Radiațiile ionizante sunt periculoase. Tipuri de radiații și interacțiunea radiațiilor ionizante cu materia. Trecerea radiațiilor și a radiațiilor ionizante prin obstacole

Radiația radioactivă (sau ionizantă) este energia care este eliberată de atomi sub formă de particule sau unde de natură electromagnetică. Omul este expus unei asemenea influențe atât din surse naturale, cât și din surse antropice.

Proprietățile utile ale radiațiilor au făcut posibilă utilizarea cu succes în industrie, medicină, experimente științificeși cercetare, agricultură și alte domenii. Cu toate acestea, odată cu răspândirea utilizării acestui fenomen, a apărut o amenințare la adresa sănătății umane. O doză mică de expunere la radiații poate crește riscul de a face boli grave.

Diferența dintre radiații și radioactivitate

Radiația, în sens larg, înseamnă radiație, adică propagarea energiei sub formă de unde sau particule. Radiațiile radioactive sunt împărțite în trei tipuri:

• radiația alfa - un flux de nuclee de heliu-4;
• radiația beta - fluxul de electroni;
• radiația gamma este un flux de fotoni de înaltă energie.

Caracterizarea emisiilor radioactive se bazează pe energia lor, proprietățile de transmisie și tipul de particule emise.

Radiația alfa, care este un flux de corpusculi încărcați pozitiv, poate fi blocată de aer sau de îmbrăcăminte. Această specie practic nu pătrunde în piele, dar atunci când intră în organism, de exemplu, prin tăieturi, este foarte periculoasă și are un efect dăunător asupra organelor interne.

Radiația beta are mai multă energie - electronii se mișcă cu de mare viteză iar dimensiunile lor sunt mici. Prin urmare, acest tip de radiație pătrunde prin îmbrăcămintea subțire și pielea adânc în țesuturi. Ecranarea radiațiilor beta se poate face cu o foaie de aluminiu de câțiva milimetri sau o placă groasă de lemn.

Radiația gamma este o radiație de înaltă energie de natură electromagnetică, care are o putere de penetrare puternică. Pentru a vă proteja împotriva acesteia, trebuie să utilizați un strat gros de beton sau o placă din metale grele precum platina și plumbul.

Fenomenul de radioactivitate a fost descoperit în 1896. Descoperirea a fost făcută de fizicianul francez Becquerel. Radioactivitate - capacitatea obiectelor, compușilor, elementelor de a emite studiu ionizant, adică radiații. Motivul fenomenului este instabilitatea nucleului atomic, care eliberează energie în timpul dezintegrarii. Există trei tipuri de radioactivitate:

• natural - caracteristică elementelor grele, al căror număr de serie este mai mare de 82;
• artificial - inițiat în mod specific cu ajutorul reacțiilor nucleare;
• induse - caracteristică obiectelor care devin ele însele o sursă de radiații dacă sunt puternic iradiate.

Elementele care sunt radioactive se numesc radionuclizi. Fiecare dintre ele se caracterizează prin:

• jumătate de viață;
• tipul de radiație emisă;
• energia radiațiilor;
• și alte proprietăți.

Surse de radiații

Corpul uman este expus în mod regulat la radiații radioactive. Aproximativ 80% din suma primită anual provine din raze cosmice. Aerul, apa și solul conțin 60 de elemente radioactive care sunt surse de radiații naturale. Principala sursă naturală de radiație este gazul inert radonul eliberat din sol și roci. Radionuclizii intră și în corpul uman cu alimente. O parte din radiațiile ionizante la care sunt expuși oamenii provin din surse antropogenice, de la generatoare de energie nucleară și reactoare nucleare până la radiații utilizate pentru tratament și diagnosticare medicală. Până în prezent, sursele artificiale comune de radiații sunt:

• echipament medical (principala sursă antropică de radiații);
• industria radiochimică (exploatare minieră, îmbogățirea combustibilului nuclear, prelucrarea deșeurilor nucleare și valorificarea acestora);
• radionuclizi folosiți în agricultură, industria ușoară;
• accidente la instalații radiochimice, explozii nucleare, emisii de radiații
• Materiale de construcție.

Expunerea la radiații conform metodei de penetrare în organism este împărțită în două tipuri: internă și externă. Acesta din urmă este tipic pentru radionuclizii dispersați în aer (aerosoli, praf). Se pun pe piele sau pe haine. În acest caz, sursele de radiații pot fi îndepărtate prin spălare. Iradierea externă provoacă arsuri ale membranelor mucoase și ale pielii. În tipul intern, radionuclidul intră în sânge, de exemplu prin injectare într-o venă sau prin răni, și este îndepărtat prin excreție sau terapie. O astfel de radiație provoacă tumori maligne.

Fondul radioactiv depinde în mod semnificativ de locație geografică- în unele regiuni, nivelul radiațiilor poate depăși media de sute de ori.

Efectul radiațiilor asupra sănătății umane

Radiațiile radioactive din cauza efectului ionizant duc la formarea de radicali liberi în corpul uman - molecule agresive active din punct de vedere chimic care provoacă deteriorarea celulelor și moartea.

Celulele tractului gastrointestinal, sistemele reproductive și hematopoietice sunt deosebit de sensibile la acestea. Expunerea la radioactiv le perturbă activitatea și provoacă greață, vărsături, tulburări de scaun și febră. Acționând asupra țesuturilor oculare, poate duce la cataractă prin radiații. Consecințele radiațiilor ionizante includ, de asemenea, leziuni precum scleroza vasculară, imunitatea afectată și o încălcare a aparatului genetic.

Sistemul de transmitere a datelor ereditare are o organizare fină. Radicalii liberi și derivații lor pot deteriora structura ADN-ului purtător informatii genetice. Acest lucru duce la mutații care afectează sănătatea generațiilor viitoare.

Natura impactului radiațiilor radioactive asupra organismului este determinată de o serie de factori:

• tipul de radiație;
• intensitatea radiației;
• caracteristicile individuale ale organismului.

Este posibil ca rezultatele expunerii la radiații să nu apară imediat. Uneori, efectele sale devin vizibile după o perioadă considerabilă de timp. În același timp, o singură doză mare de radiații este mai periculoasă decât expunerea pe termen lung la doze mici.

Cantitatea de radiație absorbită este caracterizată de o valoare numită Sievert (Sv).

• Fondul normal de radiație nu depășește 0,2 mSv/h, ceea ce corespunde la 20 de microroentgens pe oră. Când radiografiază un dinte, o persoană primește 0,1 mSv.

• Doza unică letală este de 6-7 Sv.

Aplicarea radiațiilor ionizante

Radiațiile radioactive sunt utilizate pe scară largă în tehnologie, medicină, știință, industria militară și nucleară și în alte domenii ale activității umane. Fenomenul stă la baza unor dispozitive precum detectoare de fum, generatoare de energie, alarme pentru înghețare, ionizatoare de aer.

În medicină, radiațiile radioactive sunt folosite în terapia cu radiații pentru a trata cancerul. Radiațiile ionizante au permis crearea de radiofarmaceutice. Sunt folosite pentru teste de diagnostic. Pe baza radiațiilor ionizante sunt dispuse instrumente pentru analiza compoziției compușilor și sterilizare.

Descoperirea radiațiilor radioactive a fost, fără exagerare, revoluționară – utilizarea acestui fenomen a adus omenirea la un nou nivel de dezvoltare. Cu toate acestea, a devenit, de asemenea, o amenințare pentru mediu și sănătatea umană. În acest sens, menținerea siguranței radiațiilor este sarcină importantă modernitate.

ionizant numită radiație, care, trecând prin mediu, provoacă ionizarea sau excitarea moleculelor mediului. Radiațiile ionizante, precum radiațiile electromagnetice, nu sunt percepute de simțurile umane. Prin urmare, este deosebit de periculos, deoarece o persoană nu știe că este expusă. Radiațiile ionizante se numesc altfel radiații.

Radiația este un flux de particule (particule alfa, particule beta, neutroni) sau energie electromagnetică de frecvențe foarte înalte (gama sau raze X).

Poluarea mediului de producție cu substanțe care sunt surse de radiații ionizante se numește contaminare radioactivă.

Poluarea nucleară este o formă de poluare fizică (energetică) asociată cu excesul nivelului natural de conținut substanțe radioactiveîn mediu ca urmare a activității umane.

Substanțele sunt formate din particule minuscule elemente chimice- atomi. Atomul este divizibil și are structura complexa. În centrul unui atom al unui element chimic se află o particulă materială numită nucleu atomic, în jurul căreia se rotesc electronii. Majoritatea atomilor elementelor chimice au o mare stabilitate, adică stabilitate. Cu toate acestea, într-un număr de elemente cunoscute în natură, nucleele se descompun spontan. Astfel de elemente sunt numite radionuclizi. Același element poate avea mai mulți radionuclizi. În acest caz se numesc radioizotopi element chimic. Dezintegrarea spontană a radionuclizilor este însoțită de radiații radioactive.

Dezintegrarea spontană a nucleelor ​​anumitor elemente chimice (radionuclizi) se numește radioactivitate.

Radiațiile radioactive pot fi de diferite tipuri: fluxuri de particule cu energie mare, o undă electromagnetică cu o frecvență mai mare de 1,5,10 17 Hz.

Particulele emise vin în multe forme, dar cele mai frecvent emise sunt particulele alfa (radiația α) și particulele beta (radiația β). Particula alfa este grea și are energie mare; este nucleul atomului de heliu. O particulă beta este de aproximativ 7336 de ori mai ușoară decât o particulă alfa, dar poate avea și energie mare. Radiația beta este un flux de electroni sau pozitroni.

Radiația electromagnetică radioactivă (se mai numește și radiație fotonică), în funcție de frecvența undei, este raze X (1,5. 10 17 ... 5, 10 19 Hz) și radiații gamma (mai mult de 5, 10 19 Hz) . Radiația naturală este doar radiație gamma. Radiația cu raze X este artificială și apare în tuburile cu raze catodice la tensiuni de zeci și sute de mii de volți.

Radionuclizii, care emit particule, se transformă în alți radionuclizi și elemente chimice. Radionuclizii se descompun cu viteze diferite. Rata de dezintegrare a radionuclizilor se numește activitate. Unitatea de măsură a activității este numărul de dezintegrari pe unitatea de timp. O dezintegrare pe secundă se numește becquerel (Bq). Adesea, pentru măsurarea activității se folosește o altă unitate - curie (Ku), 1 Ku = 37,10 9 Bq. Unul dintre primii radionuclizi studiați în detaliu a fost radiul-226. A fost studiat pentru prima dată de către Curies, după care poartă numele unității de măsură a activității. Numărul de dezintegrari pe secundă care apar în 1 g de radiu-226 (activitate) este de 1 Ku.

Se numește timpul necesar pentru ca jumătate dintr-un radionuclid să se descompună jumătate de viață(T 1/2). Fiecare radionuclid are propriul său timp de înjumătățire. Intervalul de T 1/2 pentru diferiți radionuclizi este foarte larg. Se schimbă de la secunde la miliarde de ani. De exemplu, cel mai cunoscut radionuclid natural, uraniul-238, are un timp de înjumătățire de aproximativ 4,5 miliarde de ani.

În timpul dezintegrarii, cantitatea de radionuclid scade și activitatea acestuia scade. Modelul prin care activitatea scade respectă legea dezintegrarii radioactive:

Unde A 0 - activitate inițială, A- activitate pe o perioadă de timp t.

Tipuri de radiații ionizante

Radiațiile ionizante apar în timpul funcționării dispozitivelor pe bază de izotopi radioactivi, în timpul funcționării dispozitivelor cu vid, afișajelor etc.

Radiațiile ionizante sunt corpuscular(alfa, beta, neutroni) și electromagnetic radiații (gama, raze X), capabile să creeze atomi încărcați și molecule de ioni atunci când interacționează cu materia.

radiatii alfa este un flux de nuclee de heliu emis de materie în timpul dezintegrarii radioactive a nucleelor ​​sau în timpul reacțiilor nucleare.

Cu cât energia particulelor este mai mare, cu atât ionizarea totală cauzată de aceasta în substanță este mai mare. Gama de particule alfa emise de o substanță radioactivă ajunge la 8-9 cm în aer, iar în țesutul viu - câteva zeci de microni. Având o masă relativ mare, particulele alfa își pierd rapid energia atunci când interacționează cu materia, ceea ce determină capacitatea lor scăzută de penetrare și ionizarea specifică ridicată, în valoare de câteva zeci de mii de perechi de ioni pe 1 cm de cale în aer.

radiații beta - fluxul de electroni sau pozitroni rezultat din dezintegrarea radioactivă.

