virta, jonka kulku aineen läpi johtaa väliaineen atomien tai molekyylien ionisaatioon ja virittymiseen. Ne syntyvät aineiden luonnollisen tai keinotekoisen radioaktiivisen hajoamisen, reaktoreiden ydinfissioreaktioiden, ydinräjähdysten ja joidenkin avaruudessa tapahtuvien fysikaalisten prosessien seurauksena.

Ionisoiva säteily koostuu suoraan tai epäsuorasti ionisoivista hiukkasista tai näiden sekoituksesta. Suoraan ionisoivia hiukkasia ovat hiukkaset (elektronit, α-hiukkaset, protonit jne.), joilla on riittävä kineettinen energia ionisoida atomeja suorassa törmäyksessä. Epäsuorasti ionisoivia hiukkasia ovat varaamattomat hiukkaset (neutronit, kvantit jne.), jotka aiheuttavat ionisaatiota toissijaisten esineiden kautta.

Tällä hetkellä tunnetaan noin 40 luonnollista ja yli 200 keinotekoista α-aktiivista ydintä. α-hajoaminen on ominaista raskaille alkuaineille (uraani, torium, polonium, plutonium jne.). alfahiukkaset ovat positiivisesti varautuneita heliumytimiä. Niillä on korkea ionisoiva ja alhainen tunkeutumisteho ja ne liikkuvat 20 000 km/s nopeudella.

β-säteily on negatiivisesti varautuneiden hiukkasten (elektronien) virta, joka vapautuu radioaktiivisten isotooppien β-hajoamisen aikana. Niiden nopeus lähestyy valon nopeutta. Beetahiukkaset poikkeavat alkuperäisestä suunnastaan ​​vuorovaikutuksessa väliaineen atomien kanssa. Siksi β-hiukkasen kulkema polku aineessa ei ole suora viiva, kuten α-hiukkasten kohdalla, vaan katkoviiva. Suurinergiset β-hiukkaset voivat läpäistä jopa 5 mm:n alumiinikerroksen, mutta niiden ionisointikyky on pienempi kuin α-hiukkasten.

Atomiytimien radioaktiivisten muunnosten aikana lähettämän y-säteilyn energia on useista tuhansista useisiin miljooniin elektronivolteihin. Se leviää röntgensäteiden tavoin ilmassa valon nopeudella. γ-säteilyn ionisoiva kyky on paljon pienempi kuin α- ja β-hiukkasten. γ-säteily on korkeaenergistä sähkömagneettista säteilyä. Sillä on suuri läpäisyvoima, joka vaihtelee laajalla alueella.

Kaikki ionisoiva säteily on luonteeltaan jaettu fotoniin (kvantti) ja korpuskulaariseen. Fotoni- (kvantti)ionisoivaan säteilyyn kuuluu gammasäteily, joka syntyy atomiytimien energiatilan muuttuessa tai hiukkasten tuhoutuessa, bremsstrahlung, joka tapahtuu varautuneiden hiukkasten liike-energian pienentyessä, ominaissäteily, jolla on erillinen energiaspektri, joka tapahtuu, kun energia atomielektronien tilamuutoksia ja röntgensäteilyä säteilyä, joka koostuu bremsstrahlungista ja/tai ominaissäteilystä. Korpuskulaarinen ionisoiva säteily sisältää α-säteilyn, elektroni-, protoni-, neutroni- ja mesonisäteilyn. Korpuskulaarinen säteily, joka koostuu varautuneiden hiukkasten (α-, β-hiukkasten, protonien, elektronien) virrasta, jonka kineettinen energia riittää ionisoimaan atomit törmäyksessä, kuuluu suoraan ionisoivan säteilyn luokkaan. Neutronit ja muut alkuainehiukkaset eivät tuota suoraan ionisaatiota, mutta vuorovaikutuksessa väliaineen kanssa ne vapauttavat varautuneita hiukkasia (elektroneja, protoneja), jotka pystyvät ionisoimaan väliaineen atomeja ja molekyylejä, jonka läpi ne kulkevat. Näin ollen varauksettomien hiukkasten virrasta koostuvaa korpuskulaarista säteilyä kutsutaan epäsuorasti ionisoivaksi säteilyksi.

Neutroni- ja gammasäteilyä kutsutaan yleisesti läpäiseväksi säteilyksi tai tunkeutuvaksi säteilyksi.

Ionisoiva säteily jaetaan energiakoostumuksensa mukaan yksienergeettiseen (monokromaattiseen) ja ei-monoenergeettiseen (ei-monokromaattiseen). Monoenergeettinen (homogeeninen) säteily on säteilyä, joka koostuu samantyyppisistä hiukkasista, joilla on sama kineettinen energia tai saman energian kvantit. Ei-monoenergeettinen (epähomogeeninen) säteily on säteilyä, joka koostuu samantyyppisistä hiukkasista, joilla on eri kineettinen energia tai eri energioiden kvantit. Ionisoivaa säteilyä, joka koostuu erityyppisistä hiukkasista tai hiukkasista ja kvanteista, kutsutaan sekasäteilyksi.

Alkuainehiukkasia

1900-luvun puolivälissä ja toisella puoliskolla saatiin todella hämmästyttäviä tuloksia niillä fysiikan aloilla, jotka ovat kiinnostuneita aineen perusrakenteen tutkimuksesta. Ensinnäkin tämä ilmeni lukuisten uusien subatomisten hiukkasten löytämisessä. Niitä kutsutaan yleensä alkuainehiukkasiksi, mutta kaikki eivät ole todella alkeishiukkasia. Monet niistä puolestaan ​​koostuvat vielä enemmän alkeishiukkasista.

Subatomisten hiukkasten maailma on todella monipuolinen. Näitä ovat protonit ja neutronit, jotka muodostavat atomiytimiä, sekä ytimien ympärillä kiertävät elektronit. Mutta on myös hiukkasia, joita ei käytännössä esiinny ympäröivässä aineessa. Niiden elinikä on erittäin lyhyt, se on sekunnin pienin murto-osa. Tämän erittäin lyhyen ajan kuluttua ne hajoavat tavallisiksi hiukkasiksi. Tällaisia ​​epävakaita lyhytikäisiä hiukkasia on hämmästyttävän paljon: niitä tunnetaan jo useita satoja.

1960- ja 1970-luvuilla fyysikot olivat täysin ymmällään vasta löydettyjen subatomisten hiukkasten runsaudesta, monimuotoisuudesta ja epätavallisuudesta. Niillä ei näyttänyt olevan loppua. On täysin käsittämätöntä, miksi niin paljon hiukkasia. Ovatko nämä alkuainehiukkaset kaoottisia ja satunnaisia ​​aineen fragmentteja? Tai kenties heillä on avain maailmankaikkeuden rakenteen ymmärtämiseen? Fysiikan kehitys seuraavina vuosikymmeninä osoitti, ettei tällaisen rakenteen olemassaolosta ole epäilystäkään. 1900-luvun lopulla. fysiikka alkaa ymmärtää, mikä on kunkin alkuainehiukkasen merkitys.

