Где применяется радиоактивность. Полезное применение радиоактивности

Радиация, радиоактивность и радиоизлучение - понятия, которые даже звучат достаточно опасно. В этой статье вы узнаете, почему некоторые вещества радиоактивные, и что это значит. Почему все так боятся радиации и насколько она опасна? Где мы можем встретить радиоактивные вещества и чем нам это грозит?

Понятие радиоактивности

Радиоактивностью называю «умение» атомов некоторых изотопов расщепляться и создавать этим излучения. Термин «радиоактивность» появился не сразу. Изначально такое излучение называли лучами Беккереля, в честь ученого, открывшего его в работе с изотопом урана. Уже теперь мы называем этот процесс термином «радиоактивное излучение».

В этом достаточно сложном процессе изначальный атом превращается в атом совсем другого химического элемента. За счет выбрасывания альфа- или бета-частиц, массовое число атома изменяется и, соответственно, это перемещает его по таблице Д. И. Менделеева. Стоит заметить, что массовое число изменяется, но сама масса остается практически такой же.

Опираясь на данную информацию, можем немного перефразировать определение понятия. Итак, радиоактивность - это также способность неустойчивых ядер атомов самостоятельно превращаться в другие, более стабильные и устойчивые ядра.

Вещества - что это такое?

Перед тем как говорить о том, что такое вещества радиоактивные, давайте вообще определим, что называется веществом. Итак, в первую очередь, это разновидность материи. Логичным есть и тот факт, что эта материя состоит из частиц, и в нашем случае это чаще всего электроны, протоны и нейтроны. Здесь уже можно говорить об атомах, которые состоят из протонов и нейтронов. Ну а из атомов получаются молекулы, ионы, кристаллы и так далее.

Понятие химического вещества основывается на этих же принципах. Если в материи невозможно выделить ядро, то ее нельзя причислить к химическим веществам.

О радиоактивных веществах

Как уже говорилось выше, чтобы проявлять радиоактивность, атом должен самопроизвольно распадаться и превращаться в атом совсем другого химического элемента. Если все атомы вещества нестабильны до такой степени, чтобы распасться таким образом, значит перед вами радиоактивное вещество. Более техническим языком определение прозвучало бы так: вещества радиоактивные, если они содержат радионуклиды, причем в высокой концентрации.

Где в таблице Д. И. Менделеева находятся радиоактивные вещества?

Довольно простой и легкий способ узнать, относиться ли вещество к радиоактивным, это посмотреть в таблицу Д. И. Менделеева. Все, что находится после элемента свинец - это радиоактивные элементы, а также еще прометий и технеций. Важно помнить, какие вещества радиоактивные, ведь это может спасти вам жизнь.

Существует также ряд элементов, которые имеют хотя бы один радиоактивный изотоп в своих природных смесях. Вот их неполный список, где указаны одни из самых распространенных элементов:

  • Калий.
  • Кальций.
  • Ванадий.
  • Германий.
  • Селен.
  • Рубидий.
  • Цирконий.
  • Молибден.
  • Кадмий.
  • Индий.

К радиоактивным веществам относятся те, которые содержат любые радиоактивные изотопы.

Виды радиоактивного излучения

Радиоактивное излучение бывает нескольких типов, о которых сейчас и пойдет речь. Уже упоминалось альфа- и бета-излучение, но это не весь список.

Альфа-излучение - это самое слабое излучение, которое представляет опасность в том случае, если частицы попадают непосредственно в тело человека. Такое излучение реализуется тяжелыми частицами, и именно поэтому легко останавливается даже листом бумаги. По этой же причини альфа-лучи не пролетают больше 5 см.

Бета-излучение более сильное, чем предыдущее. Это излучение электронами, которые намного легче альфа-частиц, поэтому могут проникать на несколько сантиметров в кожу человека.

Гамма-излучение реализуется фотонами, которые достаточно легко проникают еще дальше к внутренним органам человека.

Самое мощное по проникновению излучение - это нейтронное. От него спрятаться достаточно сложно, но в природе его, по сути, и не существует, разве что в непосредственной близости к ядерным реакторам.

