 |
1602 года ч 4,5×109 лет = Х тонн Ra ч 1тонну U; Х = (1602 × 1) × 4,5×109.
|
|
|
|
1602 года ч 4, 5× 109 лет = Х тонн Ra ч 1тонну U; Х = (1602 × 1) × 4, 5× 109.
Таким образом, концентрация радия по отношению к урану составляет 0, 356 × 10-6 , т. е. в каждой тонне урана следует ожидать всего 0, 356 г радия.
Большие залежи монацита (основного минерала, содержащего уран и торий), обнаружены в Бразилии, Китае, Индии, в США. В большом количестве урановая руда найдена в Австралии, Канаде, СССР, Чехословакии, Республике Конго, Южной Африке, США.
« Терригенные » радионуклиды, генетически не связанные с радиоактивными семействами, представлены отдельными радиоактивными элементами (средней части периодической системы Д. И. Менделеева) - калием (К-40), кальцием (Са-48), рубидием (Rb-87) и некоторыми другими. Наибольшую значимость из них представляет радиоактивный калий, являющийся природным изотопом одного из наиболее распространенного в природе элемента (доля содержания 0, 0119%).
Содержание калия в земной коре превышает содержание урана и тория вместе с продуктами их распада в сотни раз. Радиоактивный калий - довольно жесткий бета-, гамма излучатель. Выход бета частиц - 89% на распад, их максимальная энергия - 1, 322 МэВ; выход гамма квантов (с энергией 1, 461 МэВ) - 11% на распад; полная гамма постоянная изотопа - 0, 86 (Р\час., на расстоянии в1 см., от активности 1 мКи).
Калий является биогенным элементом и поступает в организм человека главным образом с пищей. Содержание радиоактивного калия в растительных продуктах в 3–10 раз меньше, чем в земной коре. Еще меньше (в 10-15 раз) его содержится в организмах животных. В рационе взрослого человека общее содержание калия составляет от 1, 43 г до 6, 54 г за сутки (среднее поступление - 3, 3 г/сутки). Среднее значение годовой ЭЭД, обусловленной содержащимся в теле человека радиоактивным калием (по данным НКДАР ООН) принимается равным 0, 18 м3в (18 мБэр).
|
|
|
« Космогенные » радионуклиды. Их вклад в суммарную дозу, обусловленную естественным радиационным фоном, невелик. Среди большого их числа лишь четыре радионуклида: тритий (Н-3), бериллий (Ве-7), углерод (С-14) и натрий (Nа-22) формируют некий вклад в эту величину.
В биологическом отношении к наиболее важным из них относятся радиоуглерод (С-14) и тритий (Н-3). Все они обязаны своим происхождением космическому излучению, имеющему в своем составе нейтроны различных энергий, большая часть которых, взаимодействуя с ядрами азота воздуха, дает начало радиоуглероду - чистому бета-излучателю c периодом полураспада 5730 лет и максимальной энергией бета-частиц - 0, 156 МэВ.
Подобного рода процессы наблюдаются обычно на высоте более 9 км над уровнем моря. Образующийся в верхних слоях атмосферы радиоуглерод, соединяется с кислородом и образует диоксид углерода (углекислый газ), который и включается в обычный для углерода цикл обмена между атмосферой, гидросферой, почвой и органическим миром.
За многовековой период радиоуглерод равномерно распределился в стабильных изотопах углерода (C-12, C-13). Его равновесная концентрация в смеси изотопов составляет 296 Бк\кг. Атомное отношение C-14 × C-12 = 1, 41× 10-12. Содержание изотопов C-13 в природной смеси составляет 1, 1%. Радиоактивный углерод равномерно распределяется и в тканях живых организмов. Общее содержание углерода в организме условного человека (по данным МКРЗ) составляет 16 кг (23% от массы всего тела). Установлено, что удельная активность радиоуглерода в тканях организма человека приходит в равновесное состояние с его содержанием в углекислоте атмосферы с задержкой в 1, 4 года. В связи с тем, что радиоуглерод в далеком прошлом планеты также находился в равновесном состоянии с его стабильными изотопами, и было предложено использовать (это явление) для определения возраста археологических находок биологического происхождения.
|
|
|
Дополнительным (техногенным) источником поступления радиоуглерода в атмосферу являются испытания ядерного оружия и эксплуатация ядерных реакторов. В ходе ядерных взрывов он образуется в результате поглощения нейтронного излучения ядрами, присутствующего в воздухе азота.
