Материал: Радиация вокруг нас

Радиация вокруг нас

Министерство образования и науки Российский Федерации ФГАУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Физико-технологический институт

Кафедра технической физики

Реферат

по дисциплине «Введение в профессиональную деятельность»

Тема: Радиация вокруг нас

Екатеринбург

Введение

Начиная свою работу, я поставила цель: выяснить, что такое радиация. Также необходимо решить следующие задачи: откуда появилась радиация, что она из себя представляет, какие виды радиации существуют, какие последствия могут быть в результате воздействия радиации на живые организмы, в чем заключаются положительные стороны радиоактивности. Все это необходимо рассмотреть с различных точек зрения.

Вступив в новый, 21 век, мир все больше и больше сталкивается с целым рядом глобальных проблем. Проблемы эти особого рода. Они затрагивают интересы всего человечества.

Радиоактивность отнюдь не новое явление; новизна состоит в том, как люди пытаются её использовать. Ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого её рождения. Даже человек слегка радиоактивен, поскольку в организме есть тот же радиоактивный изотоп калий-40 - незаменимый элемент, участвующий в ряде важных метаболических процессов.

Радиация - это явление, происходящее в радиоактивных элементах, ядерных реакторах, при ядерных взрывах, сопровождающееся испусканием частиц и различными излучениями, в результате чего возникают вредные и опасные факторы, воздействующие на людей. Следовательно, термин «ионизирующие излучения» есть одна из сторон проявления физико-химических процессов, протекающих в радиоактивных элементах.

1. Открытие радиации

Ионизирующее излучение сопровождало и Большой взрыв, с которого, как мы сейчас полагаем, началось существование нашей Вселенной около 20 миллиардов лет назад. С того времени радиация постоянно наполняет космическое пространство. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее рождения. Даже человек слегка радиоактивен, так как во всякой живой ткани присутствуют в следовых количествах радиоактивные вещества. Но с момента открытия этого универсального фундаментального явления не прошло еще и ста лет.

Рис. 1

В 1896 году французский ученый Анри Беккерель положил несколько фотографических пластинок в ящик стола, придавив их кусками какого-то минерала, содержащего уран. Когда он проявил пластинки, то, к своему удивлению, обнаружил на них следы каких-то излучений, которые он приписал урану. Вскоре этим явлением заинтересовалась Мария Кюри, молодой химик, полька по происхождению, которая и ввела в обиход слово «радиоактивность». В 1898 году она и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что уран после излучения таинственным образом превращается в другие химические элементы. Один из этих элементов супруги назвали полонием в память о родине Марии Кюри, а еще один - радием, поскольку по-латыни это слово означает «испускающий лучи». И открытие Беккереля, и исследования супругов Кюри были подготовлены более ранним, очень важным событием в научном мире - открытием в 1895 году рентгеновских лучей; эти лучи были названы так по имени открывшего их (тоже, в общем, случайно) немецкого физика Вильгельма Рентгена.

Реакция обывателей тех далеких лет была курьезной и воинствующей.

Так некоторые нью-йоркские газеты писали, что новые лучи способны фотографировать души умерших. Рид, член законодательного собрания в Нью-Джерси 19 февраля 1896 года внес законопроект, запрещающий из этических соображений использовать рентгеновские лучи в театральных биноклях. Раздраженная ситуацией лондонская газета «Pall Mall» писала в передовой: «Самое лучшее, что нужно сделать цивилизованным странам - это объединится и сжечь все рентгеновские лучи, и оборудование утопить в океане. Пусть рыбы разглядывают свои кости». Многие жители Германии в письмах непосредственно к Рентгену просили его прислать рентгеновские лучи по почте.

2. Виды радиации

Радиация - излучение энергии в виде быстрых элементарных частиц или электромагнитных волн. При превращениях (распадах) радиоактивных ядер атомов возникают различные виды излучения: альфа-, бета-, гамма-излучение, рентгеновское излучение, нейтроны, тяжелые ионы. При взаимодействии с веществом энергия излучения передается атомам и молекулам, превращая их в заряженные частицы - ионы. В результате ионизации разрываются химические связи молекул в живых организмах, и тем самым вызываются биологически важные (соматические и генетические) изменения.

Излучение, которое несет достаточное количество энергии, способно к удалению электронов из атомов. Этот процесс называется ионизацией, а излучение, способное удалить электрон из атома, называется ионизирующим (в отличие, например, от электромагнитного излучения солнца, которое таковым не является).

