Делением ядра называется ядерная реакция распада тяжелого ядра, возбужденного захватом нейтрона, на дне приблизительно равные части, называемые осколками

Если каждый из нейтронов деления взаимодействует с соседними ядрами делящегося вещества и в свою очередь вызывает в них реакцию деле­ния, причем возникает лавинообразное нарастание числа актов деления, то такая реакция называется цепной ядерной реакцией.

Активная зона - область пространства, где происходит цепная реакция.

Минимальная масса делящихся веществ, находящихся в активной зоне критических размеров, называется критической массой

Ядерными реакторами называют устройства, в которых осуществля­ются управляемые цепные ядерные реакции

Для синтеза одноименно заряженных протонов необходимо преодоле­ние кулоновских сил отталкивания, что возможно при достаточно высоких скоростях сталкивающихся частиц. Необходимые условия для синтеза ядер гелия из протонов имеются в недрах звезд. На Земле термоядерная реакциясинтеза осуществлена при экспериментальных термоядерных взрывах.

Ионизирующее излучение - излучение, взаимодействие которого со средой приводит к ионизации среды. Радиация будет ионизирующей в том случае, если она способна разрывать химические связи молекул и тем самым вызывать биологически важные изменения. Ионизирующее излучение может состоять из заряженных и незаряженных частиц. Энергию частиц ионизи­рующего излучения измеряют в электрон-вольтах (эВ):

Поток ионизирующих частиц - число частиц, проходящих через данную повер-хность за единицу времени. Измеряется числом частиц в еди­ницу времени (с^-1). Плотность потока ионизирующих частиц - отношение числа частиц, проникающих в элементарную сферу за единицу времени, к площади поперечногосечения этой сферы. Единица измерения - число частиц/см² мин.

Взаимодействие ядерных излучений с веществом. При прохождении через вещество частицы взаимодействуют с атомами из которых оно состоит, т.е. с электронами и атомными ядрами. Причем это взаимодействие можно разделить на два вида:

а) взаимодействие частиц с атомными электронами, в результате кото­рого энергия частицы передается одному из электронов атома, что приводит к возбуждению (ионизации) атома. Этот случай взаимодействия является неупругим столкновением (рассеянием), так как в результате его внутренняя энергия атома изменяется. В неупругом процессе имеет место выделение или поглощение энергии;

б) взаимодействие частиц с ядрами атомов приводит к изменению на­правления движения заряженных частиц, при этом траектория движения их искривляется. Такое взаимодействие не приводит к изменению внутренней энергии атома, и этот случай взаимодействия является упругим столкновени­ем (рассеянием). При упругом рассеянии частицы не претерпевают превращения, а изменяют состояние своего движения.

Все процессы рассеяния и распадов подчиняются законам сохранения энергии, электрического заряда, импульса и др.

Длина пробега частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии и среды, в которой происходит движение. Длина пробега увеличивается с возрастанием начальной энергии частицы и уменьшением плотности среды. При одинаковой начальной энергии тяжелые частицы обладают меньшими скоростями, чем легкие.

Бета-частицы, вылетающие из атомных ядер со всевозможными на­чальными энергиями (от нулевой до некоторой максимальной), обладают различными величинами пробега в веществе (таблица А.1). Проникающую способность ( -частиц различных радиоактивных изотопов обычно характе­ризуют минимальной толщиной слоя вещества, полностью поглощающего все -частицы.

Поглощение электронов описывается законом:

где - начальная интенсивность пучка электронов;

- интенсивность пучка после прохождения слоя вещества тол­щиной d;

- линейный коэффициент поглощения, см^-1;

где - массовый коэффициент поглощения, который имеет приблизи­тельно одинаковое значение в различных веществах (для одного и того же излучения);

- плотность вещества.