Historiallisesti ensimmäiset kokeellisesti löydetyt alkuainehiukkaset olivat elektroni, protoni ja sitten neutroni. Näytti siltä, ​​​​että nämä hiukkaset ja fotoni (sähkömagneettisen kentän kvantti) riittivät tunnettujen aineen muotojen - atomien ja molekyylien - rakentamiseen. Tässä lähestymistavassa aine rakennettiin protoneista, neutroneista ja elektroneista, ja fotonit toteuttivat niiden välisen vuorovaikutuksen. Pian kuitenkin kävi selväksi, että maailma on paljon monimutkaisempi. Havaittiin, että jokaisella hiukkasella on oma antihiukkasensa, joka eroaa siitä vain varauksen merkillä. Hiukkasille, joissa on nolla arvoja kaikista varauksista antihiukkanen osuu yhteen hiukkasen kanssa (esimerkki on fotoni). Lisäksi kokeellisena ydinfysiikka näihin hiukkasiin lisättiin yli 300 hiukkasta lisää

Subatomisten hiukkasten ominaisuudet ovat massa, sähkövaraus, spin (rajainen kulmamomentti), hiukkasen käyttöikä, magneettinen momentti, spatiaalinen pariteetti, leptonvaraus, baryonivaraus jne.

Kun puhutaan hiukkasen massasta, ne tarkoittavat sen lepomassaa, koska tämä massa ei riipu liiketilasta. Hiukkanen, jonka lepomassa on nolla, liikkuu valon nopeudella (fotoni). Kahdella hiukkasella ei ole samaa massaa. Elektroni on kevyin hiukkanen, jonka lepomassa ei ole nolla. Protoni ja neutroni ovat lähes 2000 kertaa painavampia kuin elektroni. Ja painavimman tunnetuista alkuainehiukkasista (Z-hiukkasista) on massa 200 000 kertaa suurempi kuin elektronin massa.

Sähkövaraus vaihtelee melko kapealla alueella ja on aina varauksen perusyksikön - elektronivarauksen (-1) - kerrannainen. Joillakin hiukkasilla (fotoni, neutriino) ei ole lainkaan varausta.

Hiukkasen tärkeä ominaisuus on sen spin. Se on myös aina jonkin perusyksikön kerrannainen, joka valitaan yhtäläiseksi kuin S. Siten protonilla, neutronilla ja elektronilla on spin S ja fotonin spin on 1. Hiukkaset, joiden spin on 0, 3 / 2, 2, ovat Hiukkanen, jonka spin 0 missä tahansa kiertokulmassa, näyttää samalta. Hiukkaset, joilla on spin 1, saavat saman muodon täyden 360° kierron jälkeen. Hiukkanen, jonka spin on 1/2, palaa entiseen muotoonsa 720° kierron jälkeen ja niin edelleen. Hiukkanen, jolla on spin 2, palaa alkuperäiseen asentoonsa puolen kierroksen jälkeen (180°). Hiukkasia, joiden spin on suurempi kuin 2, ei ole löydetty, ja niitä ei ehkä ole ollenkaan. Spinistä riippuen kaikki hiukkaset jaetaan kahteen ryhmään:

Bosonit - hiukkaset, joiden spinit ovat 0,1 ja 2;

Fermionit - hiukkaset, joissa on puolikokonaisluvun spinit (S, 3/2)

Hiukkasille on ominaista myös niiden elinikä. Tämän perusteella hiukkaset jaetaan stabiileihin ja epästabiileihin. Stabiilihiukkaset ovat elektroni, protoni, fotoni ja neutrino. Neutroni on stabiili atomin ytimessä, mutta vapaa neutroni hajoaa noin 15 minuutissa. Kaikki muut tunnetut hiukkaset ovat epästabiileja; niiden elinikä vaihtelee muutamasta mikrosekunnista 1 0 n sekuntiin (missä n = -2 3).

Tärkeä rooli alkuainehiukkasten fysiikassa on säilymislailla, jotka määrittävät tasa-arvon tiettyjen järjestelmän alku- ja lopputilaa kuvaavien suureiden yhdistelmien välillä. Suojelulakien arsenaali sisään kvanttifysiikka enemmän kuin klassista. Sitä täydennettiin erilaisten pariteettien (tilallinen, varaus), varausten (lepton, baryon jne.), sisäisten symmetrioiden säilymislailla, jotka ovat ominaisia ​​tietylle tai toiselle vuorovaikutustyypille.

Yksittäisten subatomisten hiukkasten ominaisuuksien eristäminen on tärkeää, mutta vain Ensimmäinen taso tietoa heidän maailmastaan. Seuraavassa vaiheessa on vielä ymmärrettävä, mikä on kunkin yksittäisen hiukkasen rooli, mitkä ovat sen tehtävät aineen rakenteessa.

Fyysikot ovat havainneet, että ensinnäkin hiukkasen ominaisuudet määräytyvät sen kyvyn (tai kyvyttömyyden) perusteella osallistua vahvaan vuorovaikutukseen. Vahvaan vuorovaikutukseen osallistuvat hiukkaset muodostavat erikoisluokan ja niitä kutsutaan hadroneiksi. Hiukkasia, jotka osallistuvat heikkoon vuorovaikutukseen ja eivät osallistu vahvaan, kutsutaan leptoneiksi. Lisäksi on hiukkasia - vuorovaikutuksen kantajia.

Subatomisten hiukkasten maailmassa on syvä ja rationaalinen järjestys. Tämä järjestys perustuu perustavanlaatuisiin fyysisiin vuorovaikutuksiin.

Neutronit.

Englantilainen fyysikko James Chadwick löysi neutronin vuonna 1932. Neutronin massa on 1,675·10-27 kg, mikä on 1839 kertaa suurempi kuin elektronin massa. Neutronilla ei ole sähkövarausta.

Kemistien keskuudessa on tapana käyttää yksikköä atomimassa tai daltonia (d), joka on suunnilleen yhtä suuri kuin protonin massa. Protonin massa ja neutronin massa ovat suunnilleen yhtä suuria kuin atomimassan yksikkö.

Alkuaineen ydinfissioreaktion aikana voi ilmaantua uusien ytimien lisäksi g-kvantteja, hajoamis-b-hiukkasia, hajoamisg-kvantteja, fissioneutroneja ja neutriinoja. Ydinketjureaktion kannalta tärkeintä on neutronien tuotanto. Fissioreaktiosta syntyvien neutronien keskimääräinen lukumäärä on merkitty uf. Tämä arvo riippuu fissiivan ytimen massaluvusta ja sen kanssa vuorovaikutuksessa olevan neutronin energiasta. tuloksena olevilla neutroneilla on erilaiset energiat (yleensä 0,5 - 15 MeV), jolle on tunnusomaista fissioneutronien spektri. U235:n fissioneutronien keskimääräinen energia on 1,93 MeV.

