Радиоактивность и ее закономерности

Радиоактивностью называется превращение одних атомных ядер в другие, сопровождаемое испусканием определенных частиц (a, b, антинейтрино, нейтрино) и электромагнитного излуче­ния (g-лучи). Явление было открытоА. Беккерелем в 1896 году на соединении урана. В 1898 г. Пьер и Мария Кюри, исследуя свойства радиоактивности, открыли два новых радиоактивных эле­мента: полоний и радий. Обнаруженное излучение было названо радиоактивным излучением, а само явление испускание радиоак­тивного излучения – радиоактивностью.Радиоактивность подразделяют на естественную (наблюдает­ся у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусст­венную (наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций). Принципиального различия между этими двумя типами радиоактивности нет, так как законы радиоактивного превращения в обоих случаях одинаковы.Радиоактивное излучение имеет сложный состав. В магнит­ном поле (рис. 6.36), узкий пучок радиоактивного излучения расщеп­ляется на три компонента: 1) слабо отклоняемый пучок положи­тельных частиц (a – излучение);2) сильно отклоняемый пучок отрицательных частиц (b – из­лучение); 3) неотклоняемый пучок (g – излучение).

Радиоактивное излучение об­ладает рядом свойств, в частности, вызывает ионизацию и возбуждение атомов, обладаетхимическим дей­ствием на эмульсию фотопластинок, вызывает люминесценцию ряда ве­ществ, обладает, проникающей способностью в веществе и вызывает биофизиологические процессы в тканях живых организмов.

α γ β

 

N S

 

 

Рис. 6.36. Отклонение излучений в магнитном поле

При радиоактивном распаде число радиоактивных (нераспавшихся) атомов убывает со временем по закону N = N₀ е^-lt_, где N₀ – число радиоактивных атомов в начальный момент времени; l – постоянная радиоактивного распада, характеризующая ско­рость распада; t – время распада. Интенсивность процесса ра­диоактивного распада характеризуется двумя величинами: перио­дом полураспада и средним временемжизни радиоактивного атома. Периодом полураспада радиоактивного изотопа называется проме­жуток времени, в течение которого распадается половина радиоак­тивного вещества, имеющегося в начальный момент времени:

= = .

Приведем примеры периодов полураспада для ряда радиоактивных изотопов: С – 20 минут; Р – 14.3 суток; К – 12,5 часа; К – 1.3 10⁹ лет; Si – 50.5 суток; Cо – 5.3 года; U – 7,1 10⁸ лет. Среднее времяжизни t радиоактивного изотопа есть величина, обратная постоянной радиоактивного распада

t = .

Активностью радиоактивного препарата называется число распадов, происходящее в препарате заединицу времени

А = = = lN,

то есть она равна произведению постоянной распада на количест­воимеющихся в препарате нераспавшихся ядер атомов. Единица активности в СИ – беккерель. I Бк – активность нуклида, при которой за I с . происходит один акт распада. До нас­тоящего времени в ядерной физике применяется внесистемная единица активности нуклида в радиоактивном источнике – кюри(Ки).I Ки =3,7 ^. 10¹⁰ Бк.

При радиоактивном распаде выполняются законы сохранения электрического заряда и массового числа.

Установлено, что g-излучение не является самостоятель­ным видом радиоактивности, а только сопровождает a и b-распады и также возникает при ядерных реакциях, при торможении заряженных частиц, их распаде и т.д.

Вещества, взаимодействующие с ионизирующим излучением g– лучей и нейтронов, по-разному ослабляютих действие. Напри­мер, толщина слоя, ослабляющего g – излучение наполовину, в см: бетон – 10, вода – 23; грунт – 14; дерево – 30; свинец – 2; сталь – 3. Ионизирующееся излучение сильно ослабляется, различными постройками и сооружениями, например, деревянный дом ослаб­ляет в 4¸10 раз; каменный в 10¸50раз; погреба и подвалы домов в 20¸100 раз; спецубежища – полностью.

Все вещества, с которыми взаимодействует ионизирующее из­лучение, поглощают переносимую ими энергию. Поглощенная энергия ионизирующего излучения- это энергия, переданная веществу в результате взаимодействия с ним частиц, входящих в состав излу­чения, и реализованная в увеличении кинетической энергии моле­кул вещества и в необратимых химических реакциях. Поглощенная доза излучения Д есть отнесенная к единице массы облучаемого вещества поглощенная энергия ионизирующего излучения. Единица поглощенной дозы ионизирующего излучения – грей. Один грей равен поглощенной дозе излучения, соответствующей энергии 1 Дж ионизирующего излучения любого вида, переданной облученному вещест­ву массой 1 кг (1Гр = 1 Дж/кг). Значение поглощенной дозы зави­сит от вида излучения, его энергетического состава, состава облучаемого вещества и условий облучения. Поглощенная доза на­капливается в поле ионизирующего излучения, ее значение может только возрастать. Скорость накопления (приращения) поглощен­ной дозы называется мощностью поглощенной дозы излучения. Мо­щность поглощенной дозы Р в некоторой точке среды: Р = . ­Единица измерения грей в секунду обозначается: Гр/с. Внесистемная единица поглощения дозы излучения I рад = 10^-2 Гр. По современным данным предельной годовой поглощенной дозой рент­геновского или гамма-излучения, не причиняющей заметного вре­да человеческому организму, является доза 5 10^-2 Гр. Ориенти­ровочные значения поглощенной дозы излучения, разовое облуче­ние которой человека может вызвать опасные последствия, в Гр таковы: до 0,25 – каких-либо последствий в состоянии здоровья не обнаружено; 1-2,5 – легкая форма лучевой болезни; 2,5-4 -лучевая болезнь средней тяжести; 4-6 – тяжелая форма лучевой болезни; 6-10 – крайне тяжелая форма лучевой болезни. Примерно эти же значения характерны для крупного рогатого скота, птиц и грызунов. В настоящее время в различных областях науки, тех­ники и производства применяются, более ста различных радиоак­тивных изотопов для решения тех или иных задач. Например, в металлургическом производстве Fe, Tl, Cs, Ca, в медицине Co, J, Cs, в биологии Na, P.

В радиобиологии считаются основополагающими мнения о том, что атомная радиация в любых дозах вредна для всего живого. Между тем и в данном случае действует общебиологический закон гормезиса – диаметрально противоположного воздействия на орга­низм больших и малых дозировок вещества. Именно по этому зако­ну мышьяк в большой дозе – сильнейший яд, а в малой – ценное вещество. То же доказано и для малых доз атомной радиации (иони­зирующего излучения). Природный радиационный фон был на плане­те Земля всегда, и возникающая на ней жизнь приспособилась к нему. Более того, в 1965-1985 годах независимо во Франции, СССР и США было установлено, что фон необходим, для всего живого от простейших до млекопитающих (разумеется, со «своей» дозой для каждого вида, ткани, клетки – в зависимости от их радиочувствительности), что малые дозы радиации стимулируют деление клеток, рост и развитие организмов; что они достоверно усили­вают иммунитет, снижают уровень спонтанного возникновения зло­качественных клеток, увеличивают продолжительность жизни.