Д исциплина: ЗАЩИТА НАСЕЛЕНИЯ И ОБЪЕКТОВ ОТ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ

– ЗАЧЁТ
Кафедра БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Киселев Сергей Владимирович
(ст. преподаватель, каб. 146а

- к.4)

в чрезвычайных ситуациях: тексты лекций для студентов всех специальностей. –

Минск: БГТУ, 2005.
2. Р.А. Чарнушэвіч Радыяцыйная бяспека: вучэбны дапаможнік для студэнтаў тэхн. і тэхнал. спецыяль-насцей. Мінск: БДТУ, 2002.
3. Г.А. Чернушевич, В.В. Перетрухин
Радиационная безопасность: лаб. практикум по одноименному курсу для студентов всех специальностей. – Минск: БГТУ, 2018.
4. Г.А.Чернушевич, В.В. Перетрухин, В.В. Терешко
Оценка обстановки в чрезвычайных ситуациях. – уч.-метод. пособие. Минск: БГТУ, 2013 .

belstu.by

ТОВ

кафедра безопасности жизнедеятельности

студентам

Основные виды радиоактивных превращений.


3. Виды и характеристики ионизирующих излучений. Взаимодействие

ионизирующих излучений с веществом.

ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

1. Строение атома и его ядра. Изотопы и радионуклиды.

и радионуклиды.
Атом – это наименьшая частица химического элемента.
Состоит из

положительно заряженного ядра (1), вокруг которого двигаются отрицательно заряженные электроны (2), образующие электронную оболочку атома.
Атом - электрически нейтрален.

Электрон – это отрицательно заряженная элементарная частица с зарядом е- = 1,602·10–19 Кл.

Размеры ядер атомов 10-14 – 10-15 м, а атома – 10-10 м.

1

2

масса атома (более 99,95%).
ЯДРО АТОМА
Ядро состоит из:
протонов (р)

- положительно заряженных частиц
нейтронов (n) - частиц не имеющих заряда

Нейтроны и протоны имеют общее название – нуклоны.
Ядра с данным числом протонов и нейтронов называют нуклидами.

Заряд протона q = 1,602·10 –19 Кл, масса покоя mp= 1,007 а.е.м. = 1,6726·10–27 кг = = 1836 mе.

Нейтрон не имеет заряда, масса покоя mn= 1,6748·10–27 кг = 1839 mе

равняется общему количеству нуклонов и характеризует массу ядра
А = (p +

n) = Z + N.

Зарядовое число ядра (Z) - численно равно общему числу протонов в ядре.


Заряд ядра, выраженный в элементарных единицах численно равен порядковому номеру элемента в периодической таблице Д.И. Менделеева.


Поскольку Z выражает число протонов, а А общее число нуклонов в ядре, то число нейтронов в атомном ядре N = А – Z.

нейтронов N = А – Z = 235 – 92 = 143
Для химических элементов принято

следующее обозначение:

слева вверху массовое число А – 

слева внизу зарядовое число Z – 

Так как атом является электрически нейтральной частицей, то число протонов в ядре и число электронов в атоме одинаково.
Z = р = е-

периодической таблицы Менделеева.
Атомные ядра с одинаковым массовым числом А

и разным Z называются ИЗОБАРАМИ

Атомы одного и того же элемента с одинаковым числом протонов, но с различным числом нейтронов в ядре называются ИЗОТОПАМИ.

Например: природный уран – это смесь трех изотопов:

- 99,282 % - 0,712 % - 0,006 %.

Например: ядра – изобары (для них А = 40)

измерения. Основные виды радиоактивных превращений.
Антуан Анри
Беккерель
(1852 -1908)

Мария
Склодовская-Кюри
(1867-1934)
Пьер
Кюри
(1859-1906)

элемента и превращение его в более устойчивое ядро атома другого

элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или их групп.

Неустойчивое ядро называется радиоактивным.