Ydinreaktion prosessissa voi ilmaantua sekä ytimiä, jotka myötävaikuttavat ketjureaktion ylläpitoon (ne, jotka lähettävät viivästyneen neutronin) että ytimiä, jotka vaikuttavat haitallisesti sen kulkuun (jos niillä on suuri säteilyn sieppauspoikkileikkaus).

Fissioreaktion tarkastelun päätteeksi on mahdotonta olla mainitsematta niin tärkeää ilmiötä kuin viivästyneet neutronit. Viivästyneiksi neutroneiksi kutsutaan niitä neutroneja, jotka eivät muodostu suoraan raskaiden nuklidien fission aikana (prompt neutrons), vaan fragmenttien hajoamisen seurauksena. Viivästyneiden neutronien ominaisuudet riippuvat fragmenttien luonteesta. Yleensä viivästyneet neutronit jaetaan 6 ryhmään seuraavien parametrien mukaan: T on fragmenttien keskimääräinen elinikä, bi on viivästettyjen neutronien osuus kaikista fissioneutroneista, bi/b on tämän ryhmän viivästyneiden neutronien suhteellinen osuus, E on viivästyneiden neutronien liike-energia.

Seuraavassa taulukossa on esitetty viivästyneiden neutronien ominaisuudet U235:n fissiossa

Nzap/(Nzap + Nmg) = b = 0,0065; Tzap » 13 sek.; Tmgn » 0,001 sek.

Protonit.

Protoni - vakaa alkuainehiukkanen jonka positiivinen alkuvaravaraus on absoluuttisesti yhtä suuri kuin elektronin varaus (1,6 * 10 19 C); merkitty symbolilla p tai 1 H1. Protoni on vedyn kevyimmän isotoopin ydin - protiumin, joten protonin massa on yhtä suuri kuin vetyatomin massa ilman elektronin massaa ja on 1,00759 amu eli 1,672 * 10 -27 kg.

Protonit ovat neutronien ohella osa kaikkia atomiytimiä. Protoni luokitellaan stabiiliksi alkuainehiukkaseksi.

Atomien ytimet lähettävät protoneja, kun niitä pommitetaan varautuneilla hiukkasilla, neutroneilla, gamma-kvanteilla jne. Esimerkiksi Rutherford löysi ensin protonin typpiytimen halkeamisen aikana α-hiukkasten avulla. Kosmiset säteet sisältävät protoneja, joiden energia on jopa 10 18 – 10 19 eV.

Alfa-hiukkasia.

Aktiivisten alkuaineiden aineiden emittoimat α-hiukkaset ovat positiivisesti varautuneita heliumioneja, joiden nopeus on 20 000 km/s. Tällaisen valtavan nopeuden ansiosta α-hiukkaset, jotka lentävät ilmassa ja törmäävät kaasumolekyyleihin, lyövät niistä elektroneja. Molekyylit, jotka ovat menettäneet elektroneja, varautuvat positiivisesti, kun taas poistetut elektronit liittyvät välittömästi muihin molekyyleihin ja varaavat ne negatiivisesti. Siten ilmaan muodostuu positiivisesti ja negatiivisesti varautuneita kaasu-ioneja α-hiukkasten reitillä. Englantilainen fyysikko Wilson käytti α-hiukkasten kykyä ionisoida ilmaa tehdäkseen näkyviksi yksittäisten hiukkasten liikeradat ja valokuvatakseen niitä.

Myöhemmin hiukkasten kuvaamiseen tarkoitettua laitetta kutsuttiin pilvikammioksi. (Ensimmäinen varautuneiden hiukkasten raitadetektori. Keksi C. Wilson vuonna 1912. Wilson-kammion toiminta perustuu ylikyllästetyn höyryn kondensoitumiseen (pienten nestepisaroiden muodostuminen) ioneihin, jotka ilmestyvät varautunut hiukkanen. Myöhemmin se korvattiin muilla jälkitunnistimilla.)

Tutkiessaan hiukkasten liikereittejä kameran avulla, Rutherford huomasi, että kammiossa ne ovat yhdensuuntaisia ​​(polut) ja säteen ohittaessaan rinnakkaiset säteet kaasukerroksen tai ohuen metallilevyn läpi ne eivät poistu rinnakkain, vaan eroavat jonkin verran, ts. hiukkaset poikkeavat alkuperäiseltä reitiltä. Jotkut hiukkaset taipuivat erittäin voimakkaasti, jotkut eivät menneet ohuen levyn läpi ollenkaan. [1, 7]

Näiden havaintojen perusteella Rutherford ehdotti suunnitelmaansa atomin rakenteelle: atomin keskellä on positiivinen ydin, jonka ympärillä negatiiviset elektronit pyörivät eri kiertoradoilla. (Kuva 1.)

Niiden pyörimisestä johtuvat keskipistevoimat pitävät ne kiertoradalla ja estävät niitä lentämästä pois. Tämä atomimalli selittää helposti α-hiukkasten taipumisilmiön. Ytimen ja elektronien mitat ovat hyvin pieniä verrattuna koko atomin mittoihin, jotka määräytyvät ytimestä kauimpana olevien elektronien kiertoradalla; siksi useimmat α-hiukkaset lentävät atomien läpi ilman huomattavaa taipumaa. Vain niissä tapauksissa, joissa α-hiukkanen tulee hyvin lähelle ydintä, sähköinen repulsio saa sen poikkeamaan jyrkästi alkuperäiseltä reitiltä. Siten α-hiukkasten sironnan tutkimus merkitsi atomin ydinteorian alkua.

Elektronit ja positronit.

Englantilainen tiedemies G. Johnston Stoney esitti ajatuksen aineiden sisältämistä sähköisistä hiukkasista. Stoney tiesi, että aineet voivat hajota sähköisku, - esimerkiksi vesi voidaan hajottaa tällä tavalla vedyksi ja hapeksi. Hän oli myös tietoinen Michael Faradayn työstä, joka havaitsi, että tietty määrä sähköä tarvitaan tietyn määrän alkuainetta saamiseksi yhdestä tai toisesta sen yhdisteestä. Näitä ilmiöitä pohtiessaan Stoney vuonna 1874. tuli siihen tulokseen, että ne osoittavat sähkön olemassaolon erillisten yksikkövarausten muodossa, ja nämä yksikkövaraukset liittyvät atomeihin. Vuonna 1891 Stoney ehdotti oletukselleen sähkön yksikölle nimeä elektroni. JJ Thomson (1856-1940) Cambridgen yliopistosta löysi elektronin kokeellisesti vuonna 1897.

Elektroni on hiukkanen, jonka negatiivinen varaus on -0,1602 10-18 C.

Elektronin massa on 0,9108 10-30 kg, mikä on 1/1873 vetyatomin massasta.

Elektroni on hyvin pieni. Elektronin sädettä ei ole tarkasti määritelty, mutta sen tiedetään olevan paljon pienempi kuin 1·10-15m.

