2014-04-11

Що таке радіоактивність

5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 (1 голос)

Що таке радіоактивність

Природна радіоактивність зустрічається у елементів з атомним номером більше 83. Скупчення позитивних зарядів в атомному ядрі робить ядро настільки нестійким, що воно випромінює або α-частинки, тобто ядра гелію (два протони і два нейтрони), або β-частинки (електрони). При цьому атомні ядра переходять у збуджений стан і при зворотному переході в нормальний стан випромінюють рентгенівські або γ-промені.

При викиді ядра гелію ( α-промені) виникає ядро нового елемента, позитивний заряд ядра якого менший на 2 одиниці, а маса на 4 одиниці менша від первинного значення. Так, наприклад, при радіоактивному розпаді радію утворюється радон:

88226Ra →86222Rn + 24He

При випромінюванні β-частинки (електрона) з атомного ядра утворюється новий елемент, у якого позитивний заряд ядра на 1 більший за вихідний, а маса ядра практично не змінюється. Прикладом служить ізотоп свинцю, який перетворюється в ядро вісмуту

82214РЬ → 83214Bi + е- (β-частинка)

В результаті α і β-розпаду родоначальників природніх рядів, тобто U-238, U-235 і Th-232, спочатку утворюються нестабільні ядра елементів, які при подальшому розпаді утворюють ядра нових елементів аж до утворення стабільної форми.

Ядерне випромінювання має велику енергію. Енергія α-випромінювання лежить у межах 4–9 МеВ, β-випромінювання – 0,5–2 МеВ і γ-випромінювання – 0,1–2 МеВ.

Висока енергія ядерного випромінювання поступово витрачається при його проходженні через повітря, воду та інші середовища при зустрічі з атомами цього середовища. При кожному зіткненні відбувається збудження атомів середовища, іонізація молекул або перетворення в інший елемент за рахунок ядерної реакції. При збудженні атома електрон електронної оболонки тимчасово переходить на більш високий енергетичний рівень, звідки він повертається в первісне положення, виділяючи енергію збудження. Ця енергія може витрачатися на хімічні реакції або давати світловий спалах, як це відбувається в сцинтиляційних лічильниках. Для прикладу ясно-синє світіння усередині атомного реактора, заповненого паливними елементами, пояснюється світінням збуджених молекул азоту. Якщо електрони атома вибиваються з електронних оболонок, утворюючи пари іон+ + е-, то відбувається процес іонізації.

У той час як збудження і іонізація відбуваються досить часто, дуже рідко трапляється перетворення ядер, оскільки для цього необхідний контакт частинки, що бомбардує, з ядром, розміри якого вкрай малі в порівнянні із загальними розмірами атома. У природних умовах ядерні реакції викликаються нейтронами або ядрами гелію ( α-частинки).

Чим більші розміри має частинка, що утворюється при розпаді ядра, тем імовірніше її зіткнення на своєму шляху з іншими атомами або молекулами і тим швидше вона втратить енергію. Довжина пробігу частки визначається числом зіткнень і залежить від енергії і виду частинки або γ-кванта. Фотони γ-випромінювання при незначній густині іонізації мають більшу довжину пробігу, ніж ядра гелію (α-частинки), β-частинки займають як за густиною іонізації, так і за довжиною пробігу проміжне положення. В залежності від енергії γ-променів у повітрі довжина пробігу γ-випромінювання може складати від кількох метрів до декількох кілометрів. Це випромінювання вільно проходить крізь м’які тканини організму, така ж картина спостерігається і випадку нейтронів. Довжина пробігу β-частинок у повітрі становить 50–850 см, у м’яких тканинах рослин і тварин вони проникають лише на кілька мм. Довжина пробігу ядер гелію в повітрі складає 2,5–9 см, у тканині вони проникають тільки на частки мм. Оскільки α і β-випромінювання віддають усю енергію в тканинах організму на короткому відрізку шляху, то очевидно, що вони наносять важкі ушкодження клітинам поблизу від місця їх проникнення.

Присутність радіонукліда в тканинах організму тим небезпечніше, чим частіше відбувається ядерний розпад. За одиницю активності радіонукліда прийнятий бекерель (Бк), ця одиниця відповідає 1 акту розпаду за секунду.

Поглинену дозу випромінювання виражають числом утворених пар іонів. Для рентгенівського і гамма-випромінювання за одиницю був прийнятий рентген (Р). Один рентген відповідає такому опроміненню, при якому в 1 см3 утворюється 2,082 мільярди (2,082•109) іонних пар, що еквівалентно утворенню 1 електростатичної одиниці електрики в 1 см3.

Поглинена тканинами організму доза випромінювання залежить від біологічної активності випромінювання і виміряється за допомогою рад, тобто як поглинена доза випромінювання, що доводиться на певну кількість опроміненого матеріалу, причому 1 рад відповідає енергії 0,01 Дж/кг. Як правило, зараз замість рад використовують іншу одиницю – грей (Гр). Між цими одиницями діє наступне співвідношення: 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.

Опромінення живих тканин може здійснюватися різними видами випромінювань, які характеризуються різною густиною іонізації. Тому для оцінки біологічної дії на тканини необхідно враховувати відмінності механізму переносу енергії для різних видів випромінювання. Для кожного виду випромінювання було експериментально встановлена його біологічна дія, віднесене до пучка протонів з енергією 100-200 кеВ. Отриманий коефіцієнт множать на поглинену дозу. Мірою дії опромінення в цьому випадку служить зіверт (Зв), який у свою чергу може бути визначений як 1 Дж/кг. Раніше користувалися одиницею рем. Між ремом і зівертом існує наступне співвідношення: 1 рем = 0,01 Зв або 1 Зв = 100 рем.

Висловлене вище чітко показує, що через відмінність у властивостях випромінювань не так просто встановити загальне співвідношення між 1 Бк і поглиненою дозою (у греях) або еквівалентною дозою (у зівертах). Це ускладнюється ще й тим, що еквівалентна доза повинна бути віднесена тільки до м’яких тканин і при кожному α і β-розпаді виникають нові елементи з іншими властивостями. Тому дуже важко передбачити можливу фізіологічну дію радіонуклідів, що потрапили в організм.

 

Читайте також:

Коментарі:

blog comments powered by Disqus