Другим, не менее важным в биологическом отношении (из космогенных радионуклидов), является тритий (Н-3) - радиоактивный изотоп водорода с периодом полураспада 12, 3 года. Чистый бета-излучатель с максимальной энергией бета частиц 0, 018 МэВ. Основным источником природного трития является атмосфера где он, подобно радиоуглероду, постоянно образуется (как и в гидро-, и литосферах) в результате воздействия протонов и нейтронов космического излучения с ядрами атомов азота, кислорода и аргона. Основными при этом являются ядерные реакции типа:
N-14 + n → С-12 + Н-3; О-16 + p → О-14 + Н-3.
Около 99% всего образующегося трития участвует в образовании молекул воды (НТО) и, в последующем нормальном круговороте воды в природе.
Вследствии тех же причин, которые привели к повсеместному распространению радиоуглерода, содержание трития в окружающей среде в целом постоянно и очень мало. Каждый грамм водорода в среднем содержит 3 млн. атомов трития, которые при распаде испускают 5, 35× 10-3 бета-частиц \ с., что соответствует удельной активности водорода 5, 3 Бк\кг. Удельная активность трития составляет 358, 9 ТБк\г.
Под воздействием космической радиации в биосфере Земли также непрерывно образуются радиоактивные изотопы Be-7, Ве-10, Na-22, Na-24, Р-32, S-35 и др. Но, их вклад в дозовые нагрузки фонового облучения человека гораздо меньший и гигиенического значения, по сути дела, они не имеют. Среднемировые значения вклада в ЭЭД облучения человека за счет всех космогенных радионуклидов - 0, 012 мЗв\год.
Значительную роль в формировании дозовых нагрузок от природных источников радиации играют радиоактивные эманации и их короткоживущие дочерние продукты.
Радиоактивные эманации - газообразные радиоактивные выделения. Представлены, непрерывно образующимися (в цепочках радиоактивных превращений семейств урана, тория, актиния) и, выделяющимися в окружающую среду, радиоактивными инертными газами: радоном-222 (ряд урана), радоном-220 (ряд тория) и радоном-219 (ряд актиния).
|
|
|
Относительно большой период полураспада (3, 82 суток) и высокая способность к диффузии позволяют радону распространяться по порам и трещинам в почве, а затем, через щели и неплотности в фундаменте зданий поступать из подвалов в воздушную среду помещений, а при отсутствии надлежащей вентиляции - накапливаться там в значительных концентрациях.
В последние годы получено немало данных о том, что просачивающийся сквозь пол и неплотности в перекрытиях радон представляет собой главный источник радиоактивного облучения населения в закрытых помещениях.
Радон хорошо растворим в воде, выделяясь из нее при нагревании, может в больших количествах поступать в легкие, с вдыхаемыми водяными парами. Так, его концентрация в ванной комнате (при приеме горячей ванны) становится выше более чем в 40 раз, по сравнению с другими помещениями.
Радон проникает под землей и в природный газ, поэтому, при отсутствии достаточной вентиляции на кухне (при использовании газовой плиты), также быстро нарастает его концентрация в воздухе.
В воздух помещений радон поступает и из используемых строительных материалов (конструкций). Больше всего выделяет его кальций-силикатный шлак, фосфогипс, глинозем, гранит, пемза, красный кирпич. Менее всего - дерево, природный гипс, песок, гравий.
По оценкам Международной Комиссии по радиологической защите (МКРЗ), средняя годовая индивидуальная ЭЭД, получаемая населением за счет радона, достигает 1, 0-1, 24 мЗв (100-124 мБэр), что составляет примерно половину дозы от всего естественного природного радиационного фона. Проблема защиты от радона является одной из важнейших в современном мире, поскольку именно на этом направлении может быть достигнуто значительное снижение коллективной ЭЭД жителей планеты и, прежде всего, городского населения.
|
|
|
Концентрация радона в жилых помещениях в настоящее время подлежит контролю и довольно жесткой регламентации ( во вновь строящихся и проектируемых зданиях она не должна превышать 100 Бк/м3 ). При концентрации радона в эксплуатируемых зданиях свыше 400 Бк\м3, ставится вопрос о переселении жильцов и перепрофилировании здания.