Vuonna 1925 havaittiin, että elektroni pyörii oman akselinsa ympäri ja että sillä on magneettinen momentti.

Elektronien lukumäärä sähköisesti neutraalissa atomissa luonnollisesti kasvaa, kun alkuaine siirtyy Z:sta Z + 1:een. Tämä säännöllisyys riippuu atomin rakenteen kvanttiteoriasta.

Atomin, sähköisten hiukkasten järjestelmän, maksimaalinen stabiilisuus vastaa sen kokonaisenergian minimiä. Siksi ytimen sähkömagneettisen kentän energiatasoja täytettäessä elektronit miehittävät (kerääntyvät) ensinnäkin niistä alimman (K - taso; n = 1). Sähköisesti neutraalissa virittymättömässä atomissa elektronilla on näissä olosuhteissa pienin energia (ja vastaavasti korkein sidos ytimeen). Kun K-taso täyttyy (1s2 on heliumatomin ominaisuus), elektronit alkavat rakentaa L-tasoa (n = 2), sitten M-tasoa (n = 3). Tietylle n:lle elektronien on ensin rakennettava s-, sitten p-, d- jne. alitasot.

Kuitenkin, kuten kuvasta näkyy. 3, elementin atomin energiatasoilla ei ole selkeitä reunoja. Lisäksi tässä havaitaan jopa yksittäisten alatasojen energioiden keskinäinen päällekkäisyys. Joten esimerkiksi elektronien energiatila alatasoilla 4s ja 3d sekä 5s ja 4d ovat hyvin lähellä toisiaan, ja 4s1 ja 4s2 alatasot vastaavat pienempiä energia-arvoja kuin 3d. Siksi M- ja N-tason muodostavat elektronit putoavat ensin 4s-kuorelle, joka kuuluu ulompaan elektronikerrokseen N (n=4), ja vasta sen täyttymisen jälkeen (ts. rakentamisen jälkeen). 4s2-kuoresta on valmis) sijoitetaan 3d-kuoreen, joka kuuluu esiulkokerrokseen M (n=3). Sama havaitaan 5s- ja 4d-kuorten elektroneille. F-kuorten täyttäminen elektroneilla on vielä omituisempaa: elektronien läsnä ollessa ulkotasolla n (jos n on 6 tai 7) ne rakentavat tason n=2 eli esiulkoisen kerroksen, - ne täydennä 4f-kuori (n = 6) tai vastaavasti kuori 5f (jos n = 7).

Yhteenvetona voidaan esittää seuraavat väitteet.

Tasot ns, (n-1)d ja (n-2)f ovat lähellä energiaa ja ovat np-tason alapuolella.

Kun elektronien määrä atomissa kasvaa (Z:n arvon kasvaessa), d - elektronit "jäävät jälkeen" atomin elektronikuoren rakentamisessa yhden tason (ne rakentavat esiulomman kerroksen, eli taso n-1), ja f - elektronit viivästyvät kahdella tasolla: toinen ulkopuolinen (eli ennen ulompaa) kerros n - 2 on valmis. Ilmenevät f - elektronit näyttävät usein kiilautuneen (n-1) d1 väliin ja (n-1) d210 - elektronit.

Kaikissa näissä tapauksissa n on ulkotason numero, joka sisältää jo kaksi elektronia (ns2 - elektroneja), ja n on myös sen jakson numero jaksollisen taulukon mukaan, joka sisältää tämän elementin.

Alkuaineet, joiden atomeissa ulkokerroksen elektronien läsnä ollessa n (ns2 - elektronit), jokin alitasoista (3d, 4d, 4f, 5d tai 5f) sijaitsee esiuloimmissa kerroksissa (n-1) tai ( n-2) on suoritettu, kutsutaan siirtymävaiheen.

Yleinen kuva jaksoon n kuuluvien alkuaineiden atomien kuorien täyttämisestä elektroneilla on seuraavanlainen:

1¸7 4¸7 6¸7 4¸7 2¸7

Eksponentti s-, p-, d- ja f -merkinnöissä rivillä (a) osoittaa mahdollisen elektronien lukumäärän tietyssä kuoressa. Esimerkiksi s-kuori voi sisältää joko yhden tai kaksi elektronia, mutta ei enempää; f-kuoressa - 1 - 14 elektronia jne.

Tiedetään, että kertoimen pienin arvo merkinnässä d - elektronit on yhtä suuri kuin kolme. Näin ollen d-elektroneja voi esiintyä atomirakenteessa aikaisintaan neljä. Tässä suhteessa nämä elektronit voivat ilmaantua atomeissa aikaisintaan kuudennen jakson alkuaineissa (eli kohdalla n-2=4; n=4+2=6). Tämä seikka mainitaan toisella rivillä.

Positroni on elektronin antihiukkanen. Toisin kuin elektronilla, positronilla on positiivinen sähkövaraus ja sitä pidetään lyhytikäisenä hiukkasena. Positronia merkitään symboleilla e + tai β +.

Gammasäteily

Gammasäteily on lyhytaaltoista sähkömagneettista säteilyä. Sähkömagneettisten aaltojen mittakaavassa se rajoittuu kovan röntgensäteilyn kanssa, ja se miehittää korkeampien taajuuksien alueen. Gammasäteilyllä on erittäin lyhyt aallonpituus (λ<10 -8 см) и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. ведет себя подобно потоку частиц – гамма квантов, или фотонов, с энергией h ν (ν on säteilytaajuus, h on Planckin vakio).

Gammasäteilyä esiintyy radioaktiivisten ytimien, alkuainehiukkasten hajoamisen aikana, hiukkas-antihiukkasparien tuhoutuessa sekä nopeasti varautuneiden hiukkasten kulkiessa aineen läpi.

Gammasäteilyä, joka seuraa radioaktiivisten ytimien hajoamista, säteilee ytimen siirtyessä virittyneemmästä energiatilasta vähemmän virittyneeseen eli perustilaan. γ-kvantin energia on yhtä suuri kuin niiden tilojen energiaero Δε, joiden välillä siirtymä tapahtuu.

innostunut tila

Ytimen perustila E1

Ytimen γ-kvantin emissio ei aiheuta muutosta atomi- tai massaluvussa, toisin kuin muun tyyppiset radioaktiiviset muunnokset. Gammasäteilyn viivanleveys on erittäin pieni (~10 -2 eV). Koska tasojen välinen etäisyys on monta kertaa suurempi kuin viivan leveys, gammasäteen spektri on viivan muotoinen, ts. koostuu useista erillisistä viivoista. Gammasäteilyn spektrien tutkiminen mahdollistaa ytimien virittyneiden tilojen energiat. Eräiden alkuainehiukkasten hajoamisen aikana vapautuu suurienergisiä gamma-kvanteja. Siten lepäävän π 0 mesonin hajoaminen tuottaa gammasäteilyä, jonka energia on ~70 MeV. Alkuainehiukkasten hajoamisesta aiheutuva gammasäteily muodostaa myös viivaspektrin. Kuitenkin hajoavat alkuainehiukkaset liikkuvat usein valonnopeuteen verrattavissa olevilla nopeuksilla. Seurauksena tapahtuu Doppler-viivan levenemistä ja gammasäteen spektri leviää laajalle energia-alueelle. Gammasäteily, joka muodostuu nopeasti varautuneiden hiukkasten kulkiessa aineen läpi, johtuu niiden hidastumisesta aineen atomiytimien Coulombin kenttään. Bremsstrahlung-gammasäteilylle, kuten myös bremsstrahlung-röntgensäteilylle, on tunnusomaista jatkuva spektri, jonka yläraja osuu yhteen varautuneen hiukkasen, kuten elektronin, energian kanssa. Hiukkaskiihdyttimissä gamma-bremsstrahlung tuotetaan enintään useiden kymmenien GeV:n energialla.