Воздействие радиации на человека

Радиоактивно опасные вещества часто могут быть смертельными для человека. К тому же радиационное облучение имеет необратимый эффект. Если вы подверглись облучению, значит, вы обречены. В зависимости от масштабов повреждения, человек погибает в течение нескольких часов или на протяжении многих месяцев.

Вместе с этим нужно сказать, что люди непрерывно подвергаются радиоактивному излучению. Слава Богу, оно достаточно слабое, чтобы иметь летальный исход. Например, посмотрев футбольный матч по телевиденью, вы получаете 1 микрорад радиации. До 0,2 рад в год - это вообще естественный радиационный фон нашей планеты. 3 дар - ваша порция радиации при рентгене зубов. Ну а облучение свыше 100 рад уже является потенциально опасным.

Вредные радиоактивные вещества, примеры и предостережения

Самое опасное радиоактивное вещество - это Полоний-210. Из-за излучения вокруг него даже видно своеобразную светящуюся «ауру» голубого цвета. Стоит сказать о том, что существует стереотип, будто все радиоактивные вещества светятся. Это совсем не так, хотя и встречаются такие варианты, как Полоний-210. Большинство радиоактивных веществ внешне совсем не подозрительные.

Самым радиоактивным металлом на данный момент считают ливерморий. Его изотопу Ливерморию-293 достаточно 61 миллисекунды, чтобы распасться. Это выяснили еще в 2000 году. Немного уступает ему унунпентий. Время распада Унунпентия-289 составляет 87 миллисекунды.

Также интересный факт состоит в том, что одно и то же вещество может быть как безвредным (если его изотоп стабильный), так и радиоактивным (если ядра его изотопа вот-вот разрушатся).

Ученные, которые изучали радиоактивность

Вещества радиоактивные долгое время не считались опасными, и потому из свободно изучали. К сожалению, печальные смерти научили нас тому, что с такими веществами нужна осторожность и повышенный уровень безопасности.

Одним их первых, как уже упоминалось, был Антуан Беккерель. Это великий французский физик, которому и принадлежит слава первооткрывателя радиоактивности. За свои заслуги он удостоился членства в Лондонском королевском обществе. Из-за своего вклада и эту сферу он скончался достаточно молодым, в возрасте 55 лет. Но его труд помнят по сей день. В его честь были названа сама единица радиоактивности, а также кратеры на Луне и Марсе.

Не менее великим человеком была Мария Склодовская-Кюри, которая работала с радиоактивными веществами вместе со своим мужем Пьером Кюри. Мария также была француженкой, хоть и с польскими корнями. Кроме физики она занималась преподаванием и даже активной общественной деятельностью. Мария Кюри - первая женщина лауреат Нобелевской премии сразу в двух дисциплинах: физика и химия. Открытие таких радиоактивных элементов, как Радий и Полоний, - это заслуга Марии и Пьера Кюри.

Заключение

Как мы видим, радиоактивность - достаточно сложный процесс, который не всегда остается подконтрольным человеку. Это один из тех случаев, когда люди могут оказаться абсолютно бессильными перед лицом опасности. Именно поэтому важно помнить, что действительно опасные вещи могут быть внешне очень обманчивыми.

Узнать вещество радиоактивное или нет, чаще всего можно уже попав под его воздействие. Поэтому будьте осторожны и внимательны. Радиоактивные реакции во многом нам помогают, но также не стоит забывать, что это практически не подконтрольная нам сила.

К тому же стоит помнить вклад великих ученных в изучение радиоактивности. Они передали нам невероятно много полезных знаний, которые теперь спасают жизни, обеспечивают целые страны энергией и помогаю лечить страшные заболевания. Радиоактивные химические вещества - это опасность и благословение для человечества.

Реферат

по дисциплине «Экология»

на тему: «Явление радиоактивности в природе»

Выполнила:

Студентка группы М-081д

Косотухина Надежда

Явление радиоактивности в природе

Радиоактивностью называют способность атомных ядер спонтанно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц.

Радиоактивность можно разделить на два вида: естественную и искусственную. Естественную, можно наблюдать у существующих в природе неустойчивых изотопов. Искусственная радиоактивность наблюдается у изотопов, которые были получены в результате проведения ядерных реакций.