" Умей принудить сердце, нервы, тело тебе служить,
Когда в твоей груди уже давно все пусто, все сгорело,
И только воля говорит - иди! ".
Изучение и оценка состояния радиационного фона местности, динамики происходящих качественных и количественных изменений его характеристик - представляет собой особо важную область знаний, ибо все живое на планете (включая человечество) с самого момента своего зарождения непрерывно испытывает его воздействие, являющееся необходимым условием и самого существования, и процессов нормального развития. Любые изменения его воздействия неизменно находят свой отклик со стороны живых организмов, вызывая (в первую очередь) напряжение физиологических регуляторных механизмов, а при их исчерпании - и механизмов адаптации.
ЕСТЕСТВЕННЫЙ ПРИРОДНЫЙ РАДИАЦИОННЫЙ ФОН МЕСТНОСТИ (ЕПРФ) представлен излучением космоса (реликтовым галактическим, солнечной радиацией, излучением радиационных поясов Земли), а также излучением естественных (природных) радионуклидов, рассеянных в земной коре, почве, воде, воздухе, в животных и растительных продуктах биосферы.
Природный (естественный) радиационный фон, воздействуя на все население земного шара имеет относительно постоянный уровень и не включает в себя дозы облучения лиц, работающих непосредственно с источниками ионизирующих излучений или, находящихся в сфере их воздействия (по условиям размещения рабочих мест, проживания), при использовании данных источников в учреждениях и (или) их удалении в окружающую среду.
Девственного значения естественного (природного) радиационного фона на Земле давно уже не существует. Последние столетия прослеживается тенденция неуклонного роста его значений, особо отчетливо проявляющаяся, за последние десятилетия. Изменения эти связаны в первую очередь с деятельностью людей, приводящей к перераспределению содержания естественных (природных) радионуклидов в биосфере, лежащей в основе формирования т. н. " технологически измененного" естественного радиационного фона местности (ТИЕРФ), за счет:
|
|
|
- непрерывного роста содержания природных радионуклидов, поступающих в биосферу вместе с извлекаемыми из недр Земли на ее поверхность полезными ископаемыми;
- поступления в окружающую среду долгоживущих природных радионуклидов с другими продуктами сгорания органического топлива;
- увеличения доли применения в строительной практике материалов, с более высоким содержанием природных радионуклидов, по сравнению с деревом и пр.
Широкое внедрение искусственных источников радиации, не существовавших в природе ранее в деятельность общества, неизбежно, вызывающих загрязнение окружающей среды (ядерная энергетика, последствия радиационных и ядерных аварий, испытания и применение ядерного оружия с его продуктами ядерных взрывов, проведение космических программ исследований... ), - все это обусловливает формирование ( в дополнение к природному), искусственного радиационного фона местности (ИРФ).
Космическая радиация, включающая в себя: реликтовое (галактическое) излучение космоса, солнечную радиацию и излучения радиационных поясов Земли, представлена первичным и вторичным космическим излучением.
Первичное космическое излучение - поток высокоэнергетических (заряженных) частиц межзвездного пространства и солнечной энергии, пронизывающих земную атмосферу. Большая часть первичного космического излучения образуется в момент звездных взрывов в пределах нашей галактики, так называемое реликтовое галактическое излучение, отличающееся огромной энергией частиц, достигающей 100 ЭэВ (1 × 1020 эВ).
Свой вклад в первичное космическое излучение вносит и солнечная радиация. Её непредвидимые мощные потоки энергии, достигающие 450 МэВ, сопровождающие солнечные корпускулярные события - " вспышки " на Солнце.