Tähtienvälisessä avaruudessa gammasäteilyä voi esiintyä pehmeämmän pitkän aallonpituuden, sähkömagneettisen säteilyn, kuten valon, kvanttien törmäysten seurauksena avaruusobjektien magneettikenttien kiihdyttämien elektronien kanssa. Tässä tapauksessa nopea elektroni siirtää energiansa sähkömagneettiseen säteilyyn ja näkyvä valo muuttuu kovemmaksi gammasäteilyksi.

Samanlainen ilmiö voi tapahtua maanpäällisissä olosuhteissa, kun kiihdyttimillä tuotetut korkeaenergiset elektronit törmäävät näkyvän valon fotoniin laserien tuottamissa voimakkaissa valonsäteissä. Elektroni siirtää energiaa valofotonille, joka muuttuu γ-kvantiksi. Siten on käytännössä mahdollista muuntaa yksittäisiä valon fotoneja korkeaenergisiksi gammasäteilykvanteiksi.

Gammasäteilyllä on suuri läpäisykyky, ts. voi läpäistä suuria aineita ilman huomattavaa heikkenemistä. Tärkeimmät gammasäteilyn vuorovaikutuksessa aineen kanssa tapahtuvat prosessit ovat valosähköinen absorptio (valosähköinen vaikutus), Compton-sironta (Compton-ilmiö) ja elektroni-positroniparien muodostuminen. Valosähköisessä efektissä yksi atomin elektroneista absorboi γ-kvantin ja γ-kvantin energia muuttuu (miinus elektronin sitoutumisenergia atomissa) lentävän elektronin liike-energiaksi. pois atomista. Valosähköisen vaikutuksen todennäköisyys on suoraan verrannollinen elementin atomiluvun viidenteen potenssiin ja kääntäen verrannollinen gammasäteilyenergian kolmanteen potenssiin. Siten valosähköinen vaikutus hallitsee raskaiden elementtien (Pb, U) alhaisten γ-kvanttien (£100 keV) energioiden alueella.

Compton-ilmiöllä γ-kvantti siroaa yksi atomiin heikosti sitoutuneista elektroneista. Toisin kuin valosähköinen efekti, γ-kvantti ei katoa Compton-ilmiön myötä, vaan muuttaa vain energiaa (aallonpituutta) ja etenemissuuntaa. Compton-ilmiön seurauksena kapea gammasäteilysäde levenee ja itse säteily pehmenee (pitkäaallonpituus). Comptonin sironnan intensiteetti on verrannollinen elektronien lukumäärään 1 cm 3:ssä ainetta, ja siksi tämän prosessin todennäköisyys on verrannollinen aineen atomimäärään. Compton-ilmiö tulee havaittavaksi aineissa, joiden atomiluku on pieni ja gammasäteilyn energioissa, jotka ylittävät atomien elektronien sitoutumisenergian. Siten Pb:n tapauksessa Comptonin sironnan todennäköisyys on verrattavissa valosähköisen absorption todennäköisyyteen ~0,5 MeV:n energialla. Al:n tapauksessa Compton-ilmiö hallitsee paljon alhaisemmilla energioilla.

Jos γ-kvantin energia ylittää 1,02 MeV, elektroni-positroniparien muodostusprosessi ytimien sähkökentässä tulee mahdolliseksi. Parin muodostumisen todennäköisyys on verrannollinen atomiluvun neliöön ja kasvaa hν kasvaessa. Siksi, kun hν ~ 10 MeV, pääprosessi missä tahansa aineessa on parien muodostuminen.

50

0,1 0,5 1 2 5 10 50

γ-säteiden energia (Mev)

Elektroni-positroniparin tuhoutumisprosessi on gammasäteilyn lähde.

Aineen gammasäteilyn vaimenemisen karakterisoimiseksi käytetään yleensä absorptiokerrointa, joka osoittaa, millä absorboijan paksuudella X tulevan gammasäteilysäteen intensiteetti I 0 vaimenee e kerran:

I = I 0 e - μ0 x

Tässä μ 0 on gammasäteilyn lineaarinen absorptiokerroin. Joskus otetaan käyttöön massan absorptiokerroin, joka on yhtä suuri kuin μ 0:n suhde absorboijan tiheyteen.

Gammasäteilyn eksponentiaalinen vaimenemislaki pätee gammasäteen kapeaan suuntaan, kun mikä tahansa prosessi, sekä absorptio että sironta, poistaa gammasäteilyä ensisijaisesta säteestä. Suurilla energioilla gammasäteilyn kulku aineen läpi muuttuu kuitenkin paljon monimutkaisemmaksi. Toissijaisilla elektroneilla ja positroneilla on korkea energia, ja siksi ne voivat puolestaan ​​luoda gammasäteilyä hidastus- ja tuhoutumisprosessien kautta. Siten aineeseen syntyy useita vuorottelevia sukupolvia sekundaarista gammasäteilyä, elektroneja ja positroneja, eli syntyy kaskadisuihku. Toissijaisten hiukkasten määrä tällaisessa suihkussa kasvaa ensin paksuuden myötä saavuttaen maksimin. Sitten absorptioprosessit alkavat kuitenkin hallita hiukkasten lisääntymisprosesseja, ja suihku laantuu. Gammasäteilyn kyky kehittää suihkuja riippuu sen energian ja ns. kriittisen energian suhteesta, jonka jälkeen tietyssä aineessa oleva suihku käytännössä menettää kykynsä kehittyä.

Gammasäteilyn energian muuttamiseksi kokeellisessa fysiikassa käytetään erilaisia ​​gammaspektrometrejä, jotka perustuvat pääasiassa sekundäärielektronien energian mittaamiseen. Gammasäteilyspektrometrien päätyypit ovat: magneettiset, tuike-, puolijohde- ja kidediffraktiot.

Ydin gammasäteilyn spektrien tutkiminen antaa tärkeää tietoa ytimien rakenteesta. Kiinteiden aineiden ominaisuuksien tutkimiseen käytetään havainnointia ulkoisen ympäristön vaikutuksista ydin-gammasäteilyn ominaisuuksiin.