Каждый такой отдельный акт самопроизвольного превращения ядер с испусканием элементарных частиц или их групп называется радиоактивным распадом.

1. Радиоактивный распад с испусканием
альфа-частиц (ядер атома гелия) - это альфа-распад;
2. бета-частиц (электроны, позитроны) – это бета-распад.
Альфа- и бета-распад обычно сопровождаются гамма-излучением.

в течение которого в результате радиоактивного распада первоначальное количество ядер

данного радиоактивного вещества уменьшается в два раза.

нераспавшихся ядер данного радионуклида.

Эту долю называют постоянной распада и обозначают

.
В общем виде этот закон выражается зависимостью:



где N(t) – число ядер, нераспавшихся за время t;
Nо – первоначальное число ядер радионуклида;
е = 2,718, основание натурального логарифма;
 – постоянная распада, показывает вероятность распада ядра за единицу времени. Зависит только от устойчивости ядер.

ЗАКОН РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА

Закон радиоактивного распада выражает уменьшение количества ядер атомов радиоактивного вещества во времени.

τ ‒ среднее время жизни радиоактивного ядра.

Bq) - равен активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором

за время 1 с происходит 1 радиоак. распад
1 Бк = 1 расп/сек.

Внесистемная единица измерения активности – Кюри (Ки) - равен активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 секунду происходит 3,7·1010 распадов,

1 Ки = 3,7·1010 Бк.
1мКи = 3,7·107 Бк = 37 МБк;
1 мкКи = =3,7·104 Бк = 37 кБк.

Активностью в 1 Ки обладает 1 г радия и активность 1 грамма Rа была принята за единицу измерения Кюри.

Активность (А) - мера интенсивности распада радионуклида (скорость распада ядер) и определяется как количество распадов ядер атомов радиоактивного вещества в единицу времени.

выражающая долю распадающихся атомов в единицу времени, , то активность

будет равна:

Моль вещества содержит 6,021023 атомов.

= 0);
t – текущее время,

которому соответствует активность вещества An.

Активность источника
выражается формулой:

где Аn – активность радионуклида, Бк;
m – масса радионуклида, г;
А – массовое число радионуклида;
Т1/2 – период полураспада радионуклида, с.

Масса истачника активностью 1 Кюри:
3 т 238U (Т1/2 = 4,5 млрд. лет),
16 г 239Pu (Т1/2 = 24,4 тыс. лет),
0,1 г 24Na (Т1/2 = 15 час) и т.д.

Активность источника, в котором содержатся радиоактивные ядра одного вида, уменьшается во времени по экспоненциальному закону:

удельная активность

объемная активность

поверхностная
активность

где m и V

соответственно масса и объем пробы с активностью Аn
S – площадь загрязненной поверхности.

Если плотность пробы  = 1 кг/л например воды, то значения объем-ой активности Аv, Бк/л численно совпадают с удельной активностью Аm, Бк/кг.

Величины удельной активности и объемной активности зависят от плотности вещества

с веществом.
Ионизирующее излучение (ИИ) – поток частиц и электромагнитных квантов,

взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов и молекул.
Ионизация – процесс образования положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул.

Радиация = Ионизирующее излучение

собой поток электромагнитной энергии с разной (преимущественно короткой) длиной волны.

- рентгеновское излучение
- гамма-излучение (γ - излучение)
- тормозное излучение

Корпускулярные излучения – элементарные ядерные частицы с массой отличной от нуля. Большинство из них – заряженные корпускулы (частицы):
- альфа-частицы (ядра атома гелия);
- бета-частицы (электроны и позитроны);
- протоны (ядра водорода - протия);
- дейтроны (ядра тяжелого водорода – дейтерия);
- тяжелые ионы (ядра, получившие высокую энергию в спец. ускорителях;
- нейтроны, частицы не имеющие заряда.

из двух протонов и двух нейтронов - ядро атома гелия

42Не

Альфа - излучение

При  -распаде заряд Z распадающегося ядра уменьшается на 2 а, массовое число A – на 4 единицы.