Обычно температура поверхности Солнца составляет около 5700° С, но изредка какая-нибудь область его поверхности достигает температуры в миллион и более градусов. Проявляется подобная активность обычно в виде возникновения на его поверхности пятен, время от времени превращающихся во вспышки. Развиваются солнечные вспышки быстро (в считанные минуты). Их невозможно предсказать, за исключением того, что они имеют тенденцию
к повторяемости через 11-летние циклы. Так пики солнечной активности наблюдались в 1981, 1992, 2003 г. г., причем на протяжении половины времени в каждом из них активность была наименьшей. В отличие от галактического излучения, солнечная космическая радиация чрезвычайно неустойчива (хотя приблизительно и связана с 11-летними циклами активности Солнца). Формирование солнечных корпускулярных событий носит вероятностный характер, и никогда нет гарантии в том, что в данный момент времени не произойдет солнечной вспышки. Ионизирующая компонента солнечной энергии представлена главным образом протонами широкого энергетического диапазона. Иногда в их потоках наблюдаются (и в значительных количествах) альфа-частицы. Первые заряженные частицы способны достичь земной поверхности уже через 15 минут после того, как вспышка на поверхности Солнца станет видимой. Времени, для предупреждения их воздействия, таким образом, мало.
Вращаясь, планета захватывает и удерживает многие заряженные частицы космического пространства, образуя своеобразные слои, располагающиеся (в соответствии с массой заряженных частиц) по силовым линиям магнитного поля. Эти слои заряженных частиц и получили название " радиационных поясов " Земли, или пояса Ван Аллена. Энергия этих частиц достигает 50 МэВ.
Предположения о существовании радиационных поясов высказывались задолго до их реального наблюдения, но даже и не предполагалось, что они будут такими мощными, формируя высокие уровни облучения.
Даже при обычном вертикальном подъеме (в области экватора) от уровня моря, мощность дозы ионизирующей радиации быстро и значительно нарастает по мере увеличения высоты до 1100 км, сохраняя потом более или менее постоянное значение до высоты 11000 км. К счастью состоят они в основном из электронов и протонов, не имеющих особо высокой энергии и практически непроницаемых для алюминиевых экранов воздушных и космических кораблей.
Первичная космическая радиация представлена протонным излучением (92%) и альфа излучением (7%). Лишь 0. 78% приходится на долю ядер с массой до 20 а. е. м. и зарядом до 10 единиц - ядра лития (Li), бериллия ( Ве), бора (В), углерода (С), азота (N), кислорода (О), фтора (F), неона (Ne), а 0, 22% - на ядра с большим зарядом и массой, которые в свою очередь, подразделяются на " тяжелые частицы " - от натрия (Na) до железа (Fе) и частицы " HZE" - от кобальта (Со) и до конца таблицы Менделеева. Присутствие ядер тяжелых элементов, обладающих колоссальной энергией представляет уникальное явление, характерное для космоса, не воспроизводимое на Земле и, к сожалению, еще малоизученное, а опыт работы с искусственными источниками радиации на него не распространяется.
Интенсивность первичного космического излучения начинает снижаться уже на высоте 45-50 км над уровнем моря, как следствие их взаимодействия с ядрами атомов атмосферы (на уровне моря его интенсивность составляет уже не более 0, 05% от первоначальной величины), формируя вторичную космическую радиацию, более сложного состава (представлены практически все известные в настоящее время элементарные частицы).
Образующиеся в ходе взаимодействия с атмосферой частицы и кванты, в свою очередь вызывают каскад последующих ядерных превращений, приводящих к значительному возрастанию плотности поля излучений, максимальное значение которой, наблюдается на высоте 20-30 км (в районе экватора) над уровнем моря. На меньшей высоте - процессы поглощения излучений становятся преобладающими над процессами его образования. У самой поверхности Земли космическое излучение в основном представлено уже продуктами этого взаимодействия: фотонами, электронами и позитронами с энергией до 100 МэВ, а также, мю-мезонами с энергией до 6ОО МэВ. В небольшом количестве присутствуют и нейтроны с энергией 10-15 МэВ.
