 |
Действие радиации на вещество и живую ткань.
|
|
|
|
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Концепция современного естествознания»
на тему:
«Строение ядра. Радиоактивность»
Выполнил(а): Александров К.С. заочное отделение, гр. ЭБШ-1-16 зг
Принял(а): Величкин З.Г.
1.Размеры и строение ядер.
2.Энергия связи и дефект массы.
3. Ядерные реакции распада и синтеза.
4.Период полураспада.
5.Активность.
6.Действие радиации на вещество и живую ткань.
7.. Радиация и человек.
8. Основные дозиметрические единицы и измерительные приборы.
9.Радиационные катастрофы, проблемы выживания и последствия.
1.Размеры и строение ядер:
А́том — частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Атом состоит из ядра и атомного ядра и электронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом.
Ион — одноатомная или многоатомная электрически заряженная частица, образующаяся в результате потери или присоединения атомом или молекулой одного или нескольких электронов.
Ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов.
Прото́н (от др.-греч. πρῶτος — первый, основной) — элементарная частица, электрический заряд +1.
Нейтрон — элементарная частица, не имеющая электрического заряда.
Электрон — стабильная, отрицательно заряженная элементарная частица, одна из основных структурных единиц вещества.
Атомы различного вида в разных количествах, связанные межатомными связями, образуют молекулы
|
|
|
Энергия связи и дефект массы
А́томная ма́сса, относительная атомная масса (устаревшее название — атомный вес) — значение массы атома, выраженное в атомных единицах массы. В настоящее время атомная единица массы принята равной 1/12 массы нейтрального атома наиболее распространённого изотопа углерода 12C, поэтому атомная масса этого изотопа по определению равна точно 12. Разность между атомной массой изотопа и его массовым числом называется дефектом массы (обычно выражаемом в МэВ). Он может быть как положительным, так и отрицательным; причина его возникновения — нелинейная зависимость энергии связи ядер от числа протонов и нейтронов, а также различие в массах протона и нейтрона.
Ядерные реакции распада и синтеза
Согласно теория относительности, масса представляет собой особую форму энергии, о чем и свидетельствует известная формула Эйнштейна E = mc2. Из нее следует возможность преобразования массы в энергию и энергии в массу. И такие реакции на внутриатомном уровне вещества реально имеют место. В частности, часть массы атомного ядра может превращаться в энергию, и происходит это двумя путями. Во-первых, крупное ядро может распасться на несколько мелких — такой процесс называется реакцией распада. Во-вторых, несколько более мелких ядер могут объединиться в одно более крупное — это так называемая реакция синтеза. Реакции ядерного синтеза во Вселенной распространены очень широко — достаточно упомянуть, что именно из них черпают энергию звезды. Ядерный распад сегодня служит одним из основных источников энергии для человечества — он используется на атомных электростанциях. И при реакции распада, и при реакции синтеза совокупная масса продуктов реакции меньше совокупной массы реагентов. Эта-то разница в массе и преобразуется в энергию по формуле E = mc2.
Распад
В природе уран встречается в форме нескольких изотопов, один из которых — уран-235 (235U) — самопроизвольно распадается с выделением энергии. В частности, при попадании достаточно быстрого нейтрона в ядро атома 235U последнее распадается на два крупных куска и ряд мелких частиц, включая, обычно, два или три нейтрона. Однако сложив массы крупных фрагментов и элементарных частиц, мы недосчитаемся определенной массы по сравнению с массой исходного ядра до его распада под воздействием удара нейтрона. Эта-то недостающая масса и выделяется в виде энергии, распределенной среди получившихся продуктов распада — прежде всего, кинетической энергии (энергии движения). Стремительно движущиеся частицы разлетаются от места распада и сталкиваются с другими частицами вещества, разогревая их.
|
|
|
Они представляют собой стремительно разлетающиеся от места распада частицы, при этом далеко они не улетают, врезаясь в соседние атомы вещества и разогревая их. Таким образом, энергия, порождаемая ядерным распадом, преобразуется в теплоту окружающего вещества.