Альфа-распад наблюдается только у тяжелых ядер
(А  200, Z  82). Известно более 200 -активных ядер.

Переход образованных в результате -распада возбужденных ядер в основное состояние сопровождается гамма-излучением.

), испускаемых ядрами радиоактивных элементов при бета-распаде. -распад –

самопроизвольное преобразование ядер, сопровождающееся излучением (поглощением) электрона и антинейтрино или позитрона и нейтрино. Электрон (–-част.) - масса me = 9,10910-31 кг и заряд e- = 1,610-19 Кл. Позитрон (+-част.) – элемент. частица с положительным электрическим зарядом, античастица по отношению к электрону. Различают три вида бета-распада: 1) электронный ( ) распад, 2) позитронный (+ ) распад, 3) электронный захват или К-захват. При -распаде массовое число А не изменяется, а зарядовое число Z отличается от исходного на Z = ± 1.

бета - излучение

с прежней массой, а заряд увеличивается на единицу, при этом

появляется частица – антинейтрино:

Позитронный бета-распад приводит к образованию ядра с прежней массой и зарядом, уменьшенным на единицу, при этом образуется нейтрино:

При электронном захвате ядро притягивает к себе один из электронов, расположенных на внутренних орбитах атома (чаще К-слоя):

Таким образом, при всех видах -распада массовое число А не изменяется, а зарядовое число Z отличается на Z = ± 1.

реакциях (при взрыве ядерного боеприпаса или в ядерном реакторе).
Нейтронное излучение

(свободные нейтроны) образуются в процессе деления ядра (расщепления) - распад на два осколка, сумма масс которых примерно равна массе исходного ядра.

Нейтрон в свободном состоянии нестабилен (время жизни нейтронов составляет около 15 мин), он самопроизвольно превращается в протон с испусканием электрона и антинейтрино:

изучение.
Гамма-излучение – коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны 

 0,1 нм, испускаемое возбужденными атомными ядрами, при альфа-, бета-распадах или других ядерных преобразованиях.
Возбужденные ядра в течение 10-12 с переходят в основное состояние, испуская избыток энергии в виде -кванта.



где h -постоянная планка (h = 6,626 10-34 Дж с);
 - частота электромагнитных излучений.

разных средах взаимодействуют с атомами и молекулами вещества, при этом:

гамма-кванты,

альфа- и бета-частицы передают атомам и молекулам часть своей энергии и меняют направление движения;

атомы и молекулы, получившие избыток энергии, в процессе столкновения переходят в возбужденное состояние.

- происходит ионизация атомов или молекул (отрыв электронов), а также молекулы могут и диссоциировать на ионы.

ПРОЦЕСС ИОНИЗАЦИИ ВЕЩЕСТВА И ПРОНИКАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЙ

или частицей на единице длины своего пути, называется линейной плотностью

ионизации (ЛПИ).

Проникающая способность излучений определяется величиной пробега.

Пробегом называется путь, пройденный частицей в веществе до ее полной остановки, обусловленной тем или иным видом взаимодействия.

При каждом акте взаимодействия частица теряет часть своей энергии и затормаживается, ее скорость уменьшается до того момента, пока не станет равной скорости теплового движения.

Проникающая и ионизирующая способность излучения

км/с
Пробег: в воздухе – до 11 см
в биологической ткани –

от 10 до 100 мкм
ЛПИ – 25000-30 000 пар ионов/см, макс 65000 (пик Брэгга)

Средняя скорость V = 250 000 ‒ 270000 км/с
Пробег: в воздухе – от нескольких сантиметров до 44 м
в биологической ткани – 52,4 мм
ЛПИ – 200-300 пар ионов/см

Скорость V = 300 000 км/с (скорость света)
Пробег: в воздухе – 100-150 м
в биологической ткани – 20-30 см
ЛПИ – 2-3 пары ионов/см