На уровень космической радиации (у поверхности Земли) влияют геомагнитная широта местности и барометрическое давление. Так повышение атмосферного давления приводит к уменьшению значений космического фона в среднем на 0, 35% на каждый мм. рт. ст. Изменение мощности излучения в зависимости от географической широты обусловлено тем, что Земля - как гигантский магнит, отклоняет своим магнитным полем заряженные космические частицы. Часть их, отклоняясь, пролетает мимо планеты, однако, большинство - закручивается по траекториям, приближаясь к поверхности Земли (в виде воронки) в районе полюсов. Этим и объясняются низкие уровни космического излучения вблизи экватора и более высокие - в области полюсов. А также и феномен северного сияния, возникающего при прохождении интенсивных потоков космической радиации в районе полюсов.
Относительно постоянной сохраняется интенсивность космического излучения на географической широте между 15° по обе стороны экватора, а затем, по мере движения к северной или южной широте (до 50°), быстро возрастает, после чего вновь практически остается неизменной, вплоть до самих полюсов.
Так, находящиеся на уровне моря вблизи экватора получают наименьшую дозу космической радиации, исчисляемую приблизительно как 0, 35 мЗв за год. В географических областях, расположенных на уровне моря, но на удалении от экватора (например, на широте около 50°), доза космического излучения составляет уже около 0, 5 мЗв за год. Такую дозу получают жители Лондона, Москвы, Нью-Йорка, Токио, Торонто, Сиэтла и др.
Однако, гораздо большая зависимость мощности космического излучения прослеживается от высоты расположенияместности над уровнем моря. На больших высотах атмосфера слишком разрежена, чтобы поглощать лучи, идущие из космоса, а следовательно, интенсивность последних значительно выше. Так жители высокогорных районов, получают дозу космического излучения, приблизительно равную уже 0, 9 мЗв в год. Наиболее поднятые над уровнем моря и обитаемые области Земли располагаются на высоте, близкой к 4500 м. Здесь дозы облучения из космоса возрастают до 3 мЗв в год. На вершине Эвереста (8848 м над уровнем моря), высочайшей точки земной поверхности, соответствующий показатель составляет приблизительно 8 мЗв в год.
Однако, в реальности, большая часть городов, в которых проживает основное население Земли, расположено примерно на полпути между экватором и зонами полюсов, причем на высоте, близкой к уровню моря. Вблизи полюсов нет крупные городов, так же как и нет их на большой высоте. В результате этого средняя мощность дозы космического излучения для жителей Земли составляет около 0, 39 мЗв в год, испытывая незначительные колебания в виде некой (циклической) повторяемости.
" Ум - как сабля. Если ежедневно не точить - затупиться"
ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ - излучения, состоящие из заряженных и незаряженных частиц (к которым также относятся и фотоны), входящие в состав солнечной и космической радиации (выделяемые, по их специфическим свойствам, в отдельную " ионизирующую" область спектра). К ионизирующей радиации относятся также и излучения, образующиеся в ходе целого ряда физических процессов - торможение заряженных частиц, аннигиляция, внутриядерные превращения, высокотемпературные источники (газовая сварка, горячая плазма). Общим для всех них является способность образования ионов разных знаков, при взаимодействии с поглощающей средой (ультрафиолетовое излучение и видимый свет к ионизирующим излучениям не относятся).
Ионизирующие излучения существенно различаются как по своей природе и заключенной в них энергии, так и по своим свойствам - характеру распространения, поглощения, преломления, отражения, а следовательно, и по своему воздействию на объекты окружающей среды (в том числе и на живые организмы). Так излучения, представляющие собой поток заряженных частиц (альфа, бета, протонное), проходя через вещество взаимодействуют в основном с электронами атомов, передавая им свою энергию и, вызывая тем самым, процессы ионизации и возбуждения атомов поглощаемой среды. Средняя энергия, затрачиваемая ионизирующим излучением на образование одной пары ионов, называется « средняя работа ионизации ». При этом, общее количество затрачиваемой энергии (в ходе поглощения) имеет значительно большие величины, чем средняя работа ионизации, т. к. расходуется она не только на ионизацию, но и на возбуждение атомов среды и другие процессы.
Средняя работа ионизации зависит от рода ионизируемой среды, вида ионизирующего излучения и других факторов. Так, в воздухе средняя работа ионизации фотонного излучения составляет 34 эВ (1 эВ = 1, 6 × 10-12 Эрг = 1, 6 × 10-19 Дж). Тогда как общая энергия, теряемая альфа и бета частицами в воздухе в результате одного акта ионизации, составляет 35 и 34 эВ соответственно, при этом только половина ее (в среднем) идет на ионизацию, другая половина - на возбуждение атомов и молекул среды и выделение тепла.