В уране, добываемом из природной урановой руды, изотопа урана-235 содержится всего 0,7% от общей массы урана — остальные 99,3% приходятся на долю относительно устойчивого (слабо радиоактивного) изотопа 238U, который просто поглощает свободные нейтроны, не распадаясь под их воздействием. Поэтому для использования урана в качестве топлива в ядерных реакторах его нужно предварительно обогатить — то есть довести содержание радиоактивного изотопа 235U до уровня не менее 5%.
После этого уран-235 в составе обогащенного природного урана в атомном реакторе распадается под воздействием бомбардировки нейтронами. В результате из одного ядра 235U выделяется в среднем 2,5 новых нейтрона, каждый из которых вызывает распад еще 2,5 ядер, и запускается так называемая цепная реакция. Условием для продолжения незатухающей реакции распада урана-235 является превышение числа выделяемых распадающимися ядрами нейтронов числа нейтронов, покидающих урановый конгломерат; в этом случае реакция продолжается с выделением энергии.
В атомной бомбе реакция носит умышленно неконтролируемый характер, в результате чего за доли секунды распадается огромное число ядер 235U и выделяется колоссальная по своей разрушительности взрывная энергия. В атомных реакторах, используемых в энергетике, реакцию распада необходимо строго контролировать с целью дозирования выделяемой энергии. Хорошим поглотителем нейтронов является кадмий — его-то обычно и используют для управления
|
|
|
интенсивностью распада в реакторах АЭС. Кадмиевые стержни погружают в активную зону реактора до уровня, необходимого для снижения скорости выделения свободной энергии до технологически разумных пределов, а в случае падения энерговыделения ниже необходимого уровня частично выводят стержни из активной зоны реакции, после чего реакция распада интенсифицируется до необходимого уровня. Выделившаяся тепловая энергия затем в обычном порядке (посредством турбогенераторов) преобразуется в электрическую.
Синтез
Термоядерный синтез — реакция прямо противоположная реакции распада по своей сути: более мелкие ядра объединяются в более крупные. Самая распространенная во Вселенной реакция вообще — это реакция термоядерного синтеза ядер гелия из ядер водорода: она непрерывно протекает в недрах практически всех видимых звезд. В чистом виде она выглядит так: четыре ядра водорода (протона) образуют атом гелия (2 протона + 2 нейтрона) с выделением ряда других частиц. Как и в случае реакции распада атомного ядра совокупная масса образовавшихся частиц оказывается меньше массы исходного продукта (водорода) — она и выделяется в виде кинетической энергии частиц-продуктов реакции, за счет чего звезды и разогреваются.
В недрах звезд реакция термоядерного синтеза происходит не единовременно (когда сталкиваются 4 протона), а в три этапа. Сначала из двух протонов образуется ядро дейтерия (один протон и один нейтрон). Затем, после попадания в ядро дейтерия еще одного протона, образуется гелий-3 (два протона и один нейтрон) плюс другие частицы. И наконец, два ядра гелия-3 сталкиваются, образуя гелий-4, два протона, а также другие частицы. Однако по совокупности эта трехэтапная реакция дает чистый эффект образования из четырех протонов ядра гелия-4 с выделением энергии, уносимой быстрыми частицами, прежде всего фотонами.