Нестабильные нуклиды стремятся перейти в устойчивое состояние. Они могут выделять свою избыточную энергию в процессе распада. Распад означает, что радиоактивный нуклид испускает ионизирующее излучение в форме частиц или электромагнитных волн (гамма-квантов).

В быту ионизирующее излучение ошибочно называется радиоактивным излучением. Правильное выражение - ионизирующее излучение. Рассмотрим процессы α-, b- и g-излучения.

α-излучение

Нестабильное ядро находится в процессе излучения своей избыточной энергии за счет испускания частицы, которая является ядром гелия и состоит из двух протонов и двух нейтронов. Эта частица называется α-частица.

α-частицы - положительно заряженные ядра гелия, обладающие высокой энергией.

Ионизация вещества альфа-частицей

Когда α-частица проходит в непосредственной близости от электрона, она притягивает его и может вырвать с нормальной орбиты. Атом теряет электрон и таким образом преобразуется в положительно заряженный ион. Так α-частицы обычно ионизируют вещество.

Ионизация атома требует приблизительно 30-35 эВ (электрон-вольт) энергии. Таким образом, α-частица, обладающая, например, 5 000 000 эВ энергии в начале ее движения, может стать источником создания более чем 100 000 ионов прежде, чем она перейдет в состояние покоя.

Масса α-частиц примерно в 7 000 раз больше массы электрона. Большая масса α-частиц определяет прямолинейность их прохождения через электронные оболочки атомов при ионизации вещества. α-частица теряет маленькую часть своей первоначальной энергии на каждом электроне, который она отрывает из атомов вещества, проходя через него. Кинетическая энергия α-частицы и ее скорость при этом непрерывно уменьшаются. Когда вся кинетическая энергия израсходована, α-частица приходит в состояние покоя. В этот момент она захватит два электрона и, преобразовавшись в атом гелия, теряет свою способность ионизировать материю.

Расстояние, на которое ионизирующее излучение может проникать в вещество, называется его проникающей способностью.В воздухе пробег α-частицы равен нескольким сантиметрам. Толстый лист бумаги остановит частицу полностью.

В тканях тела человека пробег частицы - менее 0,7 мм. Альфа-излучение, воздействующее на незащищенную часть тела, не может проникнуть даже через внешний слой клеток кожи и не причиняет вреда организму.

Поэтому альфа-излучение опасно только тогда, когда альфа-частицы попадают внутрь организма (с воздухом, питьевой водой и пищевыми продуктами) и напрямую воздействуют на клетки органов, вызывая их повреждения.

β-излучение

β-излучение - это процесс испускания электронов непосредственно из ядра атома. Электрон в ядре создается при распаде нейтрона на протон и электрон. Протон остается в ядре, в то время как электрон испускается в виде β-излучения.

Ионизация вещества β-частицей

Вылетевший из ядра радионуклида электрон (β-частица) выбивает один из орбитальных электронов стабильного химического элемента. Эти два электрона имеют одинаковый электрический заряд и массу. Поэтому, встретившись, электроны оттолкнутся друг друга, изменив свои первоначальные направления движения.

Когда атом теряет электрон, то он превращается в положительно заряженный ион.

Проникающая способность β-частицы значительно больше, чем α-частицы, потому что электрический заряд β-частицы - вдвое меньше заряда α-частицы. Кроме того, масса β-частицы - приблизительно в 7000 раз меньше массы α-частицы. Из-за ее маленькой массы и маленького заряда ионизация, вызванная β-частицей меньше, и, как следствие, энергия β-частицы расходуется на более значительном расстоянии.

Проникающая способность β-частицы в воздухе изменяется от 0,1 до 20 метров в зависимости от начальной энергии частицы. В большинстве случаев средства индивидуальной защиты и обувь обеспечивают достаточную защиту от внешнего облучения организма β-частицами. Большой риск облучения β-частицами связан с попаданием их внутрь организма при приеме пищи.

γ-излучение

γ-излучение не состоит из частиц, как α- и β-излучения. Оно, также как свет Солнца, представляет собой электромагнитную волну. Гамма-излучение это - электромагнитное (фотонное) излучение, состоящее из гамма-квантов и испускаемое при переходе ядер из возбужденного состояния в основное при ядерных реакциях или аннигиляции частиц. Это излучение имеет высокую проникающую способность вследствие того, что оно обладает значительно меньшей длиной волны, чем свет и радиоволны. Энергия γ-излучения может достигать больших величин, а скорость распространения γ-квантов равна скорости света. Как правило, γ-излучение сопутствует α и β-излучениям, так как в природе практически не встречаются атомы, излучающие только γ-кванты. γ-излучение сходно с рентгеновским излучением, но отличается от рентгеновского излучения природой происхождения, длиной электромагнитной волны и частотой.