Gama maximă în aer a particulelor beta este de 1800 cm, iar în țesuturile vii - 2,5 cm Capacitatea de ionizare a particulelor beta este mai mică (câteva zeci de perechi pe 1 cm de interval), iar puterea de penetrare este mai mare decât cea a particulelor beta. particule alfa.

Neutroni, al căror flux se formează radiații neutronice,îşi transformă energia în interacţiuni elastice şi inelastice cu nucleele atomice.

Cu interacțiuni inelastice, apare radiația secundară, care poate consta atât din particule încărcate, cât și din quanta gamma (radiația gamma): cu interacțiuni elastice, ionizarea obișnuită a unei substanțe este posibilă.

Puterea de penetrare a neutronilor depinde în mare măsură de energia lor și de compoziția materiei atomilor cu care interacționează.

radiații gamma - radiații electromagnetice (fotonice) emise în timpul transformărilor nucleare sau interacțiunilor cu particule.

Radiația gamma are o putere mare de penetrare și un efect ionizant scăzut.

radiații cu raze X apare în mediul din jurul sursei de radiație beta (în tuburi de raze X, acceleratoare de electroni) și este o combinație de bremsstrahlung și radiații caracteristice. Bremsstrahlung este radiația fotonică cu un spectru continuu emisă atunci când energia cinetică a particulelor încărcate se modifică; radiația caracteristică este o radiație fotonică cu un spectru discret, emisă atunci când starea energetică a atomilor se modifică.

La fel ca radiațiile gamma, razele X au o putere de ionizare scăzută și o adâncime mare de penetrare.

Surse de radiații ionizante

Tipul de daune cauzate de radiații pentru o persoană depinde de natura surselor de radiații ionizante.

Fondul de radiație naturală este format din radiații cosmice și radiații de substanțe radioactive distribuite în mod natural.

Pe lângă expunerea naturală, o persoană este expusă la expunerea din alte surse, de exemplu: în producerea de raze X ale craniului - 0,8-6 R; coloana vertebrală - 1,6-14,7 R; plămâni (fluorografie) - 0,2-0,5 R; torace cu fluoroscopie - 4,7-19,5 R; tractul gastrointestinal cu fluoroscopie - 12-82 R; dinți - 3-5 R.

O singură iradiere de 25-50 rem duce la modificări minore de scurtă durată în sânge; la doze de 80-120 rem apar semne de boală de radiații, dar fără un rezultat letal. Boala acută de radiații se dezvoltă cu o singură iradiere de 200-300 rem, în timp ce un rezultat letal este posibil în 50% din cazuri. Rezultatul letal în 100% din cazuri apare la doze de 550-700 rem. În prezent, există o serie de medicamente antiradiații. slăbirea efectului radiațiilor.

Boala cronică de radiații se poate dezvolta cu expunerea continuă sau repetată la doze semnificativ mai mici decât cele care provoacă o formă acută. Cele mai caracteristice semne ale formei cronice de radiații sunt modificări ale sângelui, sistem nervos, leziuni cutanate locale, leziuni ale cristalinului ochiului, scăderea imunității.

Gradul depinde dacă expunerea este externă sau internă. Expunerea internă este posibilă prin inhalare, ingestia de radioizotopi și pătrunderea acestora în corpul uman prin piele. Unele substanțe sunt absorbite și acumulate în anumite organe, rezultând doze locale mari de radiații. De exemplu, izotopii de iod care se acumulează în organism pot provoca leziuni ale glandei tiroide, elementele pământurilor rare pot provoca tumori hepatice, izotopii de cesiu și rubidiu pot provoca tumori ale țesuturilor moi.

Surse artificiale de radiații

Pe lângă expunerea din surse naturale de radiații, care au fost și sunt întotdeauna și pretutindeni, în secolul XX, au apărut surse suplimentare de radiații asociate activității umane.

În primul rând, aceasta este utilizarea razelor X și a radiațiilor gamma în medicină în diagnosticul și tratamentul pacienților. , obținute prin procedee adecvate, pot fi foarte mari, mai ales în tratamentul tumorilor maligne cu radioterapie, când direct în zona tumorală pot ajunge la 1000 rem sau mai mult. În timpul examinărilor cu raze X, doza depinde de momentul examinării și de organul care este diagnosticat și poate varia foarte mult - de la câteva rem atunci când fotografiați un dinte până la zeci de rem când examinăm tractul gastrointestinal și plămânii . Imaginile fluorografice oferă doza minimă, iar examinările fluorografice anuale preventive nu trebuie în niciun caz abandonate. Doza medie primită de oameni de la cercetare medicala, este de 0,15 rem pe an.

În a doua jumătate a secolului al XX-lea, oamenii au început să folosească în mod activ radiațiile în scopuri pașnice. Sunt utilizați diferiți radioizotopi în cercetare științifică, în diagnosticarea obiectelor tehnice, în instrumentație etc. Și în sfârșit, energia nucleară. Centralele nucleare sunt folosite la centrale nucleare (CNP), spărgătoare de gheață, nave și submarine. În prezent, peste 400 de reactoare nucleare cu un total energie electrică peste 300 milioane kW. Pentru producția și prelucrarea combustibilului nuclear, un întreg complex de întreprinderi s-a unit în ciclul combustibilului nuclear(NFC).

NFC include întreprinderile miniere de uraniu ( mine de uraniu), îmbogățirea acestuia (instalații de concentrare), producția celule de combustibil, centralele nucleare propriu-zise, ​​întreprinderile de prelucrare secundară a combustibilului nuclear uzat (instalații radiochimice), pentru depozitarea și prelucrarea temporară a deșeurilor radioactive rezultate din ciclul combustibilului nuclear și, în final, puncte pentru eliminarea permanentă a deșeurilor radioactive. (depozite). În toate etapele NFC, substanțele radioactive afectează personalul de exploatare într-o măsură mai mare sau mai mică, în toate etapele pot apărea eliberări (normale sau accidentale) de radionuclizi în mediu și creează o doză suplimentară pentru populație, în special pentru cei care locuiesc în zona întreprinderilor NFC.

De unde provin radionuclizii în timpul funcționării normale a centralelor nucleare? Radiația din interiorul unui reactor nuclear este enormă. Fragmente de fisiune a combustibilului, diferite particule elementare pot pătrunde în carcasele de protecție, microfisuri și pot pătrunde în lichidul de răcire și aer. O serie de operațiuni tehnologice în producția de energie electrică la centralele nucleare pot duce la poluarea apei și a aerului. Prin urmare, centralele nucleare sunt echipate cu un sistem de purificare a apei și gazelor. Emisiile în atmosferă se realizează printr-un coș de fum înalt.

În timpul funcționării normale a centralelor nucleare, emisiile în mediu sunt mici și au un impact redus asupra populației care locuiește în vecinătate.

Cel mai mare pericol din punct de vedere al securității radiațiilor îl reprezintă instalațiile de prelucrare a combustibilului nuclear uzat, care are o activitate foarte mare. Aceste întreprinderi se formează un numar mare de deșeuri lichide cu radioactivitate ridicată, există riscul unei reacții spontane în lanț (pericol nuclear).

Problema tratării deșeurilor radioactive, care reprezintă o sursă foarte semnificativă de contaminare radioactivă a biosferei, este foarte dificilă.

Cu toate acestea, protecția complexă și costisitoare împotriva radiațiilor la întreprinderile NFC face posibilă protejarea oamenilor și mediu inconjurator la valori foarte mici, semnificativ mai mici decât fondul tehnogen existent. O altă situație apare atunci când există o abatere de la modul normal de funcționare și mai ales în timpul accidentelor. Astfel, accidentul care a avut loc în 1986 (care poate fi clasificat drept o catastrofă globală - cel mai mare accident la întreprinderile din ciclul combustibilului nuclear din întreaga istorie a dezvoltării energiei nucleare) la Centrala nucleara de la Cernobîl a condus la eliberarea în mediu a doar 5% din tot combustibilul. Ca urmare, au fost eliberați în mediu radionuclizi cu o activitate totală de 50 de milioane de Ci. Această eliberare a dus la expunerea unui număr mare de oameni, un număr mare de decese, contaminarea unor suprafețe foarte mari, nevoia de relocare în masă a oamenilor.

Accidentul de la centrala nucleară de la Cernobîl a arătat clar că metoda nucleară de generare a energiei este posibilă doar dacă sunt excluse în principiu accidentele de mare amploare la întreprinderile din ciclul combustibilului nuclear.

În viața de zi cu zi, radiațiile ionizante sunt întâlnite în mod constant. Nu le simțim, dar nu putem nega impactul lor asupra celor vii și natura neînsuflețită. Nu cu mult timp în urmă, oamenii au învățat să le folosească atât pentru bine, cât și ca arme de distrugere în masă. Cu o utilizare adecvată, aceste radiații pot schimba viața omenirii în bine.

Tipuri de radiații ionizante

Pentru a înțelege particularitățile influenței asupra organismelor vii și nevii, trebuie să aflați care sunt acestea. De asemenea, este important să le cunoaștem natura.

Radiația ionizantă este o undă specială care poate pătrunde prin substanțe și țesuturi, provocând ionizarea atomilor. Există mai multe tipuri: radiații alfa, radiații beta, radiații gamma. Toate au o încărcătură și o capacitate diferită de a acționa asupra organismelor vii.

Radiația alfa este cea mai încărcată dintre toate tipurile. Are o energie extraordinară, capabilă să provoace radiații chiar și în doze mici. Dar cu iradiere directă, pătrunde doar în straturile superioare ale pielii umane. Chiar și o foaie subțire de hârtie protejează împotriva razelor alfa. În același timp, intrând în organism cu alimente sau prin inhalare, sursele acestei radiații devin rapid cauza morții.

Razele beta au o sarcină puțin mai mică. Ele sunt capabile să pătrundă adânc în corp. Cu expunerea prelungită, ele provoacă moartea unei persoane. Dozele mai mici provoacă o modificare a structurii celulare. O foaie subțire de aluminiu poate servi drept protecție. Radiațiile din interiorul corpului sunt, de asemenea, mortale.

Cea mai periculoasă este considerată a fi radiația gamma. Pătrunde prin corp. În doze mari, provoacă arsuri de radiații, boală de radiații și deces. Singura protecție împotriva acesteia poate fi plumbul și un strat gros de beton.

Razele X sunt considerate a fi un tip special de radiații gamma, care sunt generate într-un tub de raze X.

Istoria cercetării

Pentru prima dată, lumea a aflat despre radiațiile ionizante pe 28 decembrie 1895. În această zi, Wilhelm K. Roentgen a anunțat că a descoperit un tip special de raze care ar putea trece prin diferite materiale și prin corpul uman. Din acel moment, mulți medici și oameni de știință au început să lucreze activ cu acest fenomen.

Multă vreme, nimeni nu a știut despre efectul său asupra corpului uman. Prin urmare, în istorie există multe cazuri de deces prin expunere excesivă.

Soții Curies au studiat în detaliu sursele și proprietățile pe care le au radiațiile ionizante. Acest lucru a făcut posibilă utilizarea acestuia cu beneficii maxime, evitând consecințele negative.

Surse naturale și artificiale de radiații

Natura a creat o varietate de surse de radiații ionizante. În primul rând, este radiația luminii solare și a spațiului. Cea mai mare parte este absorbită de stratul de ozon, care se află deasupra planetei noastre. Dar unii dintre ei ajung la suprafața Pământului.

Pe Pământ însuși, sau mai degrabă în adâncurile sale, există unele substanțe care produc radiații. Printre aceștia se numără izotopi de uraniu, stronțiu, radon, cesiu și alții.

Sursele artificiale de radiații ionizante sunt create de om pentru o varietate de cercetare și producție. În același timp, puterea radiației poate fi de multe ori mai mare decât indicatorii naturali.

Chiar și în condiții de protecție și respectarea măsurilor de siguranță, oamenii primesc doze de radiații periculoase pentru sănătate.

Unități de măsură și doze

Radiațiile ionizante sunt de obicei corelate cu interacțiunea sa cu corpul uman. Prin urmare, toate unitățile de măsură sunt într-un fel legate de capacitatea unei persoane de a absorbi și acumula energie de ionizare.

În sistemul SI, dozele de radiații ionizante sunt măsurate în unități numite gri (Gy). Arată cantitatea de energie pe unitatea de substanță iradiată. Un Gy este egal cu un J/kg. Dar pentru comoditate, unitatea off-system rad este mai des folosită. Este egal cu 100 Gr.