Gammasäteilyä käytetään tekniikassa esimerkiksi metalliosien vikojen havaitsemiseen – gammavikojen havaitsemiseen. Säteilykemiassa gammasäteilyä käytetään kemiallisten muutosten, kuten polymerointiprosessien, käynnistämiseen. Gammasäteilyä käytetään elintarviketeollisuudessa ruoan sterilointiin. Pääasialliset gammasäteilyn lähteet ovat luonnolliset ja keinotekoiset radioaktiiviset isotoopit sekä elektronikiihdyttimet.

Gammasäteilyn vaikutus kehoon on samanlainen kuin muun tyyppisen ionisoivan säteilyn vaikutus. Gammasäteily voi aiheuttaa säteilyvaurioita keholle aina sen kuolemaan asti. Gammasäteilyn vaikutuksen luonne riippuu γ-kvanttien energiasta ja altistuksen tilaominaisuuksista, esimerkiksi ulkoisista tai sisäisistä. Gammasäteilyn suhteellinen biologinen tehokkuus on 0,7-0,9. Teollisissa olosuhteissa (krooninen altistuminen pieninä annoksina) gammasäteilyn suhteellinen biologinen tehokkuus on 1. Gammasäteilyä käytetään lääketieteessä kasvainten hoitoon, tilojen, laitteiden ja lääkkeiden sterilointiin. Gammasäteilyä käytetään myös mutaatioiden aikaansaamiseen, minkä jälkeen valitaan taloudellisesti hyödyllisiä muotoja. Näin jalostetaan erittäin tuottavia mikro-organismilajikkeita (esimerkiksi antibioottien saamiseksi) ja kasveja.

Nykyaikaiset sädehoidon mahdollisuudet ovat laajentuneet ensisijaisesti gamma-etähoidon keinojen ja menetelmien ansiosta. Gamma-etähoidon menestys on saavutettu voimakkaiden keinotekoisten radioaktiivisten gammasäteilylähteiden (koboltti-60, cesium-137) sekä uusien gammavalmisteiden käytön alalla tehdyn laajan työn tuloksena.

Gamma-etähoidon suurta merkitystä selittää myös gammalaitteiden suhteellinen saatavuus ja helppokäyttöisyys. Jälkimmäinen, samoin kuin röntgensäteet, on suunniteltu staattiseen ja liikkuvaan säteilytykseen. Liikkuvan säteilytyksen avulla he pyrkivät luomaan suuren annoksen kasvaimeen terveiden kudosten hajautetulla säteilytyksellä. Gamma-sädekoneiden suunnittelussa on tehty parannuksia, joiden tarkoituksena on pienentää penumbraa, parantaa kentän homogenisointia, käyttää suljinsuodattimia ja etsiä lisäsuojausvaihtoehtoja.

Ydinsäteilyn käyttö kasvinviljelyssä on avannut uusia, laajoja mahdollisuuksia muuttaa maatalouskasvien aineenvaihduntaa, lisätä niiden satoa, nopeuttaa kehitystä ja parantaa laatua.

Radiobiologien ensimmäisten tutkimusten tuloksena havaittiin, että ionisoiva säteily on voimakas elävien organismien kasvuun, kehitykseen ja aineenvaihduntaan vaikuttava tekijä. Gammasäteilyn vaikutuksesta kasveissa, eläimissä tai mikro-organismeissa koordinoitu aineenvaihdunta muuttuu, fysiologisten prosessien kulku kiihtyy tai hidastuu (annoksesta riippuen), kasvussa, kehityksessä ja sadonmuodostuksessa havaitaan muutoksia.

Erityisesti on huomattava, että gammasäteilyn aikana radioaktiiviset aineet eivät pääse siemeniin. Säteilytetyt siemenet sekä niistä kasvatettu sato eivät ole radioaktiivisia. Optimaaliset säteilyannokset vain kiihdyttävät kasvissa tapahtuvia normaaleja prosesseja, ja siksi pelot ja varoitukset kylvöä edeltäneestä säteilytyksestä saadun sadon käytöstä ovat täysin perusteettomia.

Ionisoivaa säteilyä alettiin käyttää maataloustuotteiden säilyvyyden pidentämiseen ja erilaisten tuhohyönteisten tuhoamiseen. Esimerkiksi, jos vilja johdetaan voimakkaalla säteilylähteellä varustetun bunkkerin läpi ennen kuin se ladataan elevaattoriin, tuholaisten lisääntymismahdollisuus suljetaan pois ja viljaa voidaan säilyttää pitkään ilman hävikkiä. Vilja itsessään ravitsevana tuotteena ei muutu sellaisilla säteilyannoksilla. Sen käyttö ravintona neljälle sukupolvelle koe-eläinten ei aiheuttanut poikkeamia kasvussa, lisääntymiskyvyssä eikä muita patologisia poikkeamia normista.

Ionisoivan säteilyn lähteet.

Ionisoivan säteilyn lähde on radioaktiivista ainetta sisältävä esine tai tekninen laite, joka lähettää tai pystyy (tietyissä olosuhteissa) lähettämään ionisoivaa säteilyä.

Nykyaikaiset ydinlaitokset ovat yleensä monimutkaisia ​​säteilylähteitä. Esimerkiksi toimivan ydinreaktorin säteilylähteitä ovat sydämen lisäksi jäähdytysjärjestelmä, rakennemateriaalit, laitteet jne. Tällaisten todellisten monimutkaisten lähteiden säteilykenttä esitetään yleensä yksittäisen säteilykenttien superpositiona. , alkeellisempia lähteitä.

Kaikille säteilylähteille on ominaista:

1. Säteilytyyppi - päähuomio kiinnitetään yleisimpiin g-säteilyn lähteisiin, neutroneihin, a-, b + -, b - hiukkasiin.

2. Lähteen geometria (muoto ja mitat) - geometrisesti lähteet voivat olla pistemäisiä ja laajennettuja. Laajennetut lähteet edustavat pistelähteiden superpositiota, ja ne voivat olla lineaarisia, pinta- tai tilavuudellisia rajallisilla, puoliksi äärettömillä tai äärettömillä mitoilla. Fyysisesti pistelähteenä voidaan pitää lähdettä, jonka maksimimitat ovat paljon pienemmät kuin etäisyys havaintopisteeseen ja keskimääräinen vapaa reitti lähdemateriaalissa (lähteen säteilyn vaimennus voidaan jättää huomiotta). Pintalähteiden paksuus on paljon pienempi kuin etäisyys havaintopisteestä ja keskimääräinen vapaa reitti lähdemateriaalissa. Volumetrisessa lähteessä emitterit ovat jakautuneet avaruuden kolmiulotteiselle alueelle.

3. Teho ja sen jakautuminen lähteelle - säteilylähteet jakautuvat useimmiten laajennetun säteilijän päälle tasaisesti, eksponentiaalisesti, lineaarisesti tai kosinilain mukaan.