|
|
|
Естественная реакция термоядерного синтеза происходит в звездах; искусственная — в водородной бомбе. Увы, человек до сих пор не сумел найти средств для того, чтобы направить термоядерный синтез в управляемое русло и научиться получать за счет него энергию для использования в мирных целях. Однако ученые не теряют надежды на достижение положительных результатов в области получения «мирной и дешевой» термоядерной энергии уже в обозримом будущем — для этого главное научиться удерживать высокотемпературную плазму либо посредством лазерных лучей, либо посредством сверхмощных тороидальных электромагнитных полей
Период полураспада
Период полураспада это промежуток времени, в течении которого распадается половина данного количества ядер радиоактивного изотопа (которые превращаются в другой элемент или изотоп) Измеряется только период полураспада, так как полного распада не происходит. Период полураспада остается постоянным при любой температуре и давлении, но сильно отличается у разных изотопов. Распад радиоактивного изотопа сопровождается испусканием альфа- и бета-частиц. Измеряя интенсивность их выброса, можно исследовать распад. Термин «период полурапада» также относится и к частицам,произвольно распадающимся на новые частицы. Так свободный нейтрон распадается на протон и электрон.
Активность
Активность— число элементарных радиоактивных распадов в единицу времени.
Удельная активность — активность, приходящаяся на единицу массы вещества источника.
Объёмная активность — активность, приходящаяся на единицу объема источника. Удельная и объёмная активности используются, как правило, в случае, когда радиоактивное вещество распределено по объёму источника.
Поверхностная активность — активность, приходящаяся на единицу площади поверхности источника. Эта величина применяется для случаев, когда радиоактивное вещество распределено по поверхности источника.
Действие радиации на вещество и живую ткань.
Ионизи́рующее излуче́ние — потоки фотонов, элементарных частиц или осколков деления атомов, способные ионизировать вещество.
К ионизирующему излучению не относят видимый свет и ультрафиолетовое излучение, которые в отдельных случаях могут ионизировать вещество. Инфокрасное излучение и излучение радиопазонов не являются ионизирующим, поскольку их энергии недостаточно для ионизации атомов и молекул в основном состоянии.
|
|
|
Прямое действие ионизирующих излучений — это прямое попадание в биологические молекулярные структуры клеток и в жидкие (водные) среды организма.
Непрямое или косвенное действие — действие свободных радикалов, возникающих в результате ионизации, создаваемой излучением в жидких средах организма и клеток. Свободные радикалы вызывают разрушения целостности цепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и канцерогенезу и мутагенезу. Наиболее подвержены воздействию ионизирующего излучения активно делящиеся (эпителиальные, стволовые, также эмбриональные) клетки.
После действия излучения на организм в зависимости от дозы могут возникнуть детерминированные и стохастические радиобиологические эффекты. Например, порог появления симптомов острой лучевой болезни у человека составляет 1—2 Зв на всё тело.
Основным источником информации о стохастических эффектах воздействия ионизирующего излучения являются данные наблюдений за здоровьем людей, переживших атомные бомбардировки или радиационные аварии. Специалисты наблюдали 87 500 человек, переживших атомные бомбардировки. Средняя доза их облучения составила 240 миллизиверт. При этом прирост онкологических заболеваний за последующие годы составил 9 %. При дозах менее 100 миллизиверт отличий между ожидаемой и наблюдаемой в реальности заболеваемостью никто в мире не установил.
Человек и радиация
Радиация является постоянным спутником жизни человека. Мы живем в мире, в котором радиация присутствует повсюду. Свет и тепло ядерных реакций на Солнце являются необходимыми условиями нашего существования. Радиоактивные вещества естественного происхождения присутствуют в окружающей среде. Наше тело содержит радиоактивные изотопы 14C, 40K, 210Po. Зарождение жизни на Земле и её последующая эволюция протекали в условиях постоянного воздействия радиации.
11 марта 2011 года на Японию обрушилось землетрясение силой 9,0 баллов по шкале Рихтера, приведшее к разрушительному цунами. В одном из наиболее пострадавших регионов находилась атомная станция Фукусима Даичи, на которой, через 2 дня после землетрясения, произошел взрыв. Эту аварию назвали самой масштабной со времен взрыва на Чернобыльской АЭС в 1986 году, - самой известной, но далеко не единственной радиационной катастрофы, произошедшей за последние полвека.
|
|
|