Альфа-частицы, обладающие значительно большей массой, чем -частипы, при столкновениях с электронами атомных оболочек испытывают очень небольшие отклонения от первоначального направления и движутся почти прямолинейно. Пробеги -частиц в веществе очень малы (таблица А.1).

Благодаря небольшой проникающей способности - и -излучения обычно не представляют опасности при внешнем облучении. Плотная одежда может поглотить значительную часть -частиц и совсем не пропускает -частицы. Однако при попаданий внутрь человеческого организма с пищей, водой и воздухом или при загрязнении радиоактивным веществом поверхности тела - и -излучения могут причинить человеку серьезный вред.

Гамма-лучи но своим свойствам сильно напоминают рентгеновские, но только их проникающая способность гораздо больше, -лучи представ­ляют собой электромагнитные волны. Скорость их распространения такая же, как и у всех электромагнитных волн - около 3x10⁸ м/с. Гамма-кванты и нейтроны не обладают электрическими зарядами и поэтому свободно прохо­дят сквозь большинство встречающихся на их пути атомов. Проникающая способность -лучей увеличивается с ростом энергии -кванюв и уменьша­ется с увеличением плотности вещества поглотителя. Они являются наиболее проникающим видом излучения и поэтому при внешнем облучении пред­ставляю: для человека ощутимую опасность.

Ослабление интенсивности пучка -лучей I определяется соотноше­нием:

где - интенсивность пучка при входе в слой вещества. МэВ/cм² с;

- линейный коэффициент ослабления, см^-1;

d - толщина слоя, см.

Таким образом, конечными результатами взаимодействия с веществом любого вида ядерного излучения являются ионизация и возбуждение атомов среды, а иногда, при осуществлении ядерных реакций, и образование новых элементов или изотопов.

Активность - мера радиоактивности. Представляет собой число рас­падов радиоактивных ядер в единицу времени:

A=N/t,

где N - количество распадов;

t - время, за которое произошло N распадов ядер, с.

В системе СИ за единицу активности принято одно ядерное превраще­ние в секунду, которое называется беккерель (Бк). Внесистемной единицей является кюри (Ки).

Величина активности характеризует лишь наличие радиоактивного элемента и интенсивность испускаемого им излучения, не определяя ни тип элемента, ни тип самого излучения.

Активность радионуклида связана с числом радиоактивных атомов в источнике в данный момент времени соотношением

Число радиоактивных атомов N в массе радионуклида m можно опре­делить по уравнению

N=mN_A/K

где N_A - постоянная Авогадро ( моль^-1);

К - массовое число (365x24x60x60xX, для радия-226, например, X=226).

Связь массы радионуклида с его активностью имеет вид

где - константа, зависящая от единицы измерения активности (если активность выражается в беккерелях, то c).

Удельная активность (А_уд=[Бк/кг, Кu/кг]) - это отношение активности радионуклида, содержащегося в образце, к массе образца М:

А_уд=А/М.

Объемная активность (А_об=[Бк/м³, Бк/л, Ku/л]) - это отношение активности радионуклида, содержащегося в образце, к объему образца V:

А_об=А/V

Поверхностном активность (А_пов=[Бк/м², Ku/км²]) - это отношение активности радионуклида, содержащеюся на поверхности образца, к площа­ди ею поверхности S:

А_пов=А/S

Мерой воздействия любого вида ядерного излучения на вещество явля­ется поглощенная доза излучения D (таблица А.4). Доза излучения есть от­ношение средней энергии, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе вещества в этом объеме:

Единица поглощенной дозы получила название грэй (Гр):

1 Гр=1 Дж/кг.

Используется внесистемная единица - рад: 1 рад=10^-2 Гр.

