Строение атомного ядра
Атомные ядра состоят из нуклонов - ядерных протонов (z - число протонов) и ядерных нейтронов (N - число нейтронов). Необходимо отметить, что ядерные протоны и нейтроны отличаются от частиц в свободном состоянии. Например, свободный нейтрон нестабилен и превращается в протон и электрон.
Число нуклонов А (массовое число) представляет собой сумму чисел протонов и нейтронов:
А = z + N
Нуклидом называют атомы или ядра с данным числом нуклонов и данным зарядом ядра (обозначение нуклида 
)
Нуклиды, имеющие одинаковое число нуклонов (А = const) называются изобарами. Например, нуклиды 
принадлежат к ряду изобаров с числом нуклонов А=96.
Нуклиды, имеющие одинаковое число протонов (z = const), называются изотопами. Они различаются только числом нейтронов, поэтому принадлежат одному и тому же элементу:
Изотоны - нуклиды с одинаковым числом нейтронов (N = const).
Нуклиды принадлежат к ряду изотонов с 20 нейтронами.
Нуклиды могут быть стабильными и нестабильными, или радиоактивными. В настоящее время IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии) официально дал название 118 химическим элементам. Из них только 81 имеет стабильные изотопы, наиболее тяжелым из которых является висмут (z = 83). Для остальных элементов известны только радиоактивные изотопы. В общей сложности в настоящее время доказано существование порядка 2000 нуклидов этих 118 элементов, причем число изотопов, известных для отдельных элементов, колеблется от 3(для водорода) до 29 (для платины).
Радиоактивность
Из нуклидов, известных в настоящее время, стабильными являются только 271 нуклид. Остальные нуклиды нестабильны, т.е. радиоактивны; они претерпевают превращение путем одного или нескольких последовательных распадов, которые сопровождаются испусканием частиц или γ -квантов. Для обозначения генетической связи между двумя или более видами ядер, следующими друг за другом в ряде распадов, используют понятия: "материнский", "дочерний", "внучатый" и т.п. нуклиды. Например, при распаде 238U образуются следующие нуклиды:
Радиоактивный распад имеет статистическую природу; атомные ядра превращаются независимо друг от друга; каждый радионуклид имеет характерную для него вероятность распада.
Для отдельного атома нестабильного нуклида нельзя предсказать момент времени его превращения. Вероятность распада обуславливается свойствами данного вида ядер, т.е. она не зависит от химического и физического состояния элемента.
Радиоактивный распад
Радиоактивный распад - это испускание, выбрасывание с огромными скоростями из ядер атомов "элементарных" (атомных, субатомных) частиц, которые принято называть радиоактивными частицами или радиоактивным излучением. При этом, в подавляющем большинстве случаев, ядро атома (а значит, и сам атом) одного химического элемента превращается в ядро атома (в атом) другого химического элемента; или один изотоп данного химического элемента превращается в другой изотоп того же элемента.
По типу испускаемых частиц различают следующие виды радиоактивного распада:
По типу испускаемых частиц различают следующие виды радиоактивного распада (слайды 8-15):
1. α - распад;
2. β - распад, который подразделяется на β- распад, β+- распад и электронный захват (Э.З.);
Эмиссия γ - квантов, электронов конверсии и электронов Оже;
4. Нейтронный распад;
5. Протонный распад;
6. Спонтанное деление.
Законы радиоактивного распада.
Рассмотрим простейший случай, в котором радионуклид А, испуская частицу X, превращается в стабильный нуклид В:
При этом число распадающихся в единицу времени атомов пропорционально числу имеющихся атомов N:
Коэффициент пропорциональности λ называется постоянной распада он имеет размерность [c-1]. Интегрирование уравнения при условии, что в начальный момент времени t =0 количество радиоактивных ядер составляет N0, приводит к уравнению:
Промежуток времени, в течение которого распадается половина данного количества радиоактивного нуклида. называется периодом полураспада T1/2. Радионуклиды, известные в настоящее время характеризуются значениями T1/2 в диапазоне от 10-7 с до 1011 лет Легко показать, что
Важная характеристика радионуклида - активность А это мера количества радиоактивного вещества которая представляет собой число распадов в единицу времени.
