 |
Естественная и искусственная радиоактивности
|
|
|
|
С тех пор необычайные и удивительные свойства урана привлекли к себе внимание выдающихся физиков и химиков, и в первую очередь Пьера Кюри (1859–1906) и Марии Склодовской-Кюри (1867–1934). Действительно, уран оказался не единственным химическим элементом, способным испускать новые лучи. Соотечественники Беккереля Пьер и Мария Кюри из десятков тонн руды выделили миллиграммы неизвестных ранее элементов – полония и радия. Эти элементы также испускали урановые лучи. Аналогичные свойства исследователи обнаружили и у тория.
Лучи, открытые Анри Беккерелем, стали называть радиоактивными, а само явление их испускания – радиоактивное.
В результате большого числа опытов ученым удалось установить, что радиоактивность представляет собой естественный самопроизвольный распад не-устойчивых атомов. Например, при распаде порождает ряд других радиоактивных элементов и в конечном итоге превращается в стабильный изотоп свинца.
В 1934 году в лаборатории Радиевого института в Париже Фредерик Жолио-Кюри (1900–1958) и его жена Ирен Жолио-Кюри (1897–1956) открыли искусственную радиоактивность, радиоактивность продуктов ядерных реакций, которая впоследствии приобрела особенно важное значение. Из общего числа (-2000) известных радионуклидов лишь порядка 300 – природные, а остальные получены в результате ядерных peaкций. Между искусственной и естественной радиоактивностями нет принципиального различия. Излучение искусственной радиоактивности привело к открытию новых видов?-превращения: позитронному?-излучению и электронному k-захвату.
В 1940 году советские физики К. А. Петржак и Г. Н. Флеров открыли спонтанное деление ядер урана. Спонтанное деление ядер – это процесс туннельного прохождения ядер через барьер деления. Впоследствии это явление было наблюдено и для многих других «тяжелых» ядер.
|
|
|
ГЛАВА 2. ИСТОЧНИКИ РАДИАЦИИ ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Естественный фон радиации образуют космические лучи, падающие на Землю из космоса, и радиоактивные элементы, содержащиеся в земных породах и пище, которую мы едим (рис. 1).
Естественные радиоактивные вещества обусловливают уровень как внешнего, так и внутреннего облучения организма. Радиоактивные элементы, содержащиеся в земном коре и строительных материалах, из которых сооружены наши дома, испускают лучи, непрестанно проходящие сквозь наши тела, т. е. они образуют внешний источник радиации. В то же время наши пища содержит микроскопическое количество редких радиоактивных элементов, которые поступают внутрь организма и образуют постоянный источник внутреннего облучения. Только недавно специалисты признали, что содержание радиоактивного радона, выделяемого строительными материалами во вдыхаемом воздухе, ведет к значительному облучению организма.
Рис. 1. Иллюстрация действия основных компонентов естественного радиационного фона: а) космических лучей; б) радиоактивности земной коры; в)радиоактивности, исходящей из строительных материалов; г) радиоактивности, содержащейся в пище.
Космическое излучение
Каждую секунду на площадку в один квадратный метр через границу темной атмосферы в направлении земной поверхности влетают из космоса более 10000 релятивистских (т. е. движущиеся со скоростями, близкими к скорости света) заряженных частиц. Они называются космическими лучами. Про-исхождение большей части космических лучей, десятки миллионов лет блуждающих в межзвездной среде, связано с грандиозными взрывами звезд (так называемых «сверхновых») в нашей Галактике. Частицы самых высоких энергий, возможно, приходят к нам из других, более активных Галактик.
|
|
|
Больше всего в составе космических лучей протонов, т. е. ядер водорода, – около 90% от числа всех частиц. Примерно в 10 раз меньше ядер гелия. На долю всех остальных ядер приходится около 1%. В космических лучах уже обнаружена большая часть элементов таблицы Менделеева.
Мощность космических лучей, достигающих Земной поверхности, колеблется в зависимости от:
а) географической широты,
б) высоты над уровнем моря.
Изменение мощности космических лучей в зависимости от географической широты обусловлено тем, что Земля похожа на гигантский магнит. По-этому космические лучи, будучи заряженными частицами, отклоняются в районе над экватором и собираются вместе в виде своеобразных воронок в области полюсов Земли. Области вблизи экватора, находящиеся на уровне моря, получают наименьшую дозу космического излучения, исчисляемую приблизительно как 0,35 мЗв/год, В географических областях, расположенных на уровне моря, но на значительном удалении от экватора, например, на широте около 50", доза космического излучения составляет приме 0,5 мЗв/год.
Эту дозу испытывают жители расположенных вблизи данной широты городов, таких, как Лондон, Москва, Нью-Йорк, обусловлено тем, что толстый слой атмосферы, содержащий воздух и пары воды, окутывает Землю как одеяло, разрушая, замедляя и останавливая движение многих быстрых заряженных частиц, мчащихся из космоса.
Наиболее поднятые над уровнем моря и обитаемые области Земли расположены на высоте, близкой к 4500 м. Здесь доза облучения из космоса составляет 3 мЗв/год. На вершине пика Эвереста (8848 м над уровнем моря), высочайшей точки земной поверхности, соответствующий показатель будет составлять приблизительно 8 мЗв/год. Средняя мощность дозы космического облучения жителей Земли приблизительно принимав 0,3 мЗв/год.
Еще более интенсивному облучению подвергаются экипажи и пассажиры самолетов. При подъеме с 4 км до 12 км (максимальная высота полета трансконтинентальных авиалайнеров) доза космического облучения возрастает примерно в 25 раз. С дальнейшим увеличением высоты над уровнем моря доза космического излучения продолжает увеличиваться, на высоте 20 (максимальная высота полета сверхзвуковых реактивных самолетов) достигает 13 мкЗв/ч.
|
|
|
Космическое излучение имеет три источника происхождения:
Первый источник – галактическая радиация идет к нам из отдаленных районов космоса, расположенных вне нашей Солнечной системы.
Второй источник – эту радиацию создают заряженные частицы, циркулирующие вокруг Земли.
Третий источник – непредвиденные мощные потоки радиации, идущие от Солнца.
Галактическая радиация
Галактическое излучение состоит главным образом на протонов и?-частиц, т. е. атомов водорода и гелия, лишенных орбитальных электронов и движущихся с неслыханной скоростью, близкой к скорости света. Обладающие высокой энергией тяжелые ядра представляют уникальное излучение, характерное для космоса. Во время длительного полета на Луну в корабле «Аполлон-11» один из астронавтов отмечал яркие вспышки света, которые он «видел» в момент отдыха в полностью затемненной кабине. Данное явление – следствие прохождении частиц с высокой энергией сквозь глаз и непосредственного воздействия на сетчатку. Особая категория частиц, содержащихся в космосе, имеет очень высокую энергию, крупный размер и большую массу, т. е. имеет большое атомное число, и данные частицы известны как НZЕ-частицы. Каждая частица разрушает на своем пути множество функциональных клеток головного мозга.
Мощность дозы галактической радиации не очень меняется во времени и не слишком высока, чтобы быть смертельной для космонавтов и астронавтов.
|
|
|