Fondul de radiații de pe sol este măsurat prin doze de expunere. O doză este egală cu C/kg. Această unitate este utilizată în sistemul SI. Unitatea din afara sistemului care îi corespunde se numește roentgen (R). Pentru a obține o doză absorbită de 1 rad, trebuie să cedeți la o doză de expunere de aproximativ 1 R.

Deoarece diferitele tipuri de radiații ionizante au o încărcătură diferită de energie, măsurarea acesteia este de obicei comparată cu influența biologică. În sistemul SI, unitatea unui astfel de echivalent este sievert (Sv). Omologul său în afara sistemului este rem.

Cu cât radiația este mai puternică și mai lungă, cu atât este mai multă energie absorbită de organism, cu atât influența sa este mai periculoasă. Pentru a afla timpul permis ca o persoană să rămână în poluarea cu radiații, se folosesc dispozitive speciale - dozimetre care măsoară radiațiile ionizante. Acestea sunt atât dispozitive pentru uz individual, cât și instalații industriale mari.

Efect asupra organismului

Contrar credinței populare, orice radiație ionizantă nu este întotdeauna periculoasă și mortală. Acest lucru poate fi văzut în exemplul razelor ultraviolete. În doze mici, stimulează generarea de vitamina D în organismul uman, regenerarea celulară și creșterea pigmentului de melanină, care conferă un bronz frumos. Dar expunerea prelungită provoacă arsuri grave și poate provoca cancer de piele.

ÎN anul trecut impactul radiațiilor ionizante asupra corpului uman și aplicarea sa practică sunt studiate activ.

În doze mici, radiațiile nu dăunează organismului. Până la 200 de miliroentgens pot reduce numărul de celule albe din sânge. Simptomele unei astfel de expuneri vor fi greață și amețeli. Aproximativ 10% dintre oameni mor după ce au primit o astfel de doză.

Dozele mari provoacă suferință sistem digestiv, căderea părului, arsuri ale pielii, modificări ale structurii celulare a corpului, dezvoltarea celulelor canceroase și moartea.

Boala radiațiilor

Acțiunea prelungită a radiațiilor ionizante asupra organismului și primirea acestuia a unei doze mari de radiații poate provoca boala radiațiilor. Mai mult de jumătate din cazurile acestei boli sunt fatale. Restul devin cauza unui număr de boli genetice și somatice.

La nivel genetic, apar mutații în celulele germinale. Schimbările lor devin evidente în generațiile următoare.

Bolile somatice sunt exprimate prin carcinogeneză, modificări ireversibile ale diferitelor organe. Tratamentul acestor boli este lung și destul de dificil.

Tratamentul leziunilor cauzate de radiații

Ca urmare a efectelor patogene ale radiațiilor asupra organismului, apar diferite leziuni ale organelor umane. În funcție de doza de radiații, se efectuează diferite metode de terapie.

În primul rând, pacientul este plasat într-o secție sterilă pentru a evita posibilitatea infectării zonelor deschise de piele afectate. În plus, sunt efectuate proceduri speciale care contribuie la îndepărtarea rapidă a radionuclizilor din organism.

Pentru leziunile severe, poate fi necesar un transplant de măduvă osoasă. Din cauza radiațiilor, își pierde capacitatea de a reproduce celulele roșii din sânge.

Dar în cele mai multe cazuri, tratamentul leziunilor ușoare se reduce la anestezia zonelor afectate, stimulând regenerarea celulară. Se acordă multă atenție reabilitării.

Impactul radiațiilor ionizante asupra îmbătrânirii și cancerului

În legătură cu influența razelor ionizante asupra corpului uman, oamenii de știință au efectuat diverse experimente care demonstrează dependența proceselor de îmbătrânire și carcinogeneză de doza de radiații.

Grupuri de culturi celulare au fost iradiate în condiții de laborator. Ca rezultat, a fost posibil să se demonstreze că chiar și o iradiere ușoară contribuie la accelerarea îmbătrânirii celulare. Mai mult, cu cât cultura este mai veche, cu atât este mai supusă acestui proces.

Iradierea prelungită duce la moartea celulelor sau la diviziune și creștere anormală și rapidă. Acest fapt indică faptul că radiațiile ionizante au un efect cancerigen asupra corpului uman.

În același timp, impactul valurilor asupra celulelor canceroase afectate a dus la moartea lor completă sau la oprirea proceselor de divizare a acestora. Această descoperire a ajutat la dezvoltarea unei tehnici de tratare a cancerelor umane.

Aplicații practice ale radiațiilor

Pentru prima dată, radiațiile au început să fie folosite în practica medicală. Cu ajutorul razelor X, medicii au reușit să privească în interiorul corpului uman. În același timp, aproape că nu i s-a făcut niciun rău.

Mai departe, cu ajutorul radiațiilor, au început să trateze cancerul. În cele mai multe cazuri, această metodă are un efect pozitiv, în ciuda faptului că întregul corp este expus la un efect puternic al radiațiilor, care implică o serie de simptome de boală de radiații.

Pe lângă medicamente, razele ionizante sunt folosite în alte industrii. Supraveghetorii care folosesc radiații pot studia caracteristicile structurale Scoarta terestraîn zonele sale individuale.

Capacitatea unor fosile de a elibera o cantitate mare de energie, umanitatea a învățat să o folosească în propriile sale scopuri.

Energie nucleara

Energia nucleară este viitorul întregii populații de pe Pământ. Centralele nucleare sunt surse de energie electrică relativ ieftină. Cu condiția ca acestea să fie exploatate corespunzător, astfel de centrale electrice sunt mult mai sigure decât centralele termice și centralele hidroelectrice. De la centralele nucleare, există mult mai puțină poluare a mediului, atât cu excesul de căldură, cât și cu deșeurile de producție.

În același timp, pe baza energiei atomice, oamenii de știință au dezvoltat arme de distrugere în masă. În acest moment, pe planetă există atât de multe bombe atomice încât lansarea unui număr mic dintre ele poate provoca o iarnă nucleară, în urma căreia aproape toate organismele vii care o locuiesc vor muri.

Mijloace și metode de protecție

Utilizarea radiațiilor în viața de zi cu zi necesită precauții serioase. Protecția împotriva radiațiilor ionizante este împărțită în patru tipuri: timp, distanță, număr și ecranare a surselor.

Chiar și într-un mediu cu un fundal puternic de radiații, o persoană poate rămâne o perioadă de timp fără a dăuna sănătății sale. Acest moment determină protecția timpului.

Cu cât distanța până la sursa de radiație este mai mare, cu atât doza de energie absorbită este mai mică. Prin urmare, trebuie evitat contactul strâns cu locurile în care există radiații ionizante. Acest lucru este garantat pentru a proteja împotriva consecințelor nedorite.

Dacă este posibil să se utilizeze surse cu radiații minime, li se acordă preferință în primul rând. Aceasta este protecție prin cantitate.

Ecranarea, pe de altă parte, înseamnă crearea de bariere prin care razele dăunătoare nu pătrund. Un exemplu în acest sens sunt ecranele de plumb din camerele cu raze X.

protecția gospodăriei

În cazul în care se declară un dezastru de radiații, toate ferestrele și ușile trebuie închise imediat și încercați să faceți aprovizionare cu apă din surse închise. Mâncarea ar trebui să fie doar conservată. Când vă deplasați într-o zonă deschisă, acoperiți corpul cât mai mult posibil cu îmbrăcăminte, iar fața cu un respirator sau tifon umed. Încercați să nu aduceți îmbrăcăminte exterioară și pantofi în casă.

De asemenea, este necesar să se pregătească pentru o eventuală evacuare: strângeți documente, o rezervă de haine, apă și alimente pentru 2-3 zile.

Radiațiile ionizante ca factor de mediu

Există destul de multe zone contaminate cu radiații pe planeta Pământ. Motivul pentru aceasta este atât procesele naturale, cât și dezastrele provocate de om. Cele mai cunoscute dintre ele sunt accidentul de la Cernobîl și bombele atomice peste orașele Hiroshima și Nagasaki.

În astfel de locuri, o persoană nu poate fi lipsită de rău sănătății sale. În același timp, nu este întotdeauna posibil să aflați în prealabil despre poluarea cu radiații. Uneori, chiar și un fundal de radiații necritice poate provoca un dezastru.

Motivul pentru aceasta este capacitatea organismelor vii de a absorbi și acumula radiații. În același timp, ei înșiși se transformă în surse de radiații ionizante. Cunoscutele glume „negre” despre ciupercile de la Cernobîl se bazează tocmai pe această proprietate.

În astfel de cazuri, protecția împotriva radiațiilor ionizante se reduce la faptul că toate produsele de consum sunt supuse unui examen radiologic atent. În același timp, există întotdeauna șansa de a cumpăra celebrele „ciuperci de la Cernobîl” în piețele spontane. Prin urmare, ar trebui să vă abțineți de la a cumpăra de la vânzători neverificați.

Corpul uman tinde să acumuleze substanțe periculoase, rezultând o otrăvire treptată din interior. Nu se știe exact când se vor face simțite efectele acestor otrăvuri: într-o zi, un an sau o generație.

radiatii ionizante

Radiația ionizantă este radiația electromagnetică care este creată în timpul dezintegrarii radioactive, transformărilor nucleare, decelerării particulelor încărcate din materie și formează ioni de diferite semne atunci când interacționează cu mediul.

Surse de radiații ionizante. În producție, sursele de radiații ionizante pot fi izotopi radioactivi (radionuclizi) de origine naturală sau artificială utilizați în procese tehnologice, acceleratoare, aparate cu raze X, lămpi radio.

Radionuclizii artificiali ca urmare a transformărilor nucleare în elementele combustibile ale reactoarelor nucleare după separarea radiochimică specială sunt utilizați în economia țării. În industrie, radionuclizii artificiali sunt utilizați pentru detectarea defectelor metalelor, în studierea structurii și uzurii materialelor, în aparate și dispozitive care îndeplinesc funcții de control și semnalizare, ca mijloc de stingere a electricității statice etc.

Elementele radioactive naturale sunt numite radionuclizi formați din toriu, uraniu și actiniu radioactiv natural.

Tipuri de radiații ionizante. În rezolvarea problemelor de producție, există varietăți de radiații ionizante, cum ar fi (fluxuri corporale de particule alfa, electroni (particule beta), neutroni) și fotoni (bremsstrahlung, radiații X și gamma).

Radiația alfa este un flux de nuclee de heliu emis în principal de un radionuclid natural în timpul dezintegrarii radioactive.Intervalul de particule alfa din aer ajunge la 8-10 cm, în țesutul biologic de câteva zeci de micrometri. Deoarece intervalul de particule alfa din materie este mic, iar energia este foarte mare, densitatea lor de ionizare per unitate este foarte mare.

Radiația beta este fluxul de electroni sau pozitroni în timpul dezintegrarii radioactive. Energia radiației beta nu depășește câțiva MeV. Intervalul în aer este de la 0,5 la 2 m, în țesuturile vii - 2-3 cm Capacitatea lor de ionizare este mai mică decât particulele alfa.

Neutronii sunt particule neutre cu masa unui atom de hidrogen. Atunci când interacționează cu materia, își pierd energia în ciocniri elastice (cum ar fi interacțiunea bilelor de biliard) și inelastice (minge lovind o pernă).

Radiația gamma este radiația fotonică care apare atunci când starea energetică a nucleelor ​​atomice se modifică, în timpul transformărilor nucleare sau în timpul anihilării particulelor. Sursele de radiații gamma utilizate în industrie au o energie de 0,01 până la 3 MeV. Radiația gamma are o putere mare de penetrare și un efect ionizant scăzut.

Radiația cu raze X - radiația fotonică, constând din bremsstrahlung și (sau) radiație caracteristică, apare în tuburi de raze X, acceleratoare de electroni, cu o energie fotonică de cel mult 1 MeV. Radiația cu raze X, ca și radiația gamma, are o putere mare de penetrare și o densitate scăzută de ionizare a mediului.

Radiațiile ionizante se caracterizează printr-o serie de caracteristici speciale. Cantitatea de radionuclid este denumită în mod obișnuit activitate. Activitate -- numărul de dezintegrari spontane ale unui radionuclid pe unitatea de timp.

Unitatea SI pentru activitate este becquerelul (Bq).

1Bq = 1 dezintegrare/s.