где А0 - активность в начальный момент времени t=0.
Единицей активности является Беккерель (Бк). Он равен активности радионуклида, в котором за 1с происходит 1 акт распада. Внесистемная единица активности - Кюри (К) (активность 1г226Ra) 1К=3,7•1010 Бк
Радиоактивное излучение обладает различной энергией и различной проникающей способностью (слайд 20). Так альфа частицы задерживаются листом бумаги, бета частицы задерживаются телом человека, а для задержания гамма квантов необходим толстый слой металла или бетона. При взаимодействии радиоактивного излучения со средой происходит поглощение энергии, вызывающее, ионизацию молекул. Такое воздействие является важнейшей причиной поражения живых клеток и организмов в целом. Для оценки такой опасности используются специальные единицы измерения.
Поглощенная доза излучения - это энергия ионизирующего излучения dE, поглощенная облучаемым веществом и рассчитанная на единицу его массы dm.
Для оценки возможного ущерба здоровью человека при хроническом облучении введено понятие эквивалентной дозы Н, которая равна произведению поглощенной дозы D на средний коэффициент качества ионизирующего излучения k в данном элементе объема биологической ткани:
|
Единица эквивалентной дозы - Зиверт (Зв), равный 1Дж/кг (1Зв = 100 бэр)
При определении эквивалентной дозы ионизирующего излучения используют следующие значения коэффициента качества:
| Вид излучения | k | Вид излучения | k |
| Рентгеновское излучение и γ-излучение | Нейтроны с энергией 0,1-10 МэВ | ||
| Электроны, позитроны, β - излучение | α - излучение с энергией<10МэВ | ||
| Протоны с энергией < 10MэВ | Тяжелые ядра отдачи | ||
| Нейтроны с энергией <20 МэВ |
Для оценки ущерба здоровью человека при неравномерном облучении введено понятие эффективной эквивалентной дозы Нэфф, применяемой при оценке возможных стохастических эффектов - злокачественных образований:
| (4.8) |
где Н т - среднее значение эквивалентной дозы в органе или ткани,
W т - взвешенный коэффициент, равный отношению ущерба от облучения органа или ткани к ущербу от облучения всего тела при одинаковых эквивалентных дозах.
Значение коэффициентов W т для различных органов и тканей приведены ниже:
| Орган или ткань | W т | Орган или ткань | W т |
| Половые железы | 0,25 | Щитовидная железа | 0,03 |
| Молочные железы | 0,15 | Кость (поверхность) | 0,03 |
| Красный костный мозг | 0,12 | Остальные органы (ткани) | 0,3 |
| Легкие | 0,12 | Все тело | 1,0 |
Для оценки ущерба от стахостических эффектов воздействий ионизирующих излучений на персонал или население используют коллективную эффективную эквивалентную дозу S, равную произведению индивидуальных эффективных эквивалентных доз на число лиц, подвергшихся облучению. Единица коллективной эффективной эквивалентной дозы - человеко - Зиверт (чел.·Зв).
Естественные источники излучений
Основную дозу облучения население Земного шара получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно (слйд 27). На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения проникают к поверхности Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи. В этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения называют внутренним.
Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. В среднем они обеспечивают более 5/6 годовой эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением, в основном, вследствие внутреннего облучения (слайд 28, 29). Остальную часть вносят космические лучи, главным образом, путем внешнего облучения.
Облучению от естественных источников радиации подвергается любой житель Земли, однако одни получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частности от того, где люди живут. Эквивалентная доза от природных источников ионизирующего излучения наблюдаемая на большей территории нашей страны составляет 0,05-0,2 мкЗв/час или 0,4-2,0 мЗв/год считается абсолютно безопасной (слайд 30).
0,1 Зв- в течение года не наблюдается каких-либо заметных изменений в тканях и органах.
0,75 Зв- незначительные изменения в крови.
1 Зв- нижний предел начала лучевой болезни.
3-5 Зв- тяжёлая степень лучевой болезни, погибают 50% облучённых.
Уровень радиации в некоторых местах Земного шара, особенно там, где залегают радиоактивные породы, -оказывается значительно выше среднего, а в других местах - соответственно, ниже (слайд 31).