Ионизация вещества g-излучением

g-излучение, проходящее через вещество, имеет возможность ионизировать это вещество, передавая свою энергию электронам атомов, составляющих его. Энергия излучения постепенно уменьшается. Поскольку g-излучение не имеет никакого электрического заряда, его способность ионизировать атомы вещества намного меньше, чем у α- и β-излучения.

Защититься от воздействия γ-излучения сложнее, чем от воздействия α- и β-частиц. Проникающая способность его очень высока, и γ-излучение способно насквозь пронизывать живую человеческую ткань. Нельзя однозначно утверждать, что вещество некоторой толщиной полностью остановит γ-излучение. Часть излучения будет остановлена, а часть его - нет. Однако, чем более толстый слой имеет защита, и чем больше удельный вес и атомный номер вещества, которое используется в качестве защиты, тем более она эффективна. Толщина материала, требуемого, чтобы уменьшить излучение в два раза - называется слоем половинного ослабления. Уменьшить мощность γ-излучения на 50% могут, например, 1 см свинца, 5 см бетона, или 10 см воды. Кроме этого, защититься от воздействия радиации можно временем и расстоянием. Чем меньше время воздействия ионизирующего излучения на организм - тем меньше доза облучения. Грубый расчет может помочь Вам определить дозу, которую Вы получите в течение некоторого промежутка времени. Свойством всех источников ионизирующего излучения является то, что мощность дозы уменьшается с расстоянием. Источник излучения может иметь различную конфигурацию: точечный, объемный, поверхностный или линейный источник. Излучение от точечного источника уменьшается пропорционально увеличению квадрата расстояния до него. Простая и эффективная мера защиты от внешнего излучения - находиться настолько далеко, насколько возможно, от источника ионизирующего излучения.

. Источники радиации

Радиация действительно опасна: в больших дозах она приводит к поражению тканей, живой клетки, в малых - вызывает раковые явления и способствует генетическим изменениям.

По происхождению радиация бывает различной, например, естественная, космические лучи, земная радиация и др.Так как основную часть дозы облучения население получает от естественных источников, то большинства из них избежать просто невозможно.

Человек подвергается двум видам облучения: внешнему и внутреннему. Дозы облучения сильно различаются и зависят, главным образом, от того, где люди живут.

Естественные источники радиации

Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения падают на поверхность Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой тип облучения называют внутренним.

Облучению от естественных источников радиации подвергается любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частности, от того, где они живут. Уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где залегают особенно радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах - соответственно ниже. Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строительных материалов, использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровен, герметизация помещений и даже полеты на самолетах - все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников радиации.

Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. В среднем они обеспечивают более 5/6 годовой эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением, в основном, вследствие внутреннего облучения. Остальную часть вносят космические лучи, главным образом, путем внешнего облучения.

Космические лучи

Радиационный фон, создаваемый космическими лучами, дает чуть меньше половины внешнего облучения, получаемого населением от естественных источников радиации. Космические лучи, в основном, приходят к нам из глубин Вселенной, но некоторая их часть рождается на Солнце во время солнечных вспышек. Космические лучи могут достигать поверхности Земли или взаимодействовать с ее атмосферой, порождая вторичное излучение и приводя к образованию различных радионуклидов.

Нет такого места на Земле, куда бы ни падал этот невидимый космический душ. Но одни участки земной поверхности более подвержены его действию, чем другие. Северный и Южный полюсы получают больше радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы (из которых в основном и состоят космические лучи). Существеннее, однако, то, что уровень облучения растет с высотой, поскольку при этом над нами остается все меньше воздуха, играющего роль защитного экрана.

Земная радиация

Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли, - это калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232-долгоживущих изотопов, включившихся в состав Земли с самого ее рождения.

Разумеется, уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры.

Средняя по миру доза природного облучения составляет 2,4 мЗв в год. Основной вклад дает газ радон. Самый большой уровень излучения в горных районах, а также там, где много песков и, особенно, горной породы - гранита. Например, в метро.

Рекордным местом на планете по природному фону являются пляжи Копакабаны в Бразилии, где накоплены, так называемые, монацитовые пески, способные поднять годовую дозу до 100 мЗв. В прибрежных районах Бразилии естественное облучение выше в 200 раз, чем на вулканических почвах Италии.