Практическое занятие 6. Радиационная безопасность.
Общие сведения об ионизирующих излучениях
Радиационная опасность обусловлена воздействием на окружающую среду ионизирующих излучений, которые составляют часть общего понятия – радиация, включающего в себя также радиоволны, видимый свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучения.
Ионизирующим называется излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков. К ним относятся:
1) a, b, g - излучения, обусловленные естественной и искусственной радиоактивностью химических элементов;
2) рентгеновские излучения, создающиеся в рентгеновских аппаратах, а также образующиеся при радиоактивном распаде ядер некоторых элементов;
3) потоки нейронов и g - квантов, возникающих при ядерных реакциях деления и синтеза;
4) излучения, генерируемые на ускорителях;
5) излучения, приходящие из космоса и т.д.
Различают корпускулярное и фотонное ионизирующие излучения.
Корпускулярное излучение – поток элементарных частиц с массой покоя, отличной от нуля (a и b - частицы, нейтроны, протоны, электроны и др.). Кинетическая энергия этих частиц достаточна для ионизации атомов при столкновении – называется непосредственно ионизирующим излучением.
Фотонное излучение – электромагнитное излучение. К нему относятся: g - излучение, возникающее при изменении энергетического состояния ядер; тормозное излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц; характеристическое излучение, возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома; рентгеновское излучение, состоящее из тормозного и (или) характеристического излучения. Фотоны имеют массу покоя, равную нулю.
|
|
Фотонное излучение, а также нейтроны и другие незаряженные частицы непосредственно ионизацию не производят, но в процессе взаимодействия со средой они высвобождают заряженные частицы, способные ионизировать атомы и молекулы данной среды. Поэтому его еще называют косвенно ионизирующим излучением.
Частицы корпускулярного излучения и фотоны принято называть ионизирующими частицами.
Радиоактивность – свойство неустойчивых атомных ядер одних химических элементов самопроизвольно превращаться в ядра атомов других химических элементов с испусканием одной или нескольких ионизирующих частиц. Процесс такого спонтанного ядерного превращения называется радиоактивным распадом. При этом образовавшееся новое (дочернее) ядро оказывается в более устойчивом состоянии, чем исходное материнское.
Радиоактивность может быть естественной и искусственной.
Естественная радиоактивность наблюдается у существующих в природе неустойчивых изотопов. К ним относятся тяжелые ядра элементов, расположенных в Периодической системе за свинцом (Z>82), а также некоторые легкие и средние ядра (например, ядро калия - 40).
Искусственной называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций в ядерных реакторах, на ускорителях, при ядерных взрывах и др.
Основные характеристики радиоизотопов
Основными характеристиками радиоизотопов (радионуклидов) являются:
1. Активность.
2. Тип (способ) распада.
3. Период полураспада.
4. Вид и энергия излучения.
Активность радионуклида А в источнике (образце) есть отношение числа dN спонтанных ядерных превращений, происходящих в источнике (образце) за интервал времени dt, к этому интервалу:
|
|
А= dN/dt.
Единица активности радионуклида в СИ - Беккерель (Бк). Беккерель равен активности радионуклида в источнике (образце), в котором за 1с происходит одно спонтанное ядерное превращение.
Активность радионуклида с течением времени уменьшается по закону радиоактивного распада:
,
где А(t), А0 - активность нуклида в источнике в текущий и начальный (t=0) моменты времени соответственно;
- постоянная распада, имеющая смысл
вероятности распада ядра за 1 секунду и равная доле ядер, распадающихся за единицу времени;
T1/2 - период полураспада - время, в течение которого распадается половина первоначального количества ядер, при этом активность радионуклида уменьшается в 2 раза.
Для смеси радионуклидов суммарная активность 
определяется из уравнения:
,
где A oi - активность i-го нуклида в момент времени t=0;
li - постоянная распада i-го нуклида.
Каждый радионуклид распадается вполне определенным способом, при этом распад ядер сопровождается испусканием:
* a-частиц (ядер атомов гелия 
) при a-распаде,
* 
- частиц (электронов) - при электронном () - распаде,
* 
- частиц (протонов) - при протонном () - распаде и др.
Образующиеся в результате указанных распадов дочерние ядра, как правило, оказываются возбужденными. Снятие энергии возбуждения и переход дочернего ядра в основное (стабильное) или менее возбужденное состояние происходит путем испускания гамма-кванта (фотона).
Переход ядра из возбужденного состояния в невозбужденное с испусканием g-излучения называется изомерным переходом.
|
|
Фотон может и не вылетать из атома, а поглотиться одним из электронов внутренних оболочек, который в результате перейдет в свободное состояние. Это явление называется внутренней конверсией g-лучей. Электроны, образовавшиеся вследствие такого внутреннего фотоэффекта, называются конверсионными.
В ряде случаев вся энергия g-излучения расходуется на явление внутренней конверсии и вместо вылета фотонов из атома наблюдается вылет только электронов конверсии. Внутренняя конверсия сопровождается испускание рентгеновского характеристического излучения.
Таким образом, радиоактивный распад сопровождается испусканием корпускулярных частиц (a, b+. b-, конверсионные электроны) и фотонов.