Unitatea de activitate în afara sistemului este valoarea Curie utilizată anterior (Ci). 1Ci \u003d 3,7 * 10 10 Bq.

doze de radiații. Când radiația ionizantă trece printr-o substanță, aceasta este afectată doar de acea parte a energiei radiației care este transferată substanței, absorbită de aceasta. Porțiunea de energie transferată prin radiație unei substanțe se numește doză. O caracteristică cantitativă a interacțiunii radiațiilor ionizante cu o substanță este doza absorbită.

Doza absorbită D n este raportul dintre energia medie? E transferată prin radiații ionizante unei substanțe dintr-un volum elementar, la o unitate de masă? m a unei substanțe din acest volum

În sistemul SI, gri (Gy), numit după fizicianul și radiobiologul englez L. Gray, este adoptat ca unitate de doză absorbită. 1 Gy corespunde absorbției unei medii de 1 J de energie a radiațiilor ionizante într-o masă de materie egală cu 1 kg; 1 Gy = 1 J/kg.

Echivalentul de doză H T,R este doza absorbită într-un organ sau țesut D n înmulțită cu factorul de ponderare adecvat pentru o radiație dată W R

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

Unitatea de doză echivalentă este J/kg, care are o denumire specială - sievert (Sv).

Valoarea lui W R pentru fotoni, electroni și muoni de orice energie este 1, iar pentru particulele L, fragmente de nuclee grele - 20.

Acțiune biologică radiatii ionizante. Efectul biologic al radiațiilor asupra unui organism viu începe la nivel celular. Un organism viu este format din celule. Nucleul este considerat cea mai sensibilă parte vitală a celulei și principala sa blocuri de construcție sunt cromozomi. În centrul structurii cromozomilor se află o moleculă de acid dioxiribonucleic (ADN), care conține informațiile ereditare ale organismului. Genele sunt localizate pe cromozomi într-o ordine strict definită și fiecărui organism îi corespunde un anumit set de cromozomi din fiecare celulă. La om, fiecare celulă conține 23 de perechi de cromozomi. Radiațiile ionizante provoacă ruperea cromozomilor, urmată de conectarea capetelor rupte în combinații noi. Acest lucru duce la o schimbare a aparatului genic și la formarea de celule fiice care nu sunt aceleași cu cele originale. Dacă apar defecțiuni cromozomiale persistente în celulele germinale, atunci aceasta duce la mutații, adică la apariția descendenților cu alte trăsături la indivizii iradiați. Mutațiile sunt utile dacă duc la creșterea vitalității organismului și dăunătoare dacă se manifestă sub forma diferitelor malformații congenitale. Practica arată că sub acțiunea radiațiilor ionizante, probabilitatea de apariție a mutațiilor benefice este mică.

Pe lângă efectele genetice care pot afecta generațiile ulterioare (malformații congenitale), există și așa-numitele efecte somatice (corpoare) care sunt periculoase nu numai pentru organismul dat în sine (mutație somatică), ci și pentru descendenții acestuia. Mutația somatică se extinde doar la un anumit cerc de celule format prin diviziune obișnuită din celula primara mutant.

Deteriorarea somatică a organismului prin radiații ionizante este rezultatul expunerii la radiații pe un complex mare - grupuri de celule care formează anumite țesuturi sau organe. Radiația încetinește sau chiar oprește complet procesul de diviziune celulară, în care viața lor se manifestă de fapt, iar radiațiile suficient de puternice în cele din urmă ucid celulele. Efectele somatice includ afectarea locală a pielii (arsura prin radiații), cataracta oculară (încețoșarea cristalinului), afectarea organelor genitale (sterilizare pe termen scurt sau permanentă) etc.

S-a stabilit că nu există un nivel minim de radiație sub care să nu aibă loc mutația. Numărul total de mutații cauzate de radiațiile ionizante este proporțional cu dimensiunea populației și cu doza medie de radiație. Manifestarea efectelor genetice depinde puțin de rata dozei, dar este determinată de doza totală acumulată, indiferent dacă a fost primită în 1 zi sau 50 de ani. Se crede că efectele genetice nu au un prag de doză. Efectele genetice sunt determinate numai de doza colectivă efectivă de man-sieverts (man-Sv), iar detectarea unui efect la un individ individual este aproape imprevizibilă.

Spre deosebire de efectele genetice, care sunt cauzate de doze mici de radiații, efectele somatice încep întotdeauna la o anumită doză-prag: la doze mai mici, nu au loc leziuni ale organismului. O altă diferență între afectarea somatică și cea genetică este că organismul este capabil să depășească efectele expunerii în timp, în timp ce deteriorarea celulară este ireversibilă.

Principalele reglementări legale în domeniul securității radiațiilor includ Legea federală „Cu privire la siguranța împotriva radiațiilor a populației” nr. 3-FZ din 01/09/96, Legea federală „Cu privire la bunăstarea sanitară și epidemiologică a populației”. " Nr. 52-FZ din 30/03/99. , Legea federală "Cu privire la utilizarea energiei atomice" Nr. 170-FZ din 21 noiembrie 1995, precum și Standardele de siguranță împotriva radiațiilor (NRB--99). Documentul aparține categoriei de reguli sanitare (SP 2.6.1.758 - 99), avizate de medicul șef sanitar de stat Federația Rusă 2 iulie 1999 și a intrat în vigoare la 1 ianuarie 2000.

Standardele de siguranță împotriva radiațiilor includ termeni și definiții care trebuie utilizați în rezolvarea problemelor de siguranță împotriva radiațiilor. De asemenea, ele stabilesc trei clase de ghiduri: limitele de bază ale dozei; niveluri admisibile care sunt derivate din limitele de doză; limite anuale de admisie, aporturi medii anuale volumetrice admisibile, activități specifice, niveluri admisibile de contaminare a suprafețelor de lucru etc.; niveluri de control.

Raționalizarea radiațiilor ionizante este determinată de natura impactului radiațiilor ionizante asupra corpului uman. În acest caz, se disting două tipuri de efecte legate de afecțiunile din practica medicală: efecte de prag deterministe (radiații, arsuri de radiații, cataractă de radiații, anomalii de dezvoltare a fătului etc.) și efecte stochastice (probabilistice) fără prag (tumori maligne, leucemie, boli ereditare).

Asigurarea securității radiațiilor este determinată de următoarele principii de bază:

1. Principiul raționalizării este de a nu depăși limitele admise ale dozelor individuale de expunere a cetățenilor din toate sursele de radiații ionizante.

2. Principiul justificării este interzicerea tuturor tipurilor de activități cu privire la utilizarea surselor de radiații ionizante, în care beneficiul primit pentru o persoană și societate nu depășește riscul de posibilă vătămare cauzată de expunerea suplimentară la fondul natural de radiații. .

3. Principiul optimizării - menținerea la cel mai scăzut nivel posibil și realizabil, luând în considerare factorii economici și sociali, dozele individuale de expunere și numărul de persoane expuse la utilizarea oricărei surse de radiații ionizante.

Dispozitive de control al radiațiilor ionizante. Toate instrumentele utilizate în prezent pot fi împărțite în trei grupe principale: radiometre, dozimetre și spectrometre. Radiometrele sunt concepute pentru a măsura densitatea de flux a radiațiilor ionizante (alfa sau beta), precum și a neutronilor. Aceste dispozitive sunt utilizate pe scară largă pentru măsurarea contaminării suprafețelor de lucru, echipamentelor, pielii și îmbrăcămintei personalului. Dozimetrele sunt concepute pentru a modifica doza și debitul dozei primite de personal în timpul expunerii externe, în principal radiații gamma. Spectrometrele sunt concepute pentru a identifica contaminanții după caracteristicile lor energetice. În practică, se folosesc spectrometre gamma, beta și alfa.

Asigurarea sigurantei la lucrul cu radiatii ionizante. Toate lucrările cu radionuclizi sunt împărțite în două tipuri: lucru cu surse sigilate de radiații ionizante și lucru cu surse radioactive deschise.

Sursele sigilate de radiații ionizante sunt orice sursă, al căror dispozitiv exclude pătrunderea substanțelor radioactive în aerul zonei de lucru. Sursele deschise de radiații ionizante pot polua aerul din zona de lucru. Prin urmare, cerințele pentru lucrul în siguranță cu surse închise și deschise de radiații ionizante la locul de muncă au fost dezvoltate separat.

Principalul pericol al surselor sigilate de radiații ionizante este expunerea externă, determinată de tipul de radiație, de activitatea sursei, de densitatea fluxului de radiații și de doza de radiație generată de acesta și de doza absorbită. Principii de bază pentru asigurarea siguranței radiațiilor:

Reducerea puterii surselor la valori minime (protecție, cantitate); reducerea timpului de lucru cu surse (protecție în timp); creşterea distanţei de la sursă la muncitori (protecţie prin distanţă) şi ecranarea surselor de radiaţii cu materiale care absorb radiaţiile ionizante (protecţie prin ecrane).

Protecția ecranului - cea mai mare metoda eficienta protecţie împotriva radiaţiilor. În funcție de tipul de radiație ionizantă, pentru fabricarea ecranelor se folosesc diverse materiale, iar grosimea acestora este determinată de puterea radiației. Cele mai bune ecrane de protecție împotriva razelor X și radiațiilor gamma este plumbul, care vă permite să obțineți efectul dorit în ceea ce privește raportul de atenuare cu cea mai mică grosime a ecranului. Ecranele mai ieftine sunt fabricate din sticlă cu plumb, fier, beton, beton barit, beton armat și apă.

Protecția împotriva surselor deschise de radiații ionizante asigură atât protecția împotriva expunerii externe, cât și protecția personalului față de expunerea internă asociată cu posibila pătrundere a substanțelor radioactive în organism prin căile respiratorii, digestive sau cutanate. Modalitățile de protecție a personalului sunt următoarele.

1. Utilizarea principiilor de protecție aplicate atunci când se lucrează cu surse de radiații sigilate.

2. Sigilarea echipamentelor de producție în vederea izolarii proceselor care pot fi surse de intrare a substanțelor radioactive în mediu.

3. Planificarea evenimentelor. Dispunerea camerei presupune izolarea maximă a lucrărilor cu substanțe radioactive din alte încăperi și zone care au un scop funcțional diferit.

4. Utilizarea dispozitivelor și echipamentelor sanitare și igienice, utilizarea materialelor speciale de protecție.

5. Utilizarea echipamentului individual de protecție pentru personal. Toate echipamentele individuale de protecție utilizate pentru a lucra cu surse deschise sunt împărțite în cinci tipuri: salopete, încălțăminte de siguranță, protecție respiratorie, costume izolatoare, echipament suplimentar de protecție.

6. Respectarea regulilor de igienă personală. Aceste reguli prevăd cerințe personale pentru cei care lucrează cu surse de radiații ionizante: interzicerea fumatului în zona de lucru, curățarea temeinică (decontaminarea) a pielii după finalizarea lucrărilor, controlul dozimetric al contaminării salopetelor, încălțămintei și pielii. Toate aceste măsuri presupun excluderea posibilității de pătrundere a substanțelor radioactive în organism.

Servicii de radioprotecție. Siguranța lucrului cu surse de radiații ionizante la întreprinderi este controlată de servicii specializate - serviciile de radioprotecție sunt recrutate de la persoane care au urmat o pregătire specială în studii medii, superioare. institutii de invatamant sau cursuri de specialitate Minatom din Federația Rusă. Aceste servicii sunt dotate cu instrumentele și echipamentele necesare pentru a rezolva sarcinile care le sunt atribuite.

Principalele sarcini determinate de legislația națională privind monitorizarea situației radiațiilor, în funcție de natura lucrărilor efectuate, sunt următoarele:

Controlul ratei dozei de raze X și radiații gamma, fluxuri de particule beta, nitroni, radiații corpusculare la locurile de muncă, sediile adiacente și pe teritoriul întreprinderii și zona monitorizată;

Controlul asupra conținutului de gaze radioactive și aerosoli în aerul lucrătorilor și a altor spații ale întreprinderii;

Controlul expunerii individuale în funcție de natura muncii: controlul individual al expunerii externe, controlul conținutului de substanțe radioactive în organism sau într-un organ critic separat;

Controlul cantității de eliberare a substanțelor radioactive în atmosferă;

Controlul asupra conținutului de substanțe radioactive din apele uzate evacuate direct în canalizare;

Controlul colectării, eliminării și neutralizării deșeurilor solide și lichide radioactive;

Controlul nivelului de poluare a obiectelor de mediu din afara întreprinderii.