4. Energiakoostumus - lähteiden energiaspektri voi olla monoenergeettinen (yhden kiinteän energian hiukkasia emittoidaan), diskreetti (säteilee useiden energioiden monoenergeettisiä hiukkasia) tai jatkuva (erienergiaisia ​​hiukkasia emittoidaan tietyllä energia-alueella).

5. Säteilyn kulmajakauma - säteilylähteiden kulmajakaumien joukossa useimpien käytännön ongelmien ratkaisemiseksi riittää, kun huomioidaan seuraavat: isotrooppinen, kosini, yksisuuntainen. Joskus on olemassa kulmajakaumia, jotka voidaan kirjoittaa säteilyn isotrooppisten ja kosinikulmajakaumien yhdistelmiksi.

Ionisoivan säteilyn lähteitä ovat radioaktiiviset alkuaineet ja niiden isotoopit, ydinreaktorit, varautuneet hiukkaskiihdyttimet sekä muut röntgenlaitokset ja suurjännitetasavirtalähteet ovat röntgensäteiden lähteitä.

Tässä on huomattava, että niiden normaalissa toimintatilassa säteilyvaara on mitätön. Se tapahtuu hätätilanteessa ja voi ilmetä pitkään, jos alueen radioaktiivinen saastuminen tapahtuu.

Kosmisen säteen synnyttämän radioaktiivisen taustan (0,3 meV/vuosi) osuus väestön saamasta ulkoisesta altistuksesta (0,65 meV/vuosi) on hieman alle puolet. Maapallolla ei ole sellaista paikkaa, missä kosmiset säteet tunkeutuvat. On huomattava, että pohjois- ja etelänavat saavat enemmän säteilyä kuin päiväntasaajan alueet. Tämä johtuu siitä, että maapallolla on magneettikenttä, jonka voimalinjat tulevat napoihin ja poistuvat niistä.

Ihmisen sijainnilla on kuitenkin tärkeämpi rooli. Mitä korkeammalle se kohoaa merenpinnan yläpuolelle, sitä voimakkaammaksi altistuminen tulee, koska ilmaraon paksuus ja tiheys pienenevät sen noustessa ja sen seurauksena suojaominaisuudet heikkenevät.

Merenpinnalla asuvat saavat ulkoisen annoksen noin 0,3 meV vuodessa, 4000 metrin korkeudessa - jo 1,7 meV. 12 km:n korkeudessa kosmisten säteiden aiheuttama säteilyannos kasvaa noin 25-kertaiseksi maahan verrattuna. Lentokoneiden miehistö ja matkustajat saavat 2400 km:n matkan lennon aikana 10 μSv (0,01 meV tai 1 mrem) säteilyannoksen, kun Moskovasta Habarovskiin lennolla tämä luku on jo 40 - 50 μEv. Tässä ei ainoastaan ​​lennon kesto, vaan myös korkeus merenpinnasta.

Maan säteily, joka antaa noin 0,35 meV/vuosi ulkoisen altistuksen, tulee pääasiassa niistä mineraalikivistä, jotka sisältävät kaliumia - 40, rubidium - 87, uraania - 238, torium - 232. Luonnollisesti maasäteilyn tasot planeetallamme ovat eivät ole samat ja vaihtelevat enimmäkseen 0,3 - 0,6 meV/v. Joissakin paikoissa nämä luvut ovat moninkertaisia.

Kaksi kolmasosaa väestön sisäisestä altistumisesta luonnollisista lähteistä tulee radioaktiivisten aineiden nielemisestä elimistöön ruoan, veden ja ilman mukana. Keskimäärin ihminen saa noin 180 μEv / vuosi kaliumista - 40, joka imeytyy elimistössä yhdessä ei-radioaktiivisen kaliumin kanssa, jota tarvitaan elämään. Lyijynuklidit - 210, polonium - 210 ovat keskittyneet kaloihin ja äyriäisiin. Siksi ihmiset, jotka kuluttavat paljon kalaa ja muita mereneläviä, saavat suhteellisen suuria annoksia sisäistä säteilyä.

Myös hirvenlihaa syövät pohjoisten alueiden asukkaat altistuvat korkeammalle säteilyaltistukselle, koska peuran talvella syömä jäkälä tiivistää merkittäviä määriä poloniumin ja lyijyn radioaktiivisia isotooppeja.

Viime aikoina tutkijat ovat havainneet, että merkittävin kaikista luonnollisista säteilyn lähteistä on radioaktiivinen radonkaasu - näkymätön, mauton, hajuton kaasu, joka on 7,5 kertaa ilmaa raskaampaa. Luonnossa radonia esiintyy kahdessa päämuodossa: radon - 222 ja radon - 220. Suurin osa säteilystä ei tule itse radonista, vaan tytärhajoamistuotteista, joten henkilö saa merkittävän osan altistusannoksesta radonista. radionuklideja, jotka pääsevät kehoon hengitetyn ilman mukana.

Radonia vapautuu maankuoresta kaikkialla, joten ihminen saa siitä suurimman osan altistumisesta ollessaan suljetussa, tuulettamattomassa huoneessa rakennusten alemmissa kerroksissa, jossa kaasu tihkuu perustusten ja lattian läpi. Sen pitoisuus sisätiloissa on yleensä 8 kertaa korkeampi kuin kadulla ja ylemmissä kerroksissa pienempi kuin pohjakerroksessa. Puu, tiili, betoni vapauttavat pienen määrän kaasua, mutta graniitti ja rauta - paljon enemmän. Alumiinioksidi on erittäin radioaktiivista. Joillakin rakentamisessa käytetyillä teollisuusjätteillä on suhteellisen korkea radioaktiivisuus, esimerkiksi punaiset savitiilet (alumiinituotannon jäte), masuunikuona (rautametallurgiassa), lentotuhka (muodostuu hiilen polttamisesta).

Viime vuosikymmeninä ihmiset ovat olleet intensiivisesti kiinnostuneita ydinfysiikan ongelmista. Hän loi satoja keinotekoisia radionuklideja, oppi käyttämään atomin mahdollisuuksia eri teollisuudenaloilla - lääketieteessä, sähkö- ja lämpöenergian tuotannossa, valaisevien kellotaulujen, monien instrumenttien valmistuksessa, mineraalien etsinnässä ja armeijassa. asioihin. Kaikki tämä tietysti johtaa ihmisten lisäaltistukseen. Useimmissa tapauksissa annokset ovat pieniä, mutta joskus ihmisen aiheuttamat lähteet ovat useita tuhansia kertoja voimakkaampia kuin luonnolliset.

Muutokset radioelektronisten laitteiden materiaalien ja elementtien ominaisuuksissa ionisoivan säteilyn vaikutuksesta.

Ionisoivan säteilyn vaikutusalueella sijaitsevat radioelektroniset laitteet voivat muuttaa merkittävästi parametrejaan ja epäonnistua. Nämä vauriot syntyvät radioteknisten (puolijohde-, eriste-, metalli- jne.) materiaalien fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien, laitteiden ja elektroniikkalaitteiden, sähkötekniikan tuotteiden ja rparametrien ja elementtien muuttuessa.