Радиоактивное излучение бывает трех типов:

    a-излучение - этому излучению присущи отклонения электрическим и магнитными полями. Оно обладает высокой ионизирующей способностью. Также характеризуется малой проникающей способностью. По своей сути это поток ядер гелия.

    b-излучение - также как и a-излучение, данное излучение отклоняется электрическим и магнитным полями. Если продолжить сравнение то его ионизирующая способность значительно меньше (приблизительно на два порядка), а проникающая способность гораздо больше, чем у a-частиц. b-излучение - это поток быстрых электронов.

    g-излучение - в отличие от двух предыдущих, не отклоняется электрическим и магнитными полями. Ионизирующая способность невелика. А вот проникающая способность просто колоссальна. g-излучение это коротковолновое электромагнитное излучение, у которого длина волны не велика. Следствием этого являются ярко выраженные корпускулярные свойства.

Острая и хроническая лучевая болезнь. Радиационные ожоги.

Если применяется ядерное оружие массового поражения, то возникает очаг ядерного поражения. Эта территория становится полностью не пригодной к проживанию на ней. Все уничтожатся из-за того что действуют такие факторы как воздушная ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и радиоактивное заражение местности.

Самым основным поражающим фактором является воздушная ударная волна. Она образуется за счёт быстрого увеличения объёма продуктов ядерного взрыва под действием огромного количества тепла и сжатия, а затем и разрежения окружающих слоев воздуха. Зона поражения взрывной волной очень значительна! Уничтожается все живое и не живое что встречается на ее пути.

Проникающая радиация - это гамма-лучи и поток нейтронов. Они исходят из зоны ядерного взрыва. Они обладают возможностью распространяться на многие тысячи метро, их не останавливает ни какая среда, также они вызывают ионизацию атомов и молекул. При облучении, в организме нарушаются биологические процессы, функции органов и тканей. Следствием является лучевая болезнь.

Ожоги практически на всей поверхности тела возникают из-за воздействия на организм светового излучения. Для защиты на открытой местности используют специальная одежда и очки, а вообще желательно укрыться в бомбоубежище.

Радиоактивные атомы создают адсорбцию почвы и вызывают радиоактивное заражение местности.

Основная опасность для людей на зараженной местности - внешнее бета-гамма-облучение и попадание продуктов ядерного взрыва внутрь организма и на кожные покровы.

Лучевая болезнь (или острая лучевая болезнь) - травму всех органов и систем организма, которая происходит моментально. Самые значительные изменения происходят в наследственных структурах делящихся клеток, преимущественно кроветворных клеток костного мозга, лимфатической системы, эпителия желудочно-кишечного тракта и кожи, клеток печени, легких и других органов. Это происходит из-за воздействия ионизирующей радиации.

Не последнюю роль играет мощность дозы радиоактивного излучения: одно и то же количество энергии излучения, поглощенное клеткой, вызывает тем большее повреждение биологических структур, чем короче срок облучения. Если же воздействия растянуто во времени, то оно вызывает существенно меньшие повреждения, чем те же дозы, поглощенные за короткий срок.

Различия связаны с возможностью восстановления поврежденного облучением организма. С увеличением мощности дозы значимость восстановительных процессов снижается.

Поглощённая доза излучения измеряется энергией ионизирующего излучения, переданного массе облучаемого вещества. Единица поглощённой дозы - грей (Гр), равный 1 джоулю, поглощённому 1 кг вещества (1 Гр = 1Дж/кг = 100 рад).

Органные повреждения и зависимость проявлений от дозы на ткань:

Клинический синдром

Минимальная доза, рад

Гематологический:

первые признаки цитопении (тромбоцитопении до

10*10 4 в 1 мкл на 29 – 30-е сутки).

200 и более

агранулоцитоз (снижение лейкоцитов ниже 1*10 3 в 1 мкл), выраженная тромбоцитопения.

свыше 250 – 300

Эпиляция: начальная, постоянная.

500, чаще 800 – 1000

Кишечный: картина энтерита, язвенно-некротические изменения слизистых оболочек ротовой полости, ротоглотки, носоглотки.