MINISTERUL EDUCATIEI AL FEDERATIEI RUSA

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE STAT VORONEZH

Departamentul de Tehnologie si Echipamente de Productie de Sudare

Lucrări de curs

dupa disciplina: " Baza teoretica tehnologii progresive"

pe tema: „Radiațiile ionizante și utilizarea lor practică”

Completat de: elev grupa MP-021

Ofitserov Boris

Director: Korchagin I.B.

Voronej 2003

Observațiile supraveghetorului

Introducere 4

1. Tipuri de radiații ionizante 5

2. Particule elementare 7

2.1. Neutroni 9

2.2. Protoni 10

2.3. Particule alfa 11

2.4. Electroni și pozitroni 12

3. Radiația gamma 14

4. Surse de radiații ionizante 18

5. Modificarea proprietăților materialelor și elementelor echipamentelor radio electronice sub influența radiațiilor ionizante 20

6. Defecte ale materialelor expuse la radiații ionizante 20

7. Utilizarea practică a radiațiilor ionizante 21

Concluzia 22

Referințe 23

Introducere

Secolul XX - secolul progresului științific și tehnologic - a fost marcat de multe descoperiri în domenii despre care oamenii nu avuseseră nici cea mai mică idee înainte. O consecință a studiului influenței semiconductorilor asupra impulsurilor de curent electric a fost inventarea computerelor. Rezultatul cercetărilor efectuate de oamenii de știință din diverse ramuri ale științei și tehnologiei a fost apariția televiziunii, radioului, telefoniei etc. Studiul proprietăților anumitor elemente chimice a condus la descoperirea radioactivității.

În ultimii ani, s-a acordat multă atenție studiului naturii impactului radiațiilor ionizante asupra echipamentelor radio, dispozitivelor, componentelor electronice și materialelor de inginerie radio. Acum, evoluțiile în domeniul energiei nucleare sunt de o importanță deosebită. După cum știți, echipamentul electronic este o parte integrantă alt fel dispozitive și instrumente operate în câmpuri de radiații nucleare. Obiectul în acest caz este expus unui impuls de radiație penetrantă. Acest tip de impact poate fi rezultatul, de exemplu, al unei explozii nucleare. Materialul iradiat își schimbă structura, gradul de ionizare și se încălzește. În plus, iradierea duce la apariția radioactivității induse și a multor alte fenomene care perturbă procesele fizice și chimice din dispozitivele tehnice. În consecință, radiația necontrolată duce în majoritatea cazurilor la modificări reversibile sau ireversibile ale parametrilor elementelor radio și, în cele din urmă, la o pierdere totală sau parțială a performanței echipamentului. Astfel, predicția în timp util a reacției materialului din care este fabricat acest sau acel dispozitiv la eliberarea de radiații este conditie necesara control cu ​​succes pe parcursul experimentelor în locuri de contaminare nucleară.

Radiațiile ionizante din instalații nucleare, explozii nucleare și radiații cosmice diferă în compoziția lor (neutroni, γ-quanta, electroni, protoni, α-, β- și alte particule), spectrul energetic, densitatea fluxului, durata expunerii etc.

În munca mea, aș dori să dezvălui importanța și necesitatea studierii radiațiilor ionizante și să arăt perspectivele aplicării lor practice.

Tipuri de radiații ionizante

Radiația ionizantă este un flux de particule încărcate sau neutre și cuante de radiație electromagnetică, a căror trecere printr-o substanță duce la ionizarea și excitarea atomilor sau moleculelor mediului. Acestea apar ca urmare a descompunerilor radioactive naturale sau artificiale ale substanțelor, reacțiilor de fisiune nucleară în reactoare, exploziilor nucleare și a unor procese fizice din spațiu.

Radiația ionizantă constă din particule ionizante direct sau indirect sau dintr-un amestec al ambelor. Particulele ionizante direct includ particule (electroni, particule α, protoni etc.) care au suficientă energie cinetică pentru a ioniza atomii prin ciocnire directă. Particulele ionizante indirect includ particule neîncărcate (neutroni, cuante etc.) care provoacă ionizare prin obiecte secundare.

În prezent, sunt cunoscuți aproximativ 40 de nuclee α-active naturali și peste 200 de artificiale. Dezintegrarea α este caracteristică elementelor grele (uraniu, toriu, poloniu, plutoniu etc.). particulele alfa sunt nuclee de heliu încărcate pozitiv. Au o putere de ionizare mare și de penetrare scăzută și se deplasează cu o viteză de 20.000 km/s.

Radiația β este un flux de particule încărcate negativ (electroni) care sunt eliberate în timpul dezintegrarii β a izotopilor radioactivi. Viteza lor se apropie de viteza luminii. Particulele beta, atunci când interacționează cu atomii mediului, deviază de la direcția lor inițială. Prin urmare, calea parcursă de o particulă β în materie nu este o linie dreaptă, ca în cazul particulelor α, ci o linie întreruptă. Particulele β cu cea mai mare energie pot trece printr-un strat de aluminiu de până la 5 mm, dar capacitatea lor de ionizare este mai mică decât cea a unei particule α.

Radiația γ emisă de nucleele atomice în timpul transformărilor radioactive are o energie de la câteva mii până la câteva milioane de electroni volți. Se propagă, ca razele X, în aer cu viteza luminii. Capacitatea de ionizare a radiației γ este mult mai mică decât cea a particulelor α și β. Radiația γ este radiație electromagnetică de înaltă energie. Are o putere mare de penetrare, care variază într-o gamă largă.

Toate radiațiile ionizante prin natura lor sunt împărțite în fotoni (cuantice) și corpusculare. Radiația ionizantă fotonică (cuantică) include radiația gamma, care apare atunci când starea energetică a nucleelor ​​atomice se modifică sau anihilarea particulelor, bremsstrahlung, care apare atunci când energia cinetică a particulelor încărcate scade, radiația caracteristică cu un spectru energetic discret, care apare atunci când energia starea electronilor atomici se modifică și radiația de raze X. radiația constând din bremsstrahlung și/sau radiație caracteristică. Radiațiile ionizante corpusculare includ radiații α, electroni, protoni, neutroni și mezon. Radiația corpusculară, constând dintr-un flux de particule încărcate (particule α, β, protoni, electroni), a căror energie cinetică este suficientă pentru a ioniza atomii într-o coliziune, aparține clasei radiațiilor direct ionizante. Neutronii și alte particule elementare nu produc direct ionizare, dar în procesul de interacțiune cu mediul eliberează particule încărcate (electroni, protoni) care sunt capabile să ionizeze atomii și moleculele mediului prin care trec. În consecință, radiația corpusculară, constând dintr-un flux de particule neîncărcate, se numește radiații indirect ionizante.

Radiațiile neutronice și gamma sunt denumite în mod obișnuit radiații penetrante sau radiații penetrante.

Radiațiile ionizante în funcție de compoziția sa energetică sunt împărțite în monoenergetice (monocromatice) și nemonoenergetice (nemonocromatice). Radiația monoenergetică (omogenă) este radiația formată din particule de același tip cu aceeași energie cinetică sau din cuante de aceeași energie. Radiația nemonoenergetică (neomogene) este radiația formată din particule de același tip cu energii cinetice diferite sau din cuante de energii diferite. Radiația ionizantă, formată din particule de diferite tipuri sau particule și cuante, se numește radiație mixtă.

Particule elementare

La mijlocul și a doua jumătate a secolului al XX-lea, s-au obținut rezultate cu adevărat uimitoare în acele ramuri ale fizicii care se ocupă cu studiul structurii fundamentale a materiei. În primul rând, acest lucru s-a manifestat prin descoperirea unei game întregi de noi particule subatomice. Ele sunt de obicei numite particule elementare, dar nu toate sunt cu adevărat elementare. Multe dintre ele, la rândul lor, constau din și mai multe particule elementare.

Lumea particulelor subatomice este cu adevărat diversă. Acestea includ protoni și neutroni care alcătuiesc nucleele atomice, precum și electronii care se rotesc în jurul nucleelor. Dar există și particule care practic nu apar în materia din jurul nostru. Durata lor de viață este extrem de scurtă, este cea mai mică fracțiune de secundă. După acest timp extrem de scurt, ele se descompun în particule obișnuite. Există uimitor de multe astfel de particule instabile de scurtă durată: câteva sute dintre ele sunt deja cunoscute.

În anii 1960 și 1970, fizicienii au fost complet uluiți de abundența, varietatea și neobișnuirea particulelor subatomice nou descoperite. Părea să nu aibă sfârșit. Este complet de neînțeles de ce atâtea particule. Sunt aceste particule elementare fragmente haotice și aleatorii de materie? Sau poate dețin cheia înțelegerii structurii universului? Dezvoltarea fizicii în următoarele decenii a arătat că nu există nicio îndoială cu privire la existența unei astfel de structuri. La sfârşitul secolului al XX-lea. fizica începe să înțeleagă care este semnificația fiecăreia dintre particulele elementare.

Din punct de vedere istoric, primele particule elementare descoperite experimental au fost electronul, protonul și apoi neutronul. Se părea că aceste particule și un foton (un cuantum al unui câmp electromagnetic) au fost suficiente pentru a construi formele cunoscute de materie - atomi și molecule. Substanța din această abordare a fost construită din protoni, neutroni și electroni, iar fotonii au realizat interacțiunea dintre ei. Cu toate acestea, curând a devenit clar că lumea este mult mai complicată. S-a constatat că fiecare particulă are propria antiparticulă, care diferă de ea doar prin semnul încărcăturii. Pentru particule cu valori zero dintre toate sarcinile, antiparticula coincide cu particula (un exemplu este un foton). În plus, odată cu dezvoltarea fizicii nucleare experimentale, peste 300 de particule au fost adăugate la aceste particule.

Caracteristicile particulelor subatomice sunt masa, incarcare electrica, spin (momentul unghiular intrinsec), durata de viață a particulei, moment magnetic, paritate spațială, sarcină leptonică, sarcină barionică etc.

Când vorbim despre masa unei particule, se referă la masa ei în repaus, deoarece această masă nu depinde de starea de mișcare. O particulă cu masă în repaus zero se mișcă cu viteza luminii (foton). Nu există două particule care au aceeași mase. Electronul este cea mai ușoară particulă cu o masă în repaus diferită de zero. Protonul și neutronul sunt de aproape 2000 de ori mai grele decât electronul. Și cea mai grea dintre particulele elementare cunoscute (particule Z) are o masă de 200.000 de ori mai mare decât masa unui electron.

Sarcina electrică variază într-un interval destul de îngust și este întotdeauna un multiplu al unității fundamentale de sarcină - sarcina electronului (-1). Unele particule (fotoni, neutrini) nu au deloc sarcină.

O caracteristică importantă a unei particule este spinul său. De asemenea, este întotdeauna un multiplu al unei unități fundamentale, care este aleasă egală cu S. Astfel, protonul, neutronul și electronul au spin S, iar spinul fotonului este 1. Particulele cu spin 0, 3 / 2, 2 sunt cunoscută. O particulă cu spin 0 la orice unghi de rotație arată la fel. Particulele cu spin 1 iau aceeași formă după o rotație completă de 360°. O particulă cu spin 1/2 revine la forma sa anterioară după o rotație de 720° și așa mai departe. O particulă cu spin 2 revine la poziția inițială după o jumătate de rotație (180°). Particule cu un spin mai mare de 2 nu au fost găsite și poate că nu există deloc. În funcție de spin, toate particulele sunt împărțite în două grupuri:

Bosoni - particule cu spini 0,1 și 2;

Fermioni - particule cu spin semi-întregi (S, 3 / 2)

Particulele se caracterizează și prin durata de viață. Pe această bază, particulele sunt împărțite în stabile și instabile. Particulele stabile sunt electronii, protonii, fotonii și neutrinii. Un neutron este stabil atunci când se află în nucleul unui atom, dar un neutron liber se descompune în aproximativ 15 minute. Toate celelalte particule cunoscute sunt instabile; durata lor de viață variază de la câteva microsecunde la 1 0 n sec (unde n = - 2 3).

Un rol important în fizica particulelor elementare îl au legile de conservare care stabilesc egalitatea între anumite combinații de mărimi care caracterizează starea inițială și cea finală a sistemului. Arsenalul legilor de conservare în fizică cuantică mai mult decât clasic. Ea a fost completată de legile de conservare a diverselor parități (spațiale, de încărcare), încărcături (lepton, barion etc.), simetrii interne inerente unuia sau altui tip de interacțiune.