Космические лучи
Радиационный фон, создаваемый космическими лучами, дает чуть меньше половины внешнего облучения, получаемого населением от естественных источников радиации. Космические лучи в основном приходят из глубин Вселенной, но некоторая их часть рождается на Солнце, образуя "солнечный ветер". Космические лучи могут достигать поверхности Земли или взаимодействовать с веществом ее атмосферы, порождая вторичное излучение и приводя к образованию различных радионуклидов.
Одни участки земной поверхности более подвержены действию космического излучения, чем другие. Северный и Южный полюсы получают большие дозы радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы (из которых в основном состоят космические лучи). Мощность дозы излучения растет с высотой, поскольку при этом остается все меньше вещества атмосферы, играющего роль защитного экрана за счет взаимодействия с космическим излучением.
Земная радиация.
Самые долгоживущие природные радиоактивные изотопы - 232Th и 238U, а также 235U (периоды полураспада этих радиоактивных изотопов Т1/2 равны соответственно 1,4•1010, 4,5•109 и 7•108 лет). Эти радионуклиды являются родоначальниками трех радиоактивных рядов: ряда тория (232Th), ряда урана (238U) и ряда актиния (235U). В результате радиоактивного распада этих радионуклидов образуется ряд короткоживущих радиоактивных изотопов различных химических элементов, некоторые их них в тех или иных количествах содержатся в живых и растительных организмах. К таким радионуклидам относятся, например, 210Ро, 210Pb, 226Ra, 230Th, периоды полураспада которые составляют соответственно 138,4 дня, 22 года, 1600 лет, 8•104 лет. Несмотря на сравнительно небольшое время жизни, эти изотопы относятся к природным, так как могут быть получены из урановых и ториевых минералов, откуда они попадают в почву, воду и далее в живые и растительные организмы. В природе существует также радиоактивные изотопы 40К с Т1/2 =1,26•1010 лет и рубидия 87Rb с периодом полураспада Т1/2 =5•1010 лет. Что касается чрезвычайно важного, с точки зрения биологии, радионуклида 14С с периодом полураспада Т1/2 =5730 лет, то его образование связывают с протеканием реакций под воздействием космического излучения в верхних слоях атмосферы. Нейтроны, образовавшиеся при взаимодействии космических лучей с молекулами газов земной атмосферы, взаимодействуют с молекулами азота, в результате чего ежегодно образуется ~3,4•1026 ядер изотопа углерода 14С.
Наиболее значительными из всех естественных источников радиации являются радиоактивные изотопы инертного тяжелого газа (в 7,5 раза тяжелее воздуха) радона. Радон вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада ответственен примерно за 3/4 годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и примерно за половину этой дозы от всех естественных источников радиации. Большую часть этой дозы человек получает от радионуклидов, попадающих в организм вместе с вдыхаемым воздухом, особенно в непроветриваемых помещениях.
В природе радон встречается в двух основных формах: в виде радона-222, члена радиоактивного ряда. образуемого продуктами распада урана-238 (слайды 34 и 35), и в виде радона-220, иногда называемого тороном- члена, радиоактивного ряда, тория-232.Большая часть облучения исходит от дочерних продуктов распада радона, а не от самого радона.
Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в наружном воздухе существенно различается для различных точек земного шара.
Основным источником радона в помещениях является грунт (слайд 37). Значительные его поступления в жилом секторе могут быть связаны с его присутствием в воде. Поэтому его концентрация в воздухе жилых помещений наблюдается в ванной (слайд 38). Безусловно значение конценрации в воздухе будет определяться содержанием радона в воде, которое значительно отличается в разных местах Земли (слайд 39).
В России содержание радона регламентируется на законодательном уровне с 1991 г.. При проектировании зданий активность радона в воздухе помещений не должна превышать 100 Бк/м3. В домах, построенных до 1991 г. - 200 Бк/м3.
Если активность радона превышает 400 Бк/м3, рекомендовано переселить жильцов в другие помещения (слайд 40).
В заключении хотелось бы отметить опасность, которой подвергают себя и окружающих курящие люди. В сигаретном дыме всегда присутствуют радиоактивные изотопы, в чостности 210Ро (слайд 41).