Поражения кожи: эритема (начальная и поздняя),

сухой радиоэмпидерматит, экссудативный радиоэпидерматит, язвенно-некротический дерматит

2500 и более

Для оценки ущерба здоровью человека при неравномерном облучении введено понятие эффектной эквивалентной дозы применяемый при оценке возможных стохастических эффектов - злокачественных новообразований.

Для оценки ущерба от стохастических эффектов воздействий ионизирующих излучений на персонал или население используют коллективную эквивалентную дозу, равную произведению индивидуальных эквивалентных доз на число лиц, подвергшихся облучению. Единица коллективной эквивалентной дозы - человеко-зиверт (чел.-Зв).

Непосредственно после облучения человека клиническая картина оказывается скудной, иногда симптоматика вообще отсутствует. Именно поэтому знание дозы облучения человека играет решающую роль в диагностике и раннем прогнозировании течения острой лучевой болезни, в определении терапевтической тактики до развития основных симптомов заболевания.

В соответствии с дозой лучевого воздействия острую лучевую болезнь принято разделять на четыре степени тяжести:

Тяжесть ОЛБ,

Лимфоциты через 48 – 72 ч. после облучения (в 1 мкл)

Лейкоциты на 7 – 9-е сутки после облучения (в 1 мкл)

Тромбоциты на 20-е сутки после облучения (в 1 мкл)

Сроки госпит-ии

Крайне тяжёлая

10 – 30 мин. Многократ-ная

Менее 80000

через 30 мин. – 3 ч., 2 раза и более

нет или позже чем через 3 ч., однократная

Более 80000

Необяза-тельно

Дифференциация острой лучевой болезни по степени тяжести в зависимости от проявлений первичной реакции:

Степень тяжести и доза (рад)

Косвенные признаки

слабость

Головная боль

состояние сознания

Температура

Гиперемия кожи и инъекция склер

Легкая (100 – 200)

Кратковременная головная боль, сознание ясное

Нормальная

Лёгкая инъекция склер

Средняя (200 – 400)

Умеренная

Головная боль, сознание ясное

Субфебрильная

Отчётливая гиперемия кожи и инъекция склер

Тяжелая (400 – 600)

Выраженная

Временами сильная головная боль, сознание ясное

Субфебрильная

Выраженная гиперемия кожи и инъекция склер

Крайне тяжёлая (более 600)

Резчайшая

Упорная сильная головная боль, сознание может быть спутанным

Может быть

Резкая гиперемия кожи и инъекция склер

Острая лучевая болезнь представляет собой самостоятельное заболевание, развивающееся в результате гибели преимущественно делящихся клеток организма под влиянием кратковременного (до нескольких суток) воздействия на значительные области тела ионизирующей радиации. Причиной острой лучевой болезни могут быть как авария, так и тотальное облучение организма с лечебной целью - при трансплантации костного мозга, при лечении множественных опухолей.

Клиническая картина острой лучевой болезни весьма разнообразна; она зависит от дозы облучения и сроков, прошедших после облучения. В своём развитии болезнь проходит несколько этапов. В первые часы после облучения появляется первичная реакция (рвота, лихорадка, головная боль непосредственно после облучения). Через несколько дней (тем раньше, чем выше доза облучения) развивается опустошение костного мозга, в крови - агранулоцитоз, тромбоцитопения. Появляются разнообразные инфекционные процессы, стоматит, геморрагии. Между первичной реакцией и разгаром болезни при дозах облучения менее 500 – 600 рад отмечается период внешнего благополучия - латентный период. Деление острой лучевой болезни на периоды первичной реакции, латентный, разгара и восстановления неточное: чисто внешние проявления болезни не определяют истинного положения.

Хроническая лучевая болезнь представляет собой заболевание, вызванное повторными облучениями организма в малых дозах, суммарно превышающих 100 рад. Развитие болезни определяется не только суммарной дозой, но и её мощностью, то есть сроком облучения, в течение которого произошло поглощение дозы радиации в организме. В условиях хорошо организованной радиологической службы в стране случаев хронической лучевой болезни не наблюдается. Плохой контроль за источниками радиации, нарушение персоналом техники безопасности в работе с рентгенотерапевтическими установками приводит к появлению случаев хронической лучевой болезни.

Клиническая картина хронической лучевой болезни определяется, прежде всего, астеническим синдромом и умеренными цитопеническими изменениями в крови. Сами по себе изменения в крови не являются источниками опасности для больных, хотя снижают трудоспособность.

