Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Радиоактивных излучний и Защита от них
|
|
Альфа – распад
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
. По своим характеристикам эта частица представляет собой ядро атома гелия и называется «альфа частицей»
Энергия частиц, испускаемые различными радионуклидами, лежит в пределах 2-8 МэВ. При этом ядра данного радионуклида испускают α - частицы, обладающие одной и той же энергией
При выбросе альфа -частицы за счет уменьшения в ядре атомов протонов образуется новый химический элемент.
|
 |
Гелий 2Не4 Тормозное излучение Гамма-квант
Альфа-частица, попадая в любое вещество, теряет свою энергию в результате взаимодействия с электронами атома, полем ядра и самим ядром (рис).
Взаимодействие альфа частицы с электронами атома вещества
Взаимодействие альфа - частицы с полем ядра
Альфа-частица в отдельных случаях может столкнуться с ядром атома, Например,
5B10 + 
7N14 + 
Бор Азот
Новый элемент по своей природе может быть радиоактивным, т.е. иметь неустойчивое ядро. В этом случае его называют искусственно радиоактивным.
Расстояние, проходящее альфа -частицей в веществе, называется проникающей способностью альфа -частицы.
Пробег альфа - частицы в воздухе составляет 8-9 см, в мягкой биологической ткани несколько десятков микрометров. Удельная ионизация, т. е число пар ионов, создаваемых частицей в единице объема массы среды или на единице длины пути. У альфа частиц наибольшая ионизирующая способность и наименьшая проникающая способность. Удельная ионизация достигает от 25 до 60 тыс. пар ионов на 1 см. пути в воздухе.
Защита от альфа - частицы: достаточно обеспечить удаление от источника излучения на 8-10 см, чтобы гарантировать полную защиту от нее. Но необходимо помнить, что попадание альфа -частицы внутрь организма чрезвычайно опасно. Продукты питания и вода требуют тщательного контроля перед употреблением, если есть подозрение на их загрязнение радиоактивным веществом.
Бета - распад
При определенных условиях один из нейтронов ядра может превращаться в протон или наоборот протон может превращаться в нейтрон.
В первом случае процесс преобразования нейтрона в протон сопровождается образованием и выбросом в молекулярное пространство частицы, которая имеет заряд и массу электрона. Эту частицу называют бета - частицей, а процесс ее образования - электронным бета - распадом.
Во втором случае процесс преобразования протона в нейтрон сопровождается образованием и выбросом в молекулярное пространство частицы такой же массы, но с положительным зарядом. Эту частицу называют позитрон, а процесс ее образования - позитронным бета - распадом.
β –излучение – это поток электронов или позитронов. Максимальная энергия
β – частиц у известных в настоящее время радионуклидов может достигать
3, 0 – 3, 5 МэВ. Скорость движения частицы при вылете из ядра составляет до 270000 км/ч.
|
 |
Бета-частица, попадая в любое вещество, теряет свою энергию в результате взаимодействия с электронами нейтрального атома и полем ядра
Взаимодействие бета-частицы с электронами нейтрального атома вещества В молекулярном пространстве образуются возбужденные атомы и заряженные частицы - ионы.
Так как заряд и масса бета -частицы во много раз меньше массы и заряда альфа -частицы, то она на каждой единице пути образует меньшее число пар ионов, теряя при этом меньшую долю энергии.
Поэтому пробег бета - частицы в веществе больше, чем альфа -частицы.
Бета излучение имеет существенно меньшую ионизирующую способность и большую проникающую способность. Средняя величина удельной ионизации в воздухе около 100 пар ионов на 1 см. пути, а максимальный пробег составляет нескольких метров при больших энергиях.
Взаимодействие бета частицы с полем ядра атома.
Защита от бета частиц: так как бета частицы полностью поглощаются слоями вещества, то защитные конструкции можно изготовлять из любого материала, но наиболее целесообразно их изготовление из оргстекла (плексигласа), алюминия, стекла и др. При этом необходимо помнить, что пробег альфа- и бета -частиц в веществе во столько раз меньше или больше их пробега в воздухе, во сколько раз плотность вещества соответственно больше или меньше плотности воздуха.
Гамма излучение
Гамма излучение - это поток электромагнитных волн. По своим характеристикам они близки к рентгеновским лучам, но обладают большей энергией, т.к. их частота колебаний выше (
< 0, 03нм).
По своей природе гамма-излучение ядерного происхождения. Оно сопровождает радиоактивный распад ядра или переход ядра из одного энергетического состояния в другое.
Поскольку длина волны гамма-излучения соизмерима с размерами атомов, а энергия квантов составляет десятки килоэлектрон вольт (кэВ) и более, то проникающая способность его очень велика.
Проходя через вещество, электромагнитные волны гамма излучения взаимодействуют с электронами атома, электрическим полем ядра и самим ядром, а точнее с протонами и нейтронами ядра.
Взаимодействие электромагнитных волн гамма-излучения с электронами атома сводится к поглощению электромагнитной энергии, часть которой тратится на возбуждение атомов и преобразуется в тепло, а другая часть - на образование заряженных частиц, т. е. на ионизацию атомов. Этот процесс называется фотоэлектрическим поглощением энергии.
Но так как энергия гамма -кванта всегда превышает энергию связи электронов с ядром, то сорванные электроны имеют достаточный запас энергии и производят вторичную ионизацию нейтральных атомов.
С увеличением атомного номера вещества вероятность фотоэлектрического поглощения возрастает в Z4 раз, однако с увеличением энергии гамма кванта эта вероятность уменьшается.