СПЕКТР ИЗЛУЧЕНИЯ - характеристика состава излучений по значениям энергий, входящих в него частиц или квантов. Спектры фотонного излучения характеризуются также интервалом длин волн, соответствующих квантам, имеющимся в пучке излучения. Спектр излучений может быть моноэнергетическим, линейчатым и непрерывным (сплошным).
Моноэнергетическое излучение - излучение, в спектре которого кванты или частицы несут одно совершенно одинаковое значение энергии. В случаях, когда излучение представлено 2-мя значениями энергий, говорят о дихроматичном спектре. Моно- и дихроматичным спектром преимущественно обладает альфа излучение.
Линейчатый спектр излучения - все те случаи, когда излучение представлено 3-мя и более значениями энергий (набором отдельных линий энергий спектра). Линейчатый спектр характерен для гамма излучений, рентгеновского характеристического излучения, электронов конверсии и др.
Непрерывный (сплошной) - спектр излучений, каждая частица или квант которого, имеет свое собственное значение энергии, укладывающееся в некий диапазон, не превышающий конкретных граничных величин, присущих для данного излучения. Непрерывным спектром обладают: бета-, рентгеновское тормозное, нейтронное излучения и некоторые другие. Максимальной энергии кванта излучения при этом соответствует минимальное значение длины его волны.
ВИДЫ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ (краткая характеристика).
Альфа излучение. Излучение корпускулярной природы, образующееся при радиоактивных превращений большинства естественных (природных) радионуклидов и ряда искусственных изотопов тяжелых химических элементов, с моно- и дихроматичным спектром энергий, лежащих (для большинства радионуклидов) в диапазоне 2-8 МэВ. Входит в состав первичного космического излучения (7%). Представляет собой: четыре, плотно спаянных нуклона (два протона и два нейтрона), имея, соответственно, четыре единицы массы и две единицы положительного электрического заряда. Начальная скорость около 20 000 км\с. По мере продвижения в веществе скорость их быстро снижается, достигая скорости движения атомов и молекул среды. Это расстояние получило название длины пробега частицы в веществе. Причиной замедления альфа частиц является их столкновения с атомами среды, приводящие к ионизации и возбуждению последних. Замедленные альфа частицы, захватывая электроны свободного пространства, превращаются в ядра атомов гелия. Плотность ионизации в воздухе в среднем составляет 300 000 пар ионов на см пробега. Однако, если в начале пробега удельная ионизация остается постоянной, то по мере снижения энергии частицы она резко возрастает, достигая своего максимума в конце пути. Длина пробега альфа частиц в воздухе (в среднем) составляет 2, 5 см; в биологических тканях - 30 мкм, в алюминии - 15 мкм.
Бета излучение. Излучение корпускулярной природы образующееся при радиоактивных превращений большинства искусственных радионуклидов и радиоактивных природных изотопов легких химических элементов, с непрерывным (сплошным) спектром энергий. Максимальные значения энергии от 2-3 кэВ до 8 МэВ. Бета излучение является составной частью вторичного космического излучения (наряду с нейтронным, фотонным и мезонным излучениями). Представляет собой: поток электронов (внутриядерного происхождения), несущих единицу отрицательного или положительного (позитрон) электрического заряда и массой, равной 1\1470 массы протона (масса электрона в среднем составляет - 0. 000549 а. е. м. , определяясь его энергией). Начальная скорость бета частиц близка к скорости света и составляет 200 000 - 280 000 км\с. Удельная плотность ионизации в воздухе примерно в 1000 раз меньшая, чем у альфа частиц. Как и у альфа частиц, удельная ионизация сохраняет свое значение на начальных участках пробега и резко возрастает к концу пути. Соответственно и, значительно большая, длина пробега: в воздухе - от 2 мм до 3-5 метров (в зависимости от энергии); в биологической ткани - до 15 см; в алюминии - до 10 мм. Кроме ионизации и возбуждения бета частица может расходовать свою энергию на образование тормозного (рентгеновского) излучения. Из курса физики мы помним, что всякое замедление движения электрического заряда должно сопровождаться излучением электро-магнитной энергии. Эту энергию бета частица испускает в виде кванта рентгеновского излучения.