При хронической лучевой болезни очень часто возникают опухоли - гемобластозы и рак. При хорошо поставленной диспансеризации, тщательном онкологическом осмотре 1 раз в год и исследовании крови 2 раза в год удается предупредить развитие запущенных форм рака, и продолжительность жизни таких больных приближается к нормальной.

Наряду с острой и хронической лучевой болезнями, можно выделить подострую форму, возникающую в результате многократных повторных облучений в средних дозах на протяжении нескольких месяцев, когда суммарная доза за сравнительно короткий срок достигает 500 – 600 рад. По клинической картине это заболевание напоминает острую лучевую болезнь.

Противорадиационная защита населения. Медицинская профилактика и оказание первой помощи при радиационных поражениях.

По сигналам оповещения Гражданской обороны “Радиационная опасность” население должно укрыться в защитных сооружениях. Как известно, они существенно (в несколько раз) ослабляют действие проникающей радиации.

Из-за опасности получить радиационное поражение нельзя приступать к оказанию первой медицинской помощи населению при наличии на местности высоких уровней радиации. В этих условиях большое значение имеет оказание само- и взаимопомощи самим пострадавшим населением, строгое соблюдение правил поведения на заражённой территории.

На территории, заражённой радиоактивными веществами, нельзя принимать пищу, пить воду из заражённых водоисточников, ложиться на землю. Порядок приготовления пищи и питания населения определяется органами Гражданской обороны с учётом уровней радиоактивного заражения местности.

При оказании первой медицинской помощи на территории с радиоактивным заражением в очагах ядерного поражения в первую очередь следует выполнять те мероприятия, от которых зависит сохранение жизни поражённого. Затем необходимо устранить или уменьшить внешнее гамма-облучение, для чего используются защитные сооружения: убежища, заглублённые помещения, кирпичные, бетонные и другие здания. Чтобы предотвратить дальнейшее воздействие радиоактивных веществ на кожу и слизистые оболочки, проводят частичную санитарную обработку и частичную дезактивацию одежды и обуви. Частичная санитарная обработка проводится путём обмывания чистой водой или обтирания влажными тампонами открытых участков кожи. Поражённому промывают глаза, дают прополоскать рот. Затем, надев на поражённого респиратор, ватно-маревую повязку или закрыв его рот и нос полотенцем, платком, шарфом, проводят частичную дезактивацию его одежды. При этом учитывают направление ветра, чтобы обмётываемая с одежды пыль не попадала на других.

При попадании радиоактивных веществ внутрь организма промывают желудок, дают адсорбирующие вещества (активированный уголь). При появлении тошноты принимают противорвотное средство из аптечки индивидуальной. В целях профилактики инфекционных заболеваний, которым становиться подвержен облучённый, рекомендуется принимать противобактериальные средства.

Животные и растительные организмы характеризуются различной радиочувствительностью, причины которой до сих пор полностью ещё не выяснены. Как правило, наименее чувствительны одноклеточные растения, животные и бактерии, а наиболее чувствительны - млекопитающие животные и человек. Различие в чувствительности к радиации имеет место у отдельных особей одного и того же вида. Она зависит от физиологического состояния организма, условий его существования и индивидуальных особенностей. Более чувствительны к облучению новорожденные и старые особи. Различного рода заболевания, воздействие других вредных факторов отрицательно сказывается на течении радиационных повреждений.

Изменения, развивающиеся в органах и тканях облучённого организма, называют соматическими. Различают ранние соматические эффекты, для которых характерна чёткая дозовая зависимость, и поздние - к которым относят повышение риска развития опухолей (лейкозов), укорочение продолжительности жизни и разного рода нарушения функции органов. Специфических новообразований, присущих только ионизирующей радиации, нет. Существует тесная связь между дозой, выходом опухолей и длительностью латентного периода. С уменьшением дозы частота опухолей падает, а латентный период увеличивается.

В отдалённые сроки могут наблюдаться и генетические (врождённые уродства, нарушения, передающиеся по наследству), повреждения, которые наряду с опухолевыми эффектами являются стохастическими. В основе генетических эффектов облучения лежит повреждение клеточных структур, ведающих наследственностью - половых яичников и семенников.

