9 Курс «бжд: Защита в чс и го» - 2006 год

1. «Аварии на роо». Часть 1: Радиоактивность и связанные с ней опасности.

1.1.Активность радионуклидов.

Атомы одного и того же химического элемента отличающиеся массой (т.е. количеством нейтронов в ядре при равном количестве протонов) называются изотопами этого элемента. Среди изотопов большинства химических элементов один является стабильным, устойчивым изотопом, тогда как остальные способны самопроизвольно распадаться, превращаясь в другие изотопы. Поскольку этот самопроизвольный распад сопровождается излучением различной природы, то неустойчивые изотопы были названы радиоизотопами (от лат Radio – излучать), их ядра - радионуклидами, а процесс самопроизвольных превращений - радиоактивностью (иногда более кратко – активностью). Процесс радиоактивности в любом конкретном образце вещества характеризуется числом распадов радионуклидов, измеренным на временном интервале, причем интенсивность процесса со временем уменьшается. Поскольку каждый радиоизотоп распадается со строго определенной скоростью, которая может характеризоваться либо периодом полураспада (Т_1/2), т.е. временем, в течение которого распадается половина всех радионуклидов в образце, либо постоянной распада , т.е. долей распадающихся в единицу времени радионуклидов от их общего числа, то изменение радиоактивности образца любого радиоизотопа описывается законом радиоактивного распада:

A(t) = A_o  e^-t = A_o  2^-t/T ,

где

А_о – активность образца радиоизотопа в начальный момент времени;

Т_1/2 - период полураспада данного радиоизотопа;

 - постоянная распада данного радиоизотопа.

Период полураспада и постоянная распада связаны зависимостью:

ln 2)/ Т_1/2 = 0,693/ Т_1/2

Периоды полураспада для различных изотопов изменяются в пределах от долей секунды до миллиардов лет.

Мерой активности является число радиоактивных превращений в единицу времени. Единицей активности в системе СИ является беккерель (Бк), равный одному распаду в секунду

1Бк = 1 расп/с

Внесистемной единицей активности является кюри (Ки), которой соответствует активность 1г радия:

1Ки = 3,710¹⁰ Бк .

1.2.Виды ионизирующих излучений

Изучение радиоизотопов показало, что активность образца вещества является необходимой, но не достаточной характеристикой для оценки его взаимодействия с окружающей средой, поскольку характеризует процесс только в самом образце. В то же время, как указывалось выше, радиоактивность сопровождается различными излучениями, воздействие которых на среду приводит к ионизации атомов и молекул, за что они были названы ионизирующими излучениями. Таким образом, другими характеристиками радиоизотопов являются характеристики ионизирующих излучений, присущих этим веществам.

Поместив препарат радия между полюсами магнита, ученые обнаружили, что поток частиц, уносящих энергию возбужденного радионуклида, неоднороден и разделяется на 3 разновидности:  - и  - частицы и  – излучение. Энергия ионизирующих излучений измеряется во внесистемных единицах - электрон-вольтах (эВ)¹.

 - частицы соответствуют ядрам гелия, лишенным электронных оболочек.  – частицы (He⁺⁺) обладают массой, определяемой массовым числом А, равным 4 (т.к. состоят из двух протонов и двух нейтронов), и электрическим зарядом +2е. Начальная скорость  - частиц составляет 10 -:- 20 тыс.км/с, энергия в момент вылета 4 -:- 9 МэВ.  - частица обладает очень высокой ионизирующей способностью. В приземном воздухе она может создать до 300 000 пар ионов на 1 см пути. Растратив свою энергию, она превращается в атом гелия, преодолев при этом расстояние в несколько сантиметров (до 10 см), а в более плотных средах еще меньше (в воде 0,1 мм). Лист бумаги полностью задерживает  - частицы любых энергий, поэтому считается, что  - частицы обладают очень низкой проникающей способностью и не играют какой-либо роли во внешнем облучении, однако, изотопы, испускающие  - частицы очень опасны при попадании внутрь организма.

- частицы - это электроны (иногда и позитроны) со скоростями от нескольких тысяч км/час до близких к световой и энергиями от нескольких тысяч кэВ до 3 МэВ. Ионизирующая способность  -частиц умеренная, на 2-3 порядка меньше, чем у  - частиц, а проникающая способность несколько выше и в воздухе может достигать нескольких метров. Обычная летняя одежда ослабляет поток - частиц в два раза, однако они вносят определенный вклад во внешнее облучение и представляют опасность при попадании - излучающих изотопов на открытые участки тела и внутрь организма.

Электрически нейтральное - излучение представляет собой поток энергетичных квантов электромагнитной энергии (фотонов) с длинами волн =10^-5-:-10^-7 мкм ( =10^-1-:-10^-3А^о) и энергиями от нескольких десятков кэВ до нескольких МэВ и нулевой массой покоя. Если учесть, что связь между длиной волны  (мкм) и энергией электромагнитного излучения Е (эВ) можно выразить как Е = 1,2 ^-1, то области различных излучений и их воздействия на вещество среды можно проиллюстрировать рисунком (рис.1).

 – излучение обладает довольно низкой ионизирующей способностью (примерно на два порядка ниже, чем у -частиц) и очень высокой проникающей способностью. В приземном воздухе  - излучение распространяется на сотни метров, слабо ослабляется различными материалами и играет основную роль во внешнем облучении.

Кроме самопроизвольного распада радиоизотопов в природе имеет место деление тяжелых ядер некоторых трансурановых элементов в результате взаимодействия последних с нейтронами. Это взаимодействие называется ядерной реакцией. Масштаб выделения энергии в этом процессе в сотни раз больше, чем при радиоактивном распаде. Помимо  и- излучений (более высоких энергий, чем при самопроизвольном распаде) при ядерных реакциях возникают потоки нейтронов. Нейтроны – это элементарные частицы, не имеющие электрического заряда, с массовым числом А=1, с энергиями от десятков кэВ до 20 МэВ. Нейтроны являются нейтральными нестабильными частицами, которые не взаимодействуют с электронными оболочками атомов, однако они активно взаимодействуют с ядрами, отдавая им свою энергию и возбуждая атомы, что приводит к их ионизации. Опосредованная ионизирующая способность нейтронов высока. Одновременно нейтроны обладают большой проникающей способностью, что представляет большую опасность при внешнем облучении. Однако, в составе излучений при радиоактивном распаде нейтроны отсутствуют.