Учитывая, что электроны атома обладают зарядом и массой, то часть энергии гамма кванта отклоняется от направления своего движения на некоторый угол и уходит за пределы пучка, но величина этой энергии незначительна. Этот процесс называется некогерентным рассеянием энергии.
Взаимодействие электромагнитных волн гамма квантов с полем ядра вызывает отклонение на некоторый угол от направления движения части энергии и уход ее за пределы пучка, т.е. происходит некогерентное рассеяние энергии. При этом, чем выше плотность вещества (номер элемента), тем большее количество энергии гамма кванта рассеивается.
Это необходимо учитывать при изготовлении защитных конструкций.
Взаимодействие электромагнитных волн гамма квантов с протонами и нейтронами ядра может привести к ядерным превращениям, т.е. превращению протона в нейтрон или нейтрона в протон и выбросу в молекулярное пространство бета-частицы. Но это возможно только при условии, что энергия гамма кванта больше суммы энергии, взаимосвязанной с массой покоя электрона и позитрона в ядре. Энергия покоя электрона и позитрона в ядре очень велика и равна 1, 02 мэВ, что снижает вероятность этого процесса.
Таким образом, при взаимодействии гамма-излучения с веществом часть энергии поглощается, т. е. преобразуется в тепло и заряженные частицы, часть рассеивается.
Защита от гамма-излучения: так как гамма-излучение не обладает массой и электрическим зарядом, то какой бы ни была взята толщина слоя вещества нельзя полностью поглотить поток ЭМВ гамма квантов, можно только ослабить его интенсивность в любое число раз.
Толщина слоя вещества, после прохождения которого интенсивность гамма-излучения ослабляется в 2 раза, называется слоем половинного ослабления.
При изготовлении защитных конструкций от гамма-излучения используют материал большой плотности: свинец, бетон и др.
Наиболее эффективными методами защиты от внешнего гамма- излучения являются:
- защита временем: проведение работ с гамма-излучением в минимально короткое время;
- защита расстоянием: использование дистанционных средств управления;
- защита экранами: использование защитных конструкций.
Нейтронный поток
Источниками нейтронов являются космические излучения (атмосферы достигают нейтроны и протоны), ядерные реакции и ядерные превращения отдельных элементов. По своим энергетическим характеристикам нейтроны делятся на три группы:
· тепловые (Е < 0, 5 КэВ),
· быстрые (Е = 0, 1 - 10 МэВ) и
· сверхбыстрые (Е > 10 МэВ).
·
При прохождении через вещество нейтроны взаимодействуют только с ядрами атомов. Взаимодействовать с заряженными частицами они не могут, так как не обладают зарядом. Характер их взаимодействия аналогичен взаимодействию двух бильярдных шаров.
Нейтрон, обладая запасом кинетической энергии при столкновении с ядром вещества, передает ему часть своей энергии, при этом сам изменяет направление движения.
Этот процесс называется упругим рассеиванием. Под действием полученной энергии ядро атома " выскакивает" из электронной оболочки и в молекулярном пространстве производит ионизацию нейтральных атомов. Такие ядра называются ядрами отдачи. Источником отрицательных ионов являются электроны этого атома. В процессе столкновений энергия нейтрона постепенно уменьшается и приближается к энергии теплового движения. Тепловой нейтрон будет блуждать в веществе до тех пор, пока его не захватит одно из ядер атома. При этом образуется изотоп исходного вещества, а избыток энергии ядра, полученный за счет потери скорости движения нейтроном, излучается в окружающее пространство в виде гамма-кванта, т. е.
zXA + 0n1 zXA+1 + 
.
Для того чтобы быстрый нейтрон с первоначальной энергией в 1 МэВ стал тепловым, потребуется порядка 25 столкновений с ядром водорода, или порядка 100 столкновений с ядром углерода, или порядка 2100 столкновений с ядром урана.
В зависимости от исходного вещества поглощение атомом нейтрона может привести к образованию искусственного радиоактивного изотопа.
Например,
27Co59 + n 27Co60 + 
Изотоп 27Со60 - радиоактивный (нестабильный). В его ядре через определенное время происходит превращение нейтрона в протон с выбросом в окружающее пространство бета-частицы (электрона).
При этом образуется новый стабильный элемент никель:
27Co60 28Ni60.
Не только тепловые, но и быстрые нейтроны могут быть захвачены ядрами атомов. При этом из ядра атома может быть выброшена любая частица (альфа, протон или нейтрон), а избыток энергии, образовавшийся за счет прекращения движения нейтрона, в виде гамма-кванта излучается в окружающее пространство, т.е.
zXA + n z-2XA+1 + 
+ ɣ;
zXA + n z-1XA + p + ɣ;
zXA + n zXA + n + ɣ.
Таким образом, при взаимодействии нейтрона с веществом происходит ионизация и нагрев ткани за счет преобразования его кинетической энергии в заряженные частицы (ядра отдачи и электроны) и в гамма-квант электромагнитной энергии, который дополнительно воздействует на нейтральные атомы. При этом может образоваться искусственно радиоактивный изотоп.
Защита от нейтронного потока: так как при каждом столкновении с ядром нейтрон теряет тем большую часть энергии, чем ближе масса ядра к массе нейтрона, то для защитных конструкции используется материал с малым атомным номером (парафин, вода, полиэтилен и др.). При защите от нейтронов всегда необходимо предусматривать защиту от гамма-излучения.