Эффект облучения, как было сказано, зависит от величины поглощённой дозы и пространственно-временного распределения её в организме. Облучение может вызвать повреждения от незначительных, не дающих клинической картины, до смертельных. Однократное острое, пролонгированное, дробное, хроническое облучение в дозе, отличной от нуля, по современным представлениям, может увеличить риск отдалённых стохастических эффектов - рака и генетических нарушений.

Число смертей от опухолей и наследственных дефектов в результате облучения:

Критический орган

Заболевание

Риск, 102 Зв

Число случаев, 10 4 чел.-Зв.

Всё тело, красный костный мозг

Лейкемия

Щитовидная железа

Рак щитовидной железы

Молочная железа

Рак молочной железы

Опухоли костной ткани

Опухоли лёгких

Все остальные органы и ткани

Опухоли других органов

Все органы и ткани

Все злокачественные опухоли

Половые железы

Наследственные дефекты

Острые радиационные поражения 131 I тяжёлой, средней и лёгкой степени можно ожидать при поступлении в организм следующих количеств :

Токсичность радионуклида при ингаляционном поступлении примерно в 2 раза выше, что связано с большей площадью b-облучения.

При поступлении меньших количеств 131 I отмечается нарушение функции щитовидной железы, а также незначительные изменения в картине крови и некоторых показателей обмена и иммунитета. Облучение щитовидной железы в дозах порядка десятков грей, вызывает снижение её функциональной активности с частичным восстановлением в ближайшие месяцы и возможным последующим новым снижением. При дозе несколько грей выявлено повышение функциональной активности железы в ближайший период, которое может сменяться состоянием гипофункции. Функциональные нарушения проявляются не только уменьшением секреции гормонов, но и снижением их биологической активности. Повреждение железы связывают не только с непосредственным действием радиации на тереоидный эпителий, но и повреждение сосудов и особенно радиоиммунными нарушениями.

Природе радиоактивности входят в учебную программу.Хотя представленный... 1. Основные понятия и терминология Радиоактивность (radioactivity) - это обозначение удивительного явления природы , открытого Беккерелем в конце...

  • Открытие явления радиоактивности и квантовая теория

    Реферат >> История

    Введение 3 1. Радиоактивность 4 1.1. История открытия явления радиоактивности 4 1.2. Виды радиоактивных превращений атомных ядер 6 1.3. Свойства радиоактивных излучений 8 ... изотопы, не встречающиеся в природе . Радиоактивность характеризуется не только видом...

  • Радиоактивность и момент силы. Понятие ноосферы

    Контрольная работа >> Физика

    ...)? Как использование явлений радиоактивности позволило осуществить мечту алхимиков? Радиоактивность (от лат. ... же радиоактивны ). Естественная радиоактивность - самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе . Искусственная радиоактивность - ...

  • Радиоактивность и ядерные излучения

    Реферат >> Физика

    И изменяющее физическое состояние атомов в нем. Явление радиоактивности было открыто французским физиком А. Беккерелем... в результате фотосинтеза и участвует в круговороте веществ в природе . Установлено, что равновесная концентрация в различных...

    • Атом состоит из ядра, окруженного облаками частиц, называемых электронами (см. рис.). В ядрах атомов — мельчайших частиц, из которых состоят все вещества, - содержится значительный запас . Именно эта энергия высвобождается в виде радиации при распаде радиоактивных элементов. Радиация опасна для жизни, однако ядерные реакции могут использоваться для производства . Радиация также используется в медицине.

    Радиоактивность

    Радиоактивность - это свойство ядер не­стабильных атомов излучать энергию. Большинство тяжелых атомов нестабильны, а у более легких атомов бывают радиоизотопы, т.е. радиоактивные изотопы. Причина радиоактивности в том, что атомы стремятся стать стабильными (см. статью « «). Существуют три вида радиоактивного излучения: альфа-лучи , бета-лучи и гамма-лучи . Они называются так по трем первым буквам греческого алфавита. Вначале ядро испускает альфа или бета-лучи, а если оно все еще остается нестабильным, ядро испускает и гамма-лучи. На рисунке вы видите три атомных ядра. Они нестабильны, и каждый из них испускает один из трех видов лучей. Бета-частицы – это электроны с очень большой энергией. Они возникают при распаде нейтрона. Альфа-частицы состоят из двух протонов и двух нейтронов. Точно такой же состав имеет ядро атома гелия. Гамма-лучи – это электромагнитное излучение большой энергии, распространяющееся со скоростью света.