Izolarea caracteristicilor particulelor subatomice individuale este importantă, dar numai Primul stagiu cunoasterea lumii lor. În etapa următoare, este încă necesar să înțelegem care este rolul fiecărei particule individuale, care sunt funcțiile sale în structura materiei.

Fizicienii au descoperit că, în primul rând, proprietățile unei particule sunt determinate de capacitatea (sau incapacitatea) de a participa la o interacțiune puternică. Particulele care participă la interacțiunea puternică formează o clasă specială și se numesc hadroni. Particulele care participă la interacțiunea slabă și nu participă la cea puternică se numesc leptoni. În plus, există particule - purtători de interacțiuni.

Lumea particulelor subatomice are o ordine profundă și rațională. Această ordine se bazează pe interacțiuni fizice fundamentale.

Neutroni.

Neutronul a fost descoperit de fizicianul englez James Chadwick în 1932. Masa unui neutron este de 1,675·10-27 kg, care este de 1839 de ori mai mare decât masa unui electron. Neutronul nu are sarcină electrică.

Printre chimiști, se obișnuiește să folosească unitatea masă atomică, sau dalton (d), aproximativ egal cu masa protonului. Masa unui proton și masa unui neutron sunt aproximativ egale cu o unitate de masă atomică.

În timpul reacției de fisiune nucleară a unui element, pe lângă nuclee noi, pot apărea g-quanta, particule b de dezintegrare, g-quanta de dezintegrare, neutroni de fisiune și neutrini. Din punct de vedere al lanțului reacție nucleară cea mai importantă este producerea de neutroni. Numărul mediu de neutroni care rezultă din reacția de fisiune se notează uf. Această valoare depinde de numărul de masă al nucleului fisionabil și de energia neutronului care interacționează cu acesta. neutronii rezultați au energii diferite (de obicei de la 0,5 la 15 MeV), care se caracterizează prin spectrul neutronilor de fisiune. Pentru U235, energia medie a neutronilor de fisiune este de 1,93 MeV.

În procesul unei reacții nucleare pot apărea atât nuclee care contribuie la menținerea reacției în lanț (cele care emit un neutron întârziat), cât și nuclee care afectează negativ cursul acesteia (dacă au o secțiune transversală mare de captare radiativă).

Terminând luarea în considerare a reacției de fisiune, este imposibil să nu menționăm un fenomen atât de important precum neutronii întârziați. Acei neutroni care nu se formează direct în timpul fisiunii nuclizilor grei (neutroni prompti), dar ca urmare a dezintegrarii fragmentelor se numesc neutroni întârziați. Caracteristicile neutronilor întârziați depind de natura fragmentelor. De obicei, neutronii întârziați sunt împărțiți în 6 grupuri în funcție de următorii parametri: T este durata medie de viață a fragmentelor, bi este fracția de neutroni întârziați dintre toți neutronii de fisiune, bi/b este fracția relativă a neutronilor întârziați din acest grup, E este energia cinetică a neutronilor întârziați.

Următorul tabel arată caracteristicile neutronilor întârziați în fisiunea U235

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

Protoni.

Proton - stabil particulă elementară cu o sarcină elementară pozitivă egală în valoare absolută cu sarcina electronului (1,6 * 10 19 C); notat cu simbolul p sau 1 H 1 . Protonul este nucleul celui mai ușor izotop de hidrogen - protium, prin urmare, masa unui proton este egală cu masa unui atom de hidrogen fără masa unui electron și este de 1,00759 amu sau 1,672 * 10 -27 kg.

Protonii, împreună cu neutronii, fac parte din toate nucleele atomice. Protonul este clasificat ca o particulă elementară stabilă.

Protonii sunt emiși de nucleele atomilor ca urmare a bombardării lor de particule încărcate, neutroni, cuante gamma etc. De exemplu, protonul a fost descoperit pentru prima dată de Rutherford în timpul divizării nucleului de azot cu ajutorul particulelor α. Razele cosmice includ protoni cu energii de până la 10 18 – 10 19 eV.

Particule alfa.

α-particulele emise de substanțele elementelor active sunt ioni de heliu încărcați pozitiv, a căror viteză atinge 20.000 km/sec. Datorită unei viteze atât de uriașe, particulele α, care zboară prin aer și se ciocnesc cu moleculele de gaz, scot electronii din ele. Moleculele care au pierdut electroni devin încărcate pozitiv, în timp ce electronii eliminați se alătură imediat altor molecule, încărcându-le negativ. Astfel, în aer se formează ioni de gaz încărcați pozitiv și negativ pe calea particulelor α. Capacitatea particulelor α de a ioniza aerul a fost folosită de fizicianul englez Wilson pentru a face vizibile căile de mișcare ale particulelor individuale și pentru a le fotografia.

Ulterior, aparatul pentru fotografiarea particulelor s-a numit camera de nor. (Primul detector de urme de particule încărcate. Inventat de C. Wilson în 1912. Acțiunea camerei Wilson se bazează pe condensarea vaporilor suprasaturați (formarea de mici picături de lichid) pe ionii care apar de-a lungul pistei (urmei) de o particulă încărcată. Ulterior a fost înlocuită cu alți detectoare de urme.)

Investigand căile de mișcare a particulelor cu ajutorul unei camere, Rutherford a observat că în cameră sunt paralele (căi), iar la trecerea fasciculului raze paralele printr-un strat de gaz sau o placă metalică subțire, nu ies în paralel, ci diverg oarecum, adică. particulele se abat de la calea lor originală. Unele particule au fost deviate foarte puternic, altele nu au trecut deloc prin placa subțire. [ 1, 7 ]

Pe baza acestor observații, Rutherford și-a propus schema pentru structura atomului: în centrul atomului există un nucleu pozitiv, în jurul căruia se rotesc electronii negativi în diferiți orbiti. (Fig.1.)

Forțele centripete care decurg din rotația lor îi mențin pe orbită și îi împiedică să zboare. Acest model al atomului explică cu ușurință fenomenul de deviere a particulelor α. Dimensiunile nucleului și ale electronilor sunt foarte mici în comparație cu dimensiunile întregului atom, care sunt determinate de orbitele electronilor cei mai îndepărtați de nucleu; prin urmare, majoritatea particulelor α zboară prin atomi fără o deviere vizibilă. Numai în acele cazuri în care particula α se apropie foarte mult de nucleu, repulsia electrică o face să devieze brusc de la calea inițială. Astfel, studiul împrăștierii particulelor α a marcat începutul teoriei nucleare a atomului.

Electroni și pozitroni.

Ideea particulelor electrice conținute în substanțe a fost prezentată ca ipoteză de omul de știință englez G. Johnston Stoney. Stoney știa că substanțele pot fi descompuse soc electric, - de exemplu, apa poate fi descompusă în acest fel în hidrogen și oxigen. De asemenea, era conștient de munca lui Michael Faraday, care a descoperit că o anumită cantitate de electricitate este necesară pentru a obține o anumită cantitate dintr-un element din unul sau altul dintre compușii săi. Gândind aceste fenomene, Stoney în 1874. a ajuns la concluzia că ele indică existența electricității sub formă de sarcini unitare discrete, iar aceste sarcini unitare sunt asociate cu atomii. În 1891 Stoney a propus numele de electron pentru unitatea de electricitate pe care a postulat-o. Electronul a fost descoperit experimental în 1897 de JJ Thomson (1856-1940) la Universitatea din Cambridge.

Un electron este o particulă cu o sarcină negativă de -0,1602 10-18 C.

Masa unui electron este de 0,9108 10-30 kg, care este 1/1873 din masa unui atom de hidrogen.

Electronul este foarte mic. Raza unui electron nu este definită precis, dar se știe că este mult mai mică de 1·10-15 m.

În 1925 s-a constatat că electronul se rotește în jurul propriei axe și că are un moment magnetic.

Numărul de electroni dintr-un atom neutru din punct de vedere electric crește în mod natural atunci când un element trece de la Z la Z + 1. Această regularitate este supusă teoriei cuantice a structurii atomului.

Stabilitatea maximă a atomului, ca sistem de particule electrice, corespunde minimului energiei sale totale. Prin urmare, la umplerea nivelurilor de energie în câmpul electromagnetic al nucleului, electronii vor ocupa (se vor acumula) în primul rând pe cel mai scăzut dintre ei (K - nivel; n = 1). Într-un atom neexcitat neutru din punct de vedere electric, un electron în aceste condiții are cea mai mică energie (și, în consecință, cea mai mare legătură cu nucleul). Când nivelul K este umplut (1s2 este o stare caracteristică unui atom de heliu), electronii vor începe să creeze nivelul L (n = 2), apoi nivelul M (n=3). Pentru un n dat, electronii trebuie să creeze mai întâi subniveluri s-, apoi p-, d- etc.

Totuși, așa cum se arată în fig. 3, nivelurile de energie din atomul unui element nu au margini clare. Mai mult, aici se observă chiar și suprapunerea reciprocă a energiilor subnivelurilor individuale. Deci, de exemplu, starea energetică a electronilor din subnivelurile 4s și 3d, precum și 5s și 4d sunt foarte apropiate unul de celălalt, iar subnivelurile 4s1 și 4s2 corespund unor valori energetice mai mici decât 3d. Prin urmare, electronii care formează nivelurile M și N vor cădea mai întâi pe învelișul 4s, care aparține stratului exterior de electroni N (n=4) și numai după ce acesta este umplut (adică, după construirea 4s2 shell is complete) va fi plasat în shell 3d, care aparține stratului pre-exterior M (n=3). Același lucru se observă și pentru electronii învelișurilor 5s și 4d. Umplerea învelișurilor f cu electroni este și mai particulară: în prezența electronilor la nivelul exterior n (pentru n egal cu 6 sau 7) aceștia formează nivelul n=2, adică stratul pre-extern, - ei reumpleți carcasa 4f (pentru n=6) sau, respectiv, carcasa 5f (pentru n=7).

Rezumând, se pot face următoarele afirmații.

Nivelurile ns, (n-1)d și (n-2)f sunt apropiate ca energie și se află sub nivelul np.

Odată cu creșterea numărului de electroni dintr-un atom (pe măsură ce valoarea lui Z crește), d - electronii „rămân în urmă” în construcție învelișul de electroni atom la un nivel (aceștia formează stratul pre-exterior, adică nivelul n-1), iar f - electronii sunt întârziați cu două niveluri: ei completează al doilea strat exterior (adică, pre-exterior) n - 2. Apărând f - electronii par adesea să se încadreze între (n-1)d1 și (n-1)d2¸10 - electroni.

În toate aceste cazuri, n este numărul nivelului exterior, care conține deja doi electroni (ns2 - electroni), și n este, de asemenea, numărul acelei perioade conform tabelului periodic, care include acest element.

Elemente în a căror atomi, în prezența electronilor în stratul exterior n (ns2 - electroni), unul dintre subnivelurile (3d, 4d, 4f, 5d sau 5f) situat pe straturile pre-exterioare (n-1) sau ( n-2) este completat, se numesc tranzitoriu.

Tabloul general al secvenței de umplere a învelișurilor atomilor de elemente aparținând perioadei n cu electroni are forma:

1¸7 4¸7 6¸7 4¸7 2¸7

Exponentul la desemnările s-, p-, d- și f - din linia (a) indică numărul posibil de electroni într-o înveliș dată. De exemplu, învelișul s poate conține unul sau doi electroni, dar nu mai mult; în învelișul f - de la 1 la 14 electroni etc.

Se știe că valoarea minimă a coeficientului din denumirea d - electroni este egală cu trei. În consecință, electronii d pot apărea în structura atomică nu mai devreme de patru. În acest sens, acești electroni pot apărea în atomi nu mai devreme decât în ​​elementele perioadei a șasea (adică, la n-2=4; n=4+2=6). Această împrejurare este remarcată în al doilea rând.

Pozitronul este antiparticula electronului. Spre deosebire de electron, pozitronul are o sarcină electrică elementară pozitivă și este considerat o particulă de scurtă durată. Pozitronul este notat cu simbolurile e + sau β +.

Radiația gamma

Radiația gamma este radiație electromagnetică cu lungime de undă scurtă. La scara undelor electromagnetice, se învecinează cu radiația de raze X dure, ocupând regiunea de frecvențe mai înalte. Radiația gamma are o lungime de undă extrem de scurtă (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 este frecvența radiației, h este constanta lui Planck).