Разные виды излучения обладают различными ионизационными свойствами, поэтому даже при одной и той же поглощенной дозе они оказываю не одинаковое поражающее действие на организм. Эквивалентная доза H - дозиметрическая величина, введенная для оценки возможного ущерба здоро­вью человека от хронического воздействия ионизирующего изучения про­извольного состава, которая равна произведению поглощенной дозы в дан­ном элементе объема биологической ткани на средний коэффициент каче­ства ионизирующего излучения в этом элементе объема:

H=Dk

В системе СИ единицей измерения эквивалентной лозы является зиверт (Зв), внесистемной - бэр (биологический эквивалент рентгена): 1 бэр=10^-2 Зв.

Значение коэффициента качества излучения для некоторых излучений: -излучение, рентгеновское излучение, -частицы (электроны, позитроны) - 1, протоны и нейтроны с энергией меньше 10 МэВ - 10, -частицы с энерги­ей меньше 10 МэВ - 20.

Мощность эквивалентной дозы Р - отношение приращения эквива­лентной дозы за интервал времени к этому интервалу времени. Единица из­мерения Зв/с, внесистемная единица - бэр/с: 1 Зв/с=100 бэр/с.

Эффективная эквивалентная доза H_эф - сумма произведений дозы, полученной каждым органом, на соответствующий весовой (взвешенный) коэффициент, учитывающий различную чувствительность различных орга­нов и тканей организма к излучению:

Эффективную эквивалентную дозу, полученную органами и тканями, оценивают по коэффициенту радиационного риска . Она отражает сум­марный эффект облучения различных органов организма. Измеряется в зивертах (Зв).

Экспозиционная доза G - это количественная характеристика рентге­новского и гамма-излучения, которая выражает энергию фотонного излуче­ния, преобразованную в кинетическую энергию заряженных частиц в едини­це массы атмосферного воздуха (Кл/кг; 1 Кл/кг=3876 Р; 1 Р=2,58x10^-4 Кл/кг):

Мощность экспозиционной дозы (Х) - отношение приращения экспозиционной дозы за интервал времени к этому интервалу времени. Едини­ца измерения - мкР/ч (микрорентген в час) и мР/ч (миллирентген в час).

Предел дозы — наибольшее среднее значение индивидуальной эквива­лентной дозы за календарный год у критической группы лиц, при котором равномерное облучение в течение 70 лет не может вызвать в состоянии здо­ровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными метода­ми (таблица А.6).

Прежде чем попасть в организм человека, радиоактивные вещества проходят по сложным маршрутам в окружающей среде. Это приходится учи­тывать при оценке доз облучения, полученных от какого-либо источника (рисунок 1).

Внешнее облучение - облучение тела от находящихся вне его источ­ников ионизирующего излучения.

Внутреннее облучение - облучение тела от находящихся внутри его источников ионизирующего излучения.

Б иологическое действие ионизирующих излучений. Физическое воз­действие ионизирующей радиации любого вида на ткани живого организма заключается в процессах возбуждения и ионизации атомов и молекул среды. Возбужденные атомы и ионы обладают высокой химической активностью, поэтому в клетках организма появляются новые химические соединения, чу­ждые здоровому организму. Под действием ионизирующей радиации разру­шаются отдельные сложные молекулы и элементы клеточных структур. Лу­чевое поражение, нанесенное при небольшой дозе обучения, живой орга­низм может перенести легко, без каких-либо болезненных симптомов; боль­шие дозы облучения могут привести к серьезному заболеванию или деталь­ному исходу (таблица А.6).

		сток
	подпахотный слой почвы

Рисунок 1- Возможные пути распространения радионуклидов в окружающей среде

Хотя малые дозы облучения не вызывают в человеческом организме каких-либо изменений, обнаруживаемых современными методами, их действие не является совершенно безвредным. В результате действия ионизирую­щих излучений на организм человека увеличивается вероятность некоторых заболеваний, возрастает вероятность повреждения клеток, несущих генети­ческую информацию (таблица А.7). Поэтому общим правилом при работе с радиоактивными изотопами и другими источниками ионизирующей радиа­ции является сведение уровня облучения человека к возможному минимуму.

Дата добавления: 2015-07-13