    Альфа-частицы движутся медленно, и слой вещества бо­лее толстый, чем лист бумаги, задерживает их. Они ничем не отличаются от ядер атомов гелия. Ученые полагают, что гелий на Земле есть продукт естественной радиоактивности. Альфа-частица пролетает менее 10 см, и лист плотной бумаги задержит её. Бета-частица пролетает в воздухе около 1 метра. Задержать её может лист меди толщиной 1 миллиметр. Интенсивность гамма-лучей спадает наполовину при проходе через слой свинца в 13 миллиметров или слой в 120 метров.

    Радиоактивные вещества транспортируются в свинцовых контейнерах с толстыми стенками, чтобы предотвратить утечку радиации. Воз­действие радиации вызывает у человека ожоги, катаракту, рак. Уровень радиации измеряется при помощи счетчика Гейгера . Этот прибор издаёт щелчки при обнаружении радиоактивного излучения. Испустив части­цы, ядро приобретает новый атомный номер и превращается в ядро другого элемента. Этот процесс называют радиоактивным распадом . Если новый элемент также нестабилен, процесс распада продолжается до тех пор, пока не образуется стабильное ядро. К примеру, когда атом плутония-2 (его масса 242) испускает альфа-частицу относительная атомная масса которой 4 (2 протона и 2 нейтрона), он превращается в атом урана — 238 (атомная масса 238). Период полураспада - это время, за которое распадается половина всех атомов в образце данного вещества. Разные имеют разные периоды полураспада. Период полураспада радия-221 равен 30 секунд, тогда как у урана он составляет 4,5 млрд. лет.

    Ядерные реакции

    Существуют два вида ядерных реакций: ядерный синтез и деление (расщепление) ядра . «Синтез» означает «соединение»; при ядерном синтезе два ядра соединяют­ся и одно большое. Ядерный синтез может происходить только при очень высоких . При синтезе выделяется огромное количество энергии. При ядерном синтезе два ядра соединяются в одно большое. В 1992 году спутник КОБЕ обнаружил в космосе особый вид радиации, что подтверждает теорию о том, что образовалась в результате так называемого Большого взрыва . Из термина «расщепление» ясно, что ядра раскалываются, высвобождая ядерную энергию. Такое возможно при бомбардировке ядер нейтронами и происходит в радиоактивных веществах либо в особом устройстве, называемом ускорителем частиц . Ядро делит­ся, излучая ней­троны и выделяя колоссальную энергию.

    Ядерная энергия

    Энергию, высвобождаемую при ядерных реакциях, можно использовать для производства электричества и как источник энергии на атомных подводных лодках и на авианосцах. Действие атомной электростанции основано делении ядер в ядерных реакторах. Стержень, сделан из радиоактивного вещества, например урана, бомбардируют нейтронами. Ядра урана расщепляются, излучая энергию. При этом освобождаются новые нейтроны. Такой процесс называют цепной реакцией . Из единицы массы топлива электростанции производит больше энергии, чем любые другие электростанции, однако меры безопасности и захоронение радиоактивных отходов стоит чрезвычайно дорого.

    Ядерное оружие

    Действие ядерного оружия основано на том, что неконтролируемый выброс огромного количества ядерной энергии приводит к страшному взрыву. В конце второй мировой войны США сбросили атомные бомбы на японские города Хиросиму и На­гасаки. Сотни тысяч людей погибли. Атомные бомбы основаны на реакциях деления , водородные — на реакциях синтеза . На рисунке изображена атомная бомба, сброшенная на Хиросиму.

    Радиоуглеродный метод

    Радиоуглеродным методом определяют время, прошедшее после смерти организма. В живой содержится небольшое количество углерода-14, радиоактивного изо­топа углерода. Его период полураспада составляет 5700 лет. Когда организм умирает, запасы уг­лерода-14 в тканях, истощаются, изо­топ распадается, и по оставшемуся его количеству можно определить, как давно организм умер. Благодари радиоуглеродному методу можно узнать, как давно произошло извержение . Для этого используют застывших в лаве насекомых и пыльцу.