Radiația gamma apare în timpul dezintegrarii nucleelor ​​radioactive, a particulelor elementare, în timpul anihilării perechilor particule-antiparticule, precum și în timpul trecerii particulelor încărcate rapid prin materie.

Radiația gamma, care însoțește dezintegrarea nucleelor ​​radioactive, este emisă în timpul tranziției nucleului de la o stare de energie mai excitată la o stare mai puțin excitată sau fundamentală. Energia cuantumului γ este egală cu diferența de energie Δε a stărilor între care are loc tranziția.

stare de excitat

Starea fundamentală a nucleului E1

Emiterea unui cuantum γ de către nucleu nu implică o modificare a numărului atomic sau a numărului de masă, spre deosebire de alte tipuri de transformări radioactive. Lățimea de linie a radiației gamma este extrem de mică (~10 -2 eV). Deoarece distanța dintre niveluri este de multe ori mai mare decât lățimea liniei, spectrul de raze gamma are formă de linie, adică constă dintr-un număr de linii discrete. Studiul spectrelor radiațiilor gamma face posibilă stabilirea energiilor stărilor excitate ale nucleelor. Cuante gamma cu energii mari sunt emise în timpul dezintegrarii unor particule elementare. Astfel, dezintegrarea unui mezon π 0 în repaus dă naștere la radiații gamma cu o energie de ~70 MeV. Radiația gamma de la degradarea particulelor elementare formează, de asemenea, un spectru de linii. Cu toate acestea, particulele elementare aflate în descompunere se mișcă adesea la viteze comparabile cu viteza luminii. Ca rezultat, are loc o lărgire Doppler a liniei și spectrul de raze gamma este mânjit pe o gamă largă de energie. Radiația gamma, formată în timpul trecerii particulelor încărcate rapid prin materie, este cauzată de decelerația lor către câmpul Coulomb al nucleelor ​​atomice ale materiei. Radiația gamma Bremsstrahlung, precum și radiația de raze X Bremsstrahlung, se caracterizează printr-un spectru continuu, a cărui limită superioară coincide cu energia unei particule încărcate, cum ar fi un electron. În acceleratoarele de particule, gama bremsstrahlung este produsă cu o energie maximă de până la câteva zeci de GeV.

În spațiul interstelar, radiația gamma poate apărea ca urmare a ciocnirii cuantelor de radiații electromagnetice cu undă lungă mai moale, cum ar fi lumina, cu electronii accelerați de câmpurile magnetice ale obiectelor spațiale. În acest caz, un electron rapid își transferă energia la radiația electromagnetică, iar lumina vizibilă se transformă în radiații gamma mai dure.

Un fenomen similar poate avea loc în condiții terestre când electronii de înaltă energie produși la acceleratori se ciocnesc cu fotonii de lumină vizibilă în fascicule de lumină intense produse de lasere. Electronul transferă energie unui foton de lumină, care se transformă într-un γ-cuantic. Astfel, în practică este posibilă convertirea fotonilor individuali ai luminii în cuante de raze gamma de înaltă energie.

Radiația gamma are o putere mare de penetrare, adică poate pătrunde în grosimi mari de materie fără o slăbire apreciabilă. Principalele procese care au loc în timpul interacțiunii radiațiilor gamma cu materia sunt absorbția fotoelectrică (efectul fotoelectric), împrăștierea Compton (efectul Compton) și formarea perechilor electron-pozitron. În efectul fotoelectric, un cuantic γ este absorbit de unul dintre electronii atomului, iar energia cuantumului γ este convertită (minus energia de legare a electronului din atom) în energia cinetică a electronului care zboară. din atom. Probabilitatea efectului fotoelectric este direct proporțională cu puterea a cincea a numărului atomic al elementului și invers proporțională cu puterea a treia a energiei radiației gamma. Astfel, efectul fotoelectric domină în regiunea energiilor joase ale γ-quanta (£100 keV) pe elementele grele (Pb, U).

Cu efectul Compton, un cuantic γ este împrăștiat de unul dintre electronii legați slab în atom. Spre deosebire de efectul fotoelectric, γ-quantul nu dispare odată cu efectul Compton, ci modifică doar energia (lungimea de undă) și direcția de propagare. Ca urmare a efectului Compton, un fascicul îngust de raze gamma devine mai larg, iar radiația în sine devine mai moale (lungime de undă lungă). Intensitatea împrăștierii Compton este proporțională cu numărul de electroni din 1 cm 3 de substanță și, prin urmare, probabilitatea acestui proces este proporțională cu numărul atomic al substanței. Efectul Compton devine vizibil la substanțele cu un număr atomic mic și la energiile radiațiilor gamma care depășesc energia de legare a electronilor din atomi. Astfel, în cazul Pb, probabilitatea de împrăștiere Compton este comparabilă cu probabilitatea de absorbție fotoelectrică la o energie de ~0,5 MeV. În cazul Al, efectul Compton domină la energii mult mai mici.

Dacă energia cuantumului γ depășește 1,02 MeV, procesul de formare a perechilor electron-pozitron în câmpul electric al nucleelor ​​devine posibil. Probabilitatea formării perechii este proporțională cu pătratul numărului atomic și crește odată cu creșterea hν. Prin urmare, la hν ~ 10 MeV, procesul principal în orice substanță este formarea de perechi.

50

0,1 0,5 1 2 5 10 50

Energia razelor γ (Mev)

Procesul invers de anihilare a unei perechi electron-pozitron este o sursă de radiație gamma.

Pentru a caracteriza atenuarea radiației gamma într-o substanță, se utilizează de obicei coeficientul de absorbție, care arată la ce grosime X a absorbantului este atenuată intensitatea I 0 a fasciculului de radiații gamma incidente în e o singura data:

I=I 0 e - μ0 x

Aici μ 0 este coeficientul de absorbție liniar al radiației gamma. Uneori se introduce un coeficient de absorbție de masă, egal cu raportul μ 0 la densitatea absorbantului.

Legea exponențială de atenuare a radiației gamma este valabilă pentru direcția îngustă a fasciculului gamma, atunci când orice proces, atât de absorbție, cât și de împrăștiere, îndepărtează radiația gamma din fasciculul primar. Cu toate acestea, la energii mari, procesul de trecere a radiațiilor gamma prin materie devine mult mai complicat. Electronii secundari și pozitronii au energie mare și, prin urmare, pot crea, la rândul lor, radiații gamma prin procesele de decelerare și anihilare. Astfel, în materie apar o serie de generații alternative de radiații gamma secundare, electroni și pozitroni, adică se dezvoltă un duș în cascadă. Numărul de particule secundare dintr-un astfel de duș crește mai întâi odată cu grosimea, atingând un maxim. Cu toate acestea, atunci procesele de absorbție încep să domine asupra proceselor de multiplicare a particulelor, iar dușul se atenuează. Capacitatea radiațiilor gamma de a dezvolta averse depinde de raportul dintre energia sa și așa-numita energie critică, după care un duș într-o anumită substanță își pierde practic capacitatea de a se dezvolta.

Pentru a schimba energia radiațiilor gamma în fizica experimentală, se folosesc spectrometre gamma de diferite tipuri, în mare parte bazate pe măsurarea energiei electronilor secundari. Principalele tipuri de spectrometre de radiații gamma sunt: ​​magnetice, cu scintilație, semiconductoare, cu difracție cu cristale.

Studiul spectrelor radiațiilor gamma nucleare oferă informații importante despre structura nucleelor. Observarea efectelor asociate cu influența mediului extern asupra proprietăților radiațiilor gamma nucleare este utilizată pentru studiul proprietăților solidelor.

Radiația gamma este utilizată în tehnologie, de exemplu, pentru a detecta defectele pieselor metalice - detectarea defectelor gamma. În chimia radiațiilor, radiațiile gamma sunt folosite pentru a iniția transformări chimice, cum ar fi procesele de polimerizare. Radiațiile gamma sunt folosite în industria alimentară pentru sterilizarea alimentelor. Principalele surse de radiație gamma sunt izotopii radioactivi naturali și artificiali, precum și acceleratorii de electroni.

Efectul radiațiilor gamma asupra organismului este similar cu efectul altor tipuri de radiații ionizante. Radiațiile gamma pot provoca daune prin radiații organismului, până la moartea acestuia. Natura influenței radiațiilor gamma depinde de energia γ-quanta și de caracteristicile spațiale ale expunerii, de exemplu, externă sau internă. Eficacitatea biologică relativă a radiațiilor gamma este de 0,7-0,9. În condiții industriale (expunere cronică în doze mici), eficiența biologică relativă a radiațiilor gamma este luată egală cu 1. Radiațiile gamma sunt utilizate în medicină pentru tratamentul tumorilor, pentru sterilizarea spațiilor, echipamentelor și medicamentelor. Radiația gamma este, de asemenea, utilizată pentru a obține mutații cu selecția ulterioară a formelor utile din punct de vedere economic. Așa sunt crescute varietăți de microorganisme foarte productive (de exemplu, pentru a obține antibiotice) și plante.

Posibilitățile moderne de radioterapie s-au extins în primul rând datorită mijloacelor și metodelor de terapie gamma la distanță. Succesul terapiei gamma de la distanță a fost obținut ca urmare a unor activități extinse în domeniul utilizării surselor radioactive artificiale puternice de radiații gamma (cobalt-60, cesiu-137), precum și a noilor preparate gamma.

Marea importanță a terapiei gamma la distanță se explică și prin disponibilitatea relativă și ușurința în utilizare a dispozitivelor gamma. Acestea din urmă, precum și razele X, sunt proiectate pentru iradierea statică și mobilă. Cu ajutorul iradierii mobile, ei se străduiesc să creeze o doză mare în tumoră cu iradiere dispersată a țesuturilor sănătoase. Au fost aduse îmbunătățiri de proiectare a mașinilor cu raze gamma care vizează reducerea penumbrei, îmbunătățirea omogenizării câmpului, utilizarea filtrelor obturatoare și căutarea unor opțiuni de protecție suplimentare.

Utilizarea radiațiilor nucleare în producția de culturi a deschis noi oportunități largi pentru schimbarea metabolismului plantelor agricole, creșterea randamentului acestora, accelerarea dezvoltării și îmbunătățirea calității.

Ca urmare a primelor studii ale radiobiologilor, s-a constatat că radiațiile ionizante sunt un factor puternic care influențează creșterea, dezvoltarea și metabolismul organismelor vii. Sub influența iradierii gamma la plante, animale sau microorganisme, metabolismul coordonat se modifică, cursul proceselor fiziologice accelerează sau încetinește (în funcție de doză), se observă modificări ale creșterii, dezvoltării și formării culturilor.

Trebuie remarcat mai ales că în timpul iradierii gamma, substanțele radioactive nu intră în semințe. Semințele iradiate, precum și recolta crescută din acestea, sunt neradioactive. Dozele optime de iradiere nu fac decât să accelereze procesele normale care au loc în plantă și, prin urmare, orice temeri și avertismente împotriva utilizării unei culturi obținute din semințe care au fost supuse iradierii înainte de însămânțare sunt complet nefondate.

Radiațiile ionizante au început să fie folosite pentru a crește durata de valabilitate a produselor agricole și pentru a distruge diferite insecte dăunătoare. De exemplu, dacă cerealele sunt trecute printr-un buncăr cu o sursă puternică de radiații înainte de a fi încărcate în lift, atunci posibilitatea de reproducere a dăunătorilor va fi exclusă și boabele pot fi depozitate pentru o lungă perioadă de timp fără nicio pierdere. Boabele în sine ca produs nutritiv nu se modifică la astfel de doze de radiații. Utilizarea sa ca hrană pentru patru generații de animale experimentale nu a provocat abateri de creștere, capacitatea de reproducere și alte abateri patologice de la normă.

Surse de radiații ionizante.

O sursă de radiații ionizante este un obiect care conține material radioactiv sau un dispozitiv tehnic care emite sau este capabil (în anumite condiții) să emită radiații ionizante.

Instalațiile nucleare moderne sunt de obicei surse complexe de radiații. De exemplu, sursele de radiație dintr-un reactor nuclear în funcțiune, în plus față de miez, sunt sistemul de răcire, materialele structurale, echipamentele etc. Câmpul de radiație al unor astfel de surse complexe reale este de obicei reprezentat ca o suprapunere a câmpurilor de radiație ale individuale. , surse mai elementare.

Orice sursă de radiație se caracterizează prin:

1. Tipul de radiație - atenția principală este acordată celor mai comune surse de radiații g, neutroni, particule a-, b + -, b -.