Tuotteiden kykyä suorittaa tehtävänsä ja säilyttää ominaisuudet ja parametrit vahvistettujen standardien puitteissa ionisoivalle säteilylle altistumisen aikana ja sen jälkeen kutsutaan säteilykestävyydeksi.

Säteilytetyn järjestelmän säteilyvaurion aste riippuu sekä säteilytyksen aikana siirtyvän energian määrästä että tämän energian siirtymisnopeudesta. Absorboituneen energian määrä ja sen siirtonopeus puolestaan ​​riippuvat säteilyn tyypistä ja parametreista sekä niiden aineiden ydinfysikaalisista ominaisuuksista, joista säteilytetty esine on valmistettu.

Vikoja, jotka muodostuvat materiaaleihin altistuessaan ionisoivalle säteilylle.

Kaiken tyyppinen elektroni- ja korpuskulaarinen säteily, joka kulkee aineen läpi, on vuorovaikutuksessa joko atomiytimien tai kiertoradan elektronien kanssa, mikä johtaa säteilytetyn aineen ominaisuuksien muutoksiin.

Yleensä erottaa tämän prosessin primaarinen ja toissijainen vaihe. Ensisijainen vaihe eli suora vaikutus koostuu elektronien virityksestä, atomien syrjäyttämisestä hilapaikoista, atomien ja molekyylien virityksestä sekä ydinmuunnoksista. Toissijaiset prosessit koostuvat rakenteen lisävirittämisestä ja tuhoutumisesta primääriprosessien seurauksena "paikaltaan" syrjäytyneiden (syrjäytyneiden) atomeilla, ioneilla ja alkuainehiukkasilla. Heihin sovellettavat lait ovat samat kuin ne, jotka säätelevät prosessin ensisijaisia ​​vaiheita. Siten hiukkaset tai korkeaenergiset kvantit voivat aiheuttaa kaskadiprosessin, jossa muodostuu suuri määrä syrjäytyneitä atomeja, tyhjiä paikkoja, ionisoituneita atomeja, elektroneja jne.

Ionisoivan säteilyn vuorovaikutuksesta johtuvien aineiden ominaisuuksien muutosten nykyaikainen tulkinta perustuu materiaalissa olevien erilaisten vikojen muodostumisprosessin huomioimiseen.

Säteilymuutokset materiaaleissa ovat seuraavan tyyppisiä:

Avoimet työpaikat (vapaat solmut)

Epäpuhtausatomit (epäpuhtausatomit)

Korvaustörmäykset

Terminen (lämpö) huiput

Offset Peaks

Ionisaatiovaikutukset

Ionisoivan säteilyn käytännön käyttö.

Ionisoivan säteilyn soveltamisala on erittäin laaja:

Teollisuudessa nämä ovat jättiläisreaktoreita ydinvoimaloihin, meri- ja suolaveden suolanpoistoon, transuraanielementtien tuotantoon; niitä käytetään myös aktivointianalyysissä epäpuhtauksien nopeaan määrittämiseen seoksista, metallista malmista, hiilen laadusta jne.; erilaisten prosessien automatisointiin, kuten: nestetason mittaus, väliaineen tiheys ja kosteus, kerrospaksuus;

Liikenteessä nämä ovat tehokkaita reaktoreita pinta- ja sukellusveneille;

Maataloudessa nämä ovat laitteistoja vihannesten massasäteilyttämiseksi niiden suojaamiseksi homeelta ja lihan pilaantumiselta; uusien lajikkeiden jalostaminen geneettisten mutaatioiden avulla;

Geologiassa tämä on neutronien kirjaamista öljyn etsinnässä, aktivointianalyysiä metallimalmien etsinnässä ja lajittelussa, luonnontimanttien epäpuhtauksien massaosuuden määrittämiseksi;

Lääketieteessä tämä on teollisen myrkytyksen tutkimusta merkittyjen atomien menetelmällä, taudin diagnosointia aktivaatioanalyysillä, merkittyjen atomien menetelmää ja radiografiaa, kasvainten hoitoa γ-säteillä ja β-hiukkasilla, sterilointia lääkkeet, vaatteet, lääketieteelliset instrumentit ja laitteet γ-säteilyllä jne. d.

Ionisoivan säteilyn käyttöä tapahtuu jopa sellaisilla ihmisen toiminnan alueilla, joilla se ensi silmäyksellä näyttää täysin odottamattomalta. Esimerkiksi arkeologiassa. Lisäksi ionisoivaa säteilyä käytetään rikosteknisissä (valokuvien restauroinnissa ja materiaalinkäsittelyssä).

Johtopäätös.

Olemme pohtineet useita perusongelmia, lähestymistapoja, jotka sinun on tiedettävä, kun suunnittelet ja käytät elektronisia ja sähkölaitteita, jotka on suunniteltu toimimaan ionisoivan säteilyn vaikutuksen alaisena.

Kurssityössä annetaan lyhyttä tietoa elektroniikkalaitteisiin ja sen elementteihin vaikuttavan ionisoivan säteilyn tyypeistä ja ominaisuuksista.

Tiedot ionisoivan säteilyn fysikaalisten suureiden mittayksiköistä on annettu. Siinä tarkastellaan elektronisten laitteiden materiaaleissa ja osissa esiintyvien säteilyvaurioiden tyyppejä.

Ionisoivasta kosmisesta säteilystä saatavilla olevan tiedon analysoinnista voidaan nähdä, että tällä hetkellä näiden tietojen perusteella voidaan tehdä vain likimääräinen arvio säteilyn tasoista, jotka voivat vaikuttaa avaruusobjektien radioelektroniikkalaitteisiin. .

Bibliografia.

1. Ivanov V.I. Ionisoivan säteilyn dosimetria, Atomizdat, 1964.
2. Tutkimus ionisoivan säteilyn mittausten alalla. Toimittanut M.F. Yudina, Leningrad, 1985.
3. Nicolis G., Prigozhin I. Kompleksin tuntemus. M., 1990.
4. Prigogine I., Stengers I. Järjestys kaaoksesta. M., 1986
5. Prigozhin I., Stengers I. Aika, kaaos ja kvantti. M., 1994.
6. http://www.uic.ssu.samara.ru/~nauka/PHIZ/STAT/ATOM/atom.html
7. http://www.atomphysics.cjb.net/
8. http://www.aip.org/history/electron/
9. http://stch-chat.chat.ru/Index.html
10. http://rusnauka.narod.ru/info_ind.html
11. Kremenchugskaya M., Vasilyeva S., Kemia - M: Slovo, 1995. - 479 s.
12. Korovin N.V., Yleisen kemian kurssi - M: Higher School, 1990. - 446s.
13. Klimov A. N. Ydinfysiikka ja ydinreaktorit. Moskova: Atomizdat, 1971.
14. Myakishev G.Ya. Alkuainehiukkasia. M., Koulutus, 1977.