Поток конверсионных электронов - корпускулярное излучение с линейчатым энергетическим спектром, испускаемое в ходе некоторых радиоактивных превращений (внутренняя конверсия электронов - ВК), представляющее собой орбитальный электрон (К-слой), вырвавшийся из под притяжения ядра вследствии переброшенной ему (одним из нуклонов) энергии возбуждения. Свойства - аналогичны бета излучению, взаимодействие со средой приводит к образованию как электрических зарядов разных знаков, так и тормозного излучения (при взаимодействии с тяжелыми материалами). Сам процесс радиоактивного превращения сопровождается образованием рентгеновского характеристического излучения (переход одного из электронов с L-уровня на К-уровень).
Позитронное излучение - корпускулярное излучение с линейчатым энергетическим спектром, образующееся в ходе бета позитронного превращения ядра, сопровождаемого испусканием электрона (внутриядерного происхождения), несущего единицу положительного электрического заряда (переход протона, обладающего избыточной энергией, в другую форму существования - в нейтрон). Взаимодействие излучения со средой сопровождается эффектами аннигиляции, с образованием фотонного излучения.
Протонное излучение - излучение корпускулярной природы, являющееся основной частью первичного космического излучения (92%). Образуется и в ходе отдельных ядерных реакций. Состоит из частиц, обладающих массой равной единице (1, 007276 а. е. м. ), несущих единицу положительного электрического заряда.
Взаимодействие первичного космического излучения с воздушной средой атмосферы протекает в зависимости от исходного значения энергии его частиц: с энергией более 3-х Гэв - по типу « электронно-ядерного » процесса взаимодействия; с энергией более 1 МэВ - по типу « электронно-фотонного » процесса.
В первом случае происходят процессы взаимодействия с ядрами атомов, приводящее к их делению, с последующим образованием: радиоактивных осколков ядер, нейтронного, мезонного, фотонного излучений или, вызывая разнообразные ядерные реакции, сопровождаемые образованием возбужденных ядер других химических элементов, формирующих альфа, бета-, фотонное, нейтронное, протонное и мезонное излучения.
Во втором случае заряженные частицы взаимодействуют с электро-магнитным полем ядер атомов, порождая фотоны, образующие (в свою очередь) электроны, позитроны и мезоны, которые (в свою очередь) приводят к образованию новых фотонов.
Каскадный процесс лавинообразного нарастания частиц и фотонов продолжается до тех пор, пока энергия их не становится достаточно малой и не теряется на ионизацию и возбуждение атомов среды.
Нейтронное излучение - излучение корпускулярной природы, входящее в состав вторичного космического излучения (наряду с электронным, фотонным и мезонным), кроме того, образующееся в ходе ядерных реакций. Масса частиц - 1, 008665 а. е. м., электрического заряда не имеют.
По иному происходит и взаимодействие в ходе поглощения. Взаимодействует не с электронами, а с ядрами атомов поглощаемой среды, передавая им ту или иную часть своей энергии, или внедряясь в ядро. Процессы взаимодействия нейтронов (в зависимости от их энергии и массы поглощающего ядра) условно могут быть подразделены следующим образом:
- упругое столкновение с последующим рассеиванием. Нейтрон, сталкиваясь с ядром, отскакивает от него с полным сохранением своей энергии или частичной ее потерей;
- неупругое столкновение с последующим рассеиванием. Нейтрон, сталкиваясь с ядром теряет значительную часть своей энергии;
- захват ядром, приводящий к возникновению наведенной активности (ядра, захватившие нейтрон, испытывают в свою очередь процессы радиоактивных превращений или ядерных реакций).
Доля передаваемой (в процессе столкновения с ядрами) энергии определяется массой ядра и энергией нейтрона. Чем меньше значение массы ядра и меньшую энергию несет нейтрон, тем большую часть своей энергии он в состоянии передать ядру.