2. Geometria sursei (forma si dimensiuni) - geometric sursele pot fi punctuale si extinse. Sursele extinse reprezintă o suprapunere a surselor punctiforme și pot fi liniare, de suprafață sau volumetrice cu dimensiuni limitate, semi-infinite sau infinite. Din punct de vedere fizic, o sursă punctuală poate fi considerată o sursă ale cărei dimensiuni maxime sunt mult mai mici decât distanța până la punctul de detectare și calea liberă medie în materialul sursă (atenuarea radiațiilor în sursă poate fi neglijată). Sursele de suprafață au o grosime mult mai mică decât distanța până la punctul de detectare și calea liberă medie în materialul sursă. Într-o sursă volumetrică, emițătorii sunt distribuiți într-o regiune tridimensională a spațiului.

3. Puterea și distribuția ei peste sursă - sursele de radiații sunt cel mai adesea distribuite pe un radiator extins uniform, exponențial, liniar sau conform unei legi cosinusului.

4. Compoziția energetică - spectrul energetic al surselor poate fi monoenergetic (se emit particule de o energie fixă), discret (se emit particule monoenergetice de mai multe energii) sau continuu (particule de diferite energii sunt emise într-un anumit interval de energie).

5. Distribuția unghiulară a radiației - printre varietatea de distribuții unghiulare ale surselor de radiație pentru rezolvarea celor mai multe probleme practice, este suficient să luăm în considerare următoarele: izotrop, cosinus, monodirecțional. Uneori există distribuții unghiulare care pot fi scrise ca combinații de distribuții unghiulare izotrope și cosinus ale radiației.

Sursele de radiații ionizante sunt elementele radioactive, iar izotopii acestora, reactoarele nucleare, acceleratoarele de particule încărcate și alte instalații de raze X și sursele de curent continuu de înaltă tensiune sunt surse de radiație de raze X.

Trebuie remarcat aici că, în modul normal de funcționare a acestora, pericolul de radiații este neglijabil. Apare atunci când apare o urgență și se poate manifesta pentru o lungă perioadă de timp în cazul contaminării radioactive a zonei.

Fondul radioactiv creat de razele cosmice (0,3 meV/an) reprezintă puțin mai puțin de jumătate din toată expunerea externă (0,65 meV/an) primită de populație. Nu există un astfel de loc pe Pământ, oriunde pătrund razele cosmice. Trebuie remarcat faptul că Polii Nord și Sud primesc mai multă radiație decât regiunile ecuatoriale. Acest lucru se întâmplă deoarece Pământul are un câmp magnetic, ale cărui linii de forță intră și ies la poli.

Cu toate acestea, locația unei persoane joacă un rol mai important. Cu cât se ridică mai sus deasupra nivelului mării, cu atât expunerea devine mai puternică, deoarece grosimea golului de aer și densitatea acestuia scade pe măsură ce se ridică și, în consecință, proprietățile protectoare scad.

Cei care trăiesc la nivelul mării primesc o doză externă de aproximativ 0,3 meV pe an, la o altitudine de 4000 de metri - deja 1,7 meV. La o altitudine de 12 km, doza de radiație datorată razelor cosmice crește de aproximativ 25 de ori față de pământ. Echipajele și pasagerii aeronavelor în timpul unui zbor pe o distanță de 2400 km primesc o doză de radiație de 10 μSv (0,01 meV sau 1 mrem), în timp ce zboară de la Moscova la Khabarovsk, această cifră va fi deja de 40 - 50 μEv. Aici, nu doar durata, ci și altitudinea zborului joacă un rol.

Radiația terestră, care dă aproximativ 0,35 meV/an de expunere externă, provine în principal din acele roci de minerale care conțin potasiu - 40, rubidiu - 87, uraniu - 238, toriu - 232. În mod natural, nivelurile de radiații terestre de pe planeta noastră sunt nu la fel și fluctuează în cea mai mare parte de la 0,3 la 0,6 meV/an. Sunt locuri unde aceste cifre sunt de multe ori mai mari.

Două treimi din expunerea internă a populației din surse naturale provine din ingestia de substanțe radioactive în organism cu alimente, apă și aer. În medie, o persoană primește aproximativ 180 μEv / an datorită potasiului - 40, care este absorbit de organism împreună cu potasiul neradioactiv necesar pentru viață. Nuclizii de plumb - 210, poloniul - 210 sunt concentrați în pește și crustacee. Prin urmare, persoanele care consumă mult pește și alte fructe de mare primesc doze relativ mari de radiații interne.

Locuitorii din regiunile nordice, care mănâncă carne de căprioară, sunt, de asemenea, expuși la o expunere mai mare la radiații, deoarece lichenul pe care îl mănâncă căprioarele iarna concentrează cantități semnificative de izotopi radioactivi ai poloniului și plumbului.

Recent, oamenii de știință au descoperit că cea mai semnificativă dintre toate sursele naturale de radiații este gazul radioactiv radonul - un gaz invizibil, fără gust, inodor, care este de 7,5 ori mai greu decât aerul. În natură, radonul are două forme principale: radon - 222 și radon - 220. Partea principală a radiației nu provine din radon în sine, ci din produse de descompunere fiice, astfel încât o persoană primește o parte semnificativă din doza de expunere de la radon. radionuclizi care intră în organism împreună cu aerul inhalat .

Radonul este eliberat din scoarța terestră peste tot, astfel încât o persoană primește cea mai mare parte a expunerii de la acesta în timp ce se află într-o cameră închisă, neventilata, la etajele inferioare ale clădirilor, unde gazul se infiltrează prin fundație și podea. Concentrația sa în interior este de obicei de 8 ori mai mare decât pe stradă, iar la etajele superioare este mai mică decât la parter. Lemnul, cărămida, betonul emit o cantitate mică de gaz, dar granitul și fierul - mult mai mult. Alumina este foarte radioactivă. Unele deșeuri industriale utilizate în construcții au o radioactivitate relativ ridicată, de exemplu, cărămizile de argilă roșie (deșeuri din producția de aluminiu), zgura de furnal (în metalurgia feroasă), cenușa zburătoare (formată din arderea cărbunelui).

În ultimele decenii, oamenii s-au ocupat intens de problemele fizicii nucleare. A creat sute de radionuclizi artificiali, a învățat să folosească posibilitățile atomului în diverse industrii - în medicină, în producerea de energie electrică și termică, în fabricarea cadranelor luminoase de ceas, în multe instrumente, în căutarea mineralelor și în domeniul militar. treburile. Toate acestea, desigur, duc la expunerea suplimentară a oamenilor. În majoritatea cazurilor, dozele sunt mici, dar uneori sursele artificiale sunt de multe mii de ori mai intense decât cele naturale.

Modificări ale proprietăților materialelor și elementelor echipamentelor radio-electronice sub influența radiațiilor ionizante.

Echipamentele radio-electronice situate în zona de acțiune a radiațiilor ionizante își pot schimba semnificativ parametrii și eșua. Aceste avarii apar ca urmare a modificărilor proprietăților fizice și chimice ale materialelor de inginerie radio (semiconductoare, izolatoare, metalice etc.), parametrilor dispozitivelor și elementelor echipamentelor electronice, produselor de inginerie electrică și dispozitivelor de circuite electronice radio.

Capacitatea produselor de a-și îndeplini funcțiile și de a menține caracteristicile și parametrii în cadrul standardelor stabilite în timpul și după expunerea la radiații ionizante se numește rezistență la radiații.

Gradul de deteriorare a radiațiilor într-un sistem iradiat depinde atât de cantitatea de energie transferată în timpul iradierii, cât și de rata de transfer a acestei energii. Cantitatea de energie absorbită și rata de transfer a acesteia depind, la rândul lor, de tipul și parametrii radiației și de caracteristicile nuclearo-fizice ale substanțelor din care este realizat obiectul iradiat.

Defecte formate în materiale atunci când sunt expuse la radiații ionizante.

Toate tipurile de electroni și radiații corpusculare, care trec prin materie, interacționează fie cu nucleele atomice, fie cu electronii orbitali, ducând la o modificare a proprietăților substanței iradiate.

De obicei, distingeți etapele primare și secundare ale acestui proces. Etapa primară, sau efectul direct, constă în excitarea electronilor, în deplasarea atomilor din rețelele, în excitarea atomilor și moleculelor și în transformările nucleare. Procesele secundare constau în excitarea și distrugerea ulterioară a structurii de către atomi, ioni și particule elementare eliminate (deplasate) din „locurile” lor ca rezultat al proceselor primare. Legile la care sunt supuși sunt aceleași cu cele care guvernează etapele primare ale procesului. Astfel, particulele sau cuante de înaltă energie pot provoca un proces în cascadă cu formarea unui număr mare de atomi deplasați, vacante, atomi ionizați, electroni etc.

Interpretarea modernă a modificărilor proprietăților substanțelor rezultate din interacțiunea radiațiilor ionizante se bazează pe luarea în considerare a procesului de formare a diferitelor defecte ale materialului.

Modificările de radiație în materiale sunt de următoarele tipuri:

Locuri vacante (noduri vacante)

Atomi de impurități (atomi de impurități)

Coliziuni de înlocuire

Vârfuri termice (termice).

Vârfuri compensate

Efecte de ionizare

Utilizarea practică a radiațiilor ionizante.

Domeniul de aplicare al radiațiilor ionizante este foarte larg:

În industrie, acestea sunt reactoare gigantice pentru centrale nucleare, pentru desalinizarea apei de mare și saline, pentru producerea de elemente transuraniu; sunt de asemenea utilizate în analiza activării pentru a determina rapid impuritățile din aliaje, metalul din minereu, calitatea cărbunelui etc.; pentru automatizarea diferitelor procese, cum ar fi: măsurarea nivelului lichidului, densitatea și umiditatea mediului, grosimea stratului;

În transport, acestea sunt reactoare puternice pentru nave de suprafață și submarine;

În agricultură, acestea sunt instalații pentru iradierea în masă a legumelor pentru a le proteja de mucegai, carnea de deteriorare; reproducerea de noi soiuri prin mutații genetice;

În geologie, aceasta este înregistrarea neutronilor pentru prospectarea petrolului, analiza de activare pentru prospectarea și sortarea minereurilor metalice, pentru determinarea fracției de masă a impurităților din diamantele naturale;

În medicină, acesta este studiul otrăvirii industriale prin metoda atomilor marcați, diagnosticul unei boli folosind analiza de activare, metoda atomilor marcați și radiografia, tratamentul tumorilor cu raze γ și particule β, sterilizarea produse farmaceutice, îmbrăcăminte, instrumente și echipamente medicale cu radiații γ etc. d.

Utilizarea radiațiilor ionizante are loc chiar și în zonele de activitate umană unde, la prima vedere, pare complet neașteptată. De exemplu, în arheologie. În plus, radiațiile ionizante sunt folosite în criminalistică (restaurarea foto și prelucrarea materialelor).

Concluzie.

Am luat în considerare o serie de probleme de bază, abordări pe care trebuie să le cunoașteți atunci când proiectați și utilizați echipamente electronice și electrice concepute să funcționeze sub influența radiațiilor ionizante.

Lucrarea de curs oferă informații scurte despre tipurile și proprietățile radiațiilor ionizante care afectează echipamentele electronice și elementele acestuia.

Sunt date informații despre unitățile de măsură ale cantităților fizice ale radiațiilor ionizante. Sunt luate în considerare tipurile de daune prin radiații în materiale și elemente ale dispozitivelor electronice.

Dintr-o analiză a informațiilor disponibile privind radiațiile cosmice ionizante, se poate observa că în prezent, pe baza acestor date, se poate face doar o estimare aproximativă a nivelurilor de radiații care pot afecta echipamentele radio-electronice ale obiectelor spațiale. .

Bibliografie.

1. Ivanov V.I. Dozimetria radiațiilor ionizante, Atomizdat, 1964.
2. Cercetări în domeniul măsurătorilor radiațiilor ionizante. Editat de M.F. Yudina, Leningrad, 1985.
3. Nicolis G., Prigozhin I. Cunoașterea complexului. M., 1990.
4. Prigogine I., Stengers I. Ordinea din haos. M., 1986
5. Prigozhin I., Stengers I. Timp, haos și cuantum. 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., Chimie - M: Slovo, 1995. - 479p.
12. Korovin N.V., Curs de Chimie Generală - M: Liceu, 1990. - 446s.
13. Klimov A. N. Fizică nucleară și reactoare nucleare. Moscova: Atomizdat, 1971.
14. Myakishev G.Ya. Particule elementare. M., Educație, 1977.