По уровню заключенной в них энергии, нейтроны подразделяются (условно) на:
- медленные нейтроны (в свою очередь подразделяемые на «холодные» - энергия до 0, 025 эВ, «тепловые» - до 0, 5 эВ, «надтепловые» - до 2-3 эВ). В поглощаемой среде преимущественно наблюдаются процессы их захвата ядрами атомов, особенно ядрами легких элементов;
- резонансные нейтроны (энергия частиц от нескольких электрон-вольт до 500 эВ). Для них уже высока вероятность поглощения ядрами тяжелых элементов;
- промежуточные нейтроны (энергия - от 0, 5 до 500 кэВ). Наиболее характерны - процессы упругого и неупругого столкновения с последующим рассеиванием нейтронного излучения;
- быстрые нейтроны (энергия - от 0, 5 до 20 МэВ). Вызывают упругое и неупругое столкновения, формирование разнообразных ядерных реакций и рассеивание нейтронного излучения;
- очень быстрые нейтроны (энергия - от 20 до 300 МэВ). Характерно упругое столкновение с рассеиванием нейтронного излучения. Также вызывают многочисленные ядерные реакции, приводящие к образованию большого количества частиц и квантов (включая и процессы деления ядер);
- сверхбыстрые нейтроны (энергия более 300 МэВ). С ядрами практически не взаимодействуют - " прозрачность ядер". В случаях взаимодействия (преимущественно на тяжелых ядрах), - упругое столкновение с сохранением энергии и рассеиванием. Одновременно вызывают процессы их деления " реакции скалывания".
Полного поглощения нейтронов (в отличие от других видов излучений корпускулярной природы) в среде не происходит. Ослабляется нейтронный поток по экспоненциальному закону. Для защиты применяются специальные многослойные материалы, имеющие своей целью:
- снять энергию нейтронного потока (вызывая неупругое столкновение);
- поглотить замедленные нейтроны (захват ядрами). Поглощение по экспоненциальному закону;
- обеспечить защиту от фотонного излучения, образующегося при взаимодействия нейтронов с ядрами пглощаемой среды. Поглощение - по экспоненциальному закону.
Излучения фотонной природы. Разные по механизмам образования, объединяемые единой природой (электро-магнитная волна), занимающие отдельную (завершающую собой) область в таблицах спектрального состава солнечной и космической радиации - ионизирующую область спектра, включающие в себя:
- гамма излучение. Фотонное излучение с линейчатым спектром энергии, сопровождающее любую внутриядерную перестройку (освобождение ядра от остатков энергии возбуждения, по испусканию им какой-либо частицы) или процессы " аннигиляции " частиц. Составная часть вторичного космического излучения;
- рентгеновское излучение - совокупность рентгеновского характеристического и тормозного излучений, генерируемого техническими устройствами, в диапазоне энергий 1кэВ - 1МэВ.
Рентгеновское характеристическое излучение. Фотонное излучение с линейчатым энергетическим спектром, испускаемое при изменении энергетических состояний атомов в ходе ряда радиоактивных превращений (К-захват, ВК), либо как следствие отдельных процессов взаимодействия ионизирующей радиации со средой поглощения;
Рентгеновское тормозное излучение. Фотонное излучение с непрерывным (сплошным)
энергетическим спектром, формируемое при изменении кинетической энергии заряженных частиц в ходе их торможения плотной средой поглощения, либо электро-магнитным полем.
Общая природа излучений определяет общность их свойств, к наиболее характерным особенностям которых могут быть отнесены:
- эффект " отсутствия полного поглощения ". Излучения фотонной природы (как и нейтронное), невозможно поглотить полностью никакими защитными материалами. Возможно лишь ослабление плотности его поля в определенное число раз (ослабление излучения происходит по экспоненциальной зависимости);
- " способность к рассеиванию ", когда наряду с используемым прямым рабочим пучком формируется поле рассеянного фотонного излучения, заполняющее собой все пространство;
- " вторичность ионизации среды ". Все фотоны взаимодействуют с электронами атомов (передавая им свою энергию), и электро-магнитными полями ядер (образуя электронно-позитронные пары). Плотность первичной ионизации среды - относительно небольшая. Так в воздухе она не превышает 2-4 пары ионов на сантиметр пробега. Основную и
|
|
|