    Как ещё используется радиоактивность

    В промышленности при помощи радиации определяют толщину листа бумаги или пластика (см. статью « «). По интенсивности бета-лучей, проходящих сквозь лист, можно обнаружить даже небольшую неоднородность его толщины. Продукты питания - фрукты, мясо - облучают гам­ма-лучами, чтобы они остались свежими. Используя радиоактивность, медики прослеживают путь вещества в организме. Например, чтобы определить, как сахар распределяет­ся в теле пациента, врач может ввести немного углерода-14 в молекулы сахара и следить за излучением этого вещества, попавшего в организм. Радиотерапия, то есть облучение больного строго дозированными порциями излучения, убивает раковые клетки – чрезмерно разросшиеся клетки организма.

    В настоящее время радиация находит полезное применение не только для получения электрической и тепловой энергии. Полезные свойства радиации нашли применение в различных областях естествознания, технике, медицине:

    Ø в промышленности:

    o гамма-дефектоскопия – контроль целостности различных сварных металлических оболочек (корпусов реакторов, подводных и надводных кораблей, трубопроводов и т. п.), нейтронный каротаж;

    o разведка нефти и воды;

    Ø в сельском хозяйстве:

    o предпосевная обработка семян, повышающая урожайность;

    o обеззараживание стоков животноводческих ферм;

    Ø в космонавтике:

    o создание атомных источников энергии спутников, орбитальных комплексов;

    Ø в криминалистике:

    o нанесение специальных меток на предметы хищения, облегчающие их поиск, идентификацию и изобличение преступников;

    Ø в археологии:

    o определение возраста геологических пород – уран-свинцовым методом оценен возраст Земли (около 4,5 млрд. лет);

    o радиоуглеродный метод позволяет установить возраст предметов, имеющих биологическую природу, с точностью 50 лет в диапазоне 1000 – 50000 лет: например, на основе измерения содержания углерода в веревочных сандалиях, найденных в пещере в штате Орегон, был подтвержден факт существования 9000 лет назад доисторических людей на территории США;

    Ø в медицине:

    o диагностика заболеваний;

    o лечение онкологических больных;

    o стерилизация медицинских инструментов и материалов.

    Открытие радиоактивности оказало огромное влияние на развитие науки и техники, оно ознаменовало начало эпохи интенсивного изучения свойств и структуры веществ. Новые перспективы, возникшие в энергетике, промышленности, военной области, медицине и других областях человеческой деятельности благодаря овладению ядерной энергией, были вызваны к жизни обнаружением способности химических элементов к самопроизвольным превращениям. Однако, наряду с положительными факторами использования свойств радиоактивности в интересах человечества все равно можно привести примеры и негативного их вмешательства в нашу жизнь. К числу таких относятся затонувшие корабли и подводные лодки с атомными двигателями и атомным оружием, захоронение радиоактивных отходов в море и на земле, аварии на атомных электростанциях и др.

    В настоящее время достигнуты значительные успехи в решении проблемы использования атомной энергии в народном хозяйстве. Основным энергопроизводящим узлом атомных устройств, использующих внутриядерную энергию, является реактор. В активной зоне реактора созданы необходимые условия для возникновения и поддержания на определенном уровне цепной реакции деления тяжелых ядер. Высвобождающаяся при этом тепловая энергия аккумулируется теплоносителем и выносится за пределы активной зоны.

    Одной из важнейших задач обеспечения радиационной безопасности на ядерных реакторах является надежное удержание образуемых при их работе огромных количеств радиоактивных веществ. Удержание продуктов деления внутри реактора осуществляется применением системы трех барьеров (оболочка твэла, первый контур, внешняя защита реактора).

    В 1896 году французский физик А.Беккерель проверял, не испускает ли соль урана (уранилсульфат калия) какие-либо лучи под действием солнечного света (незадолго перед этим были открыто рентгеновское излучение, физики искали аналоги). Но позднее А.Беккерель обнаружил, что соль урана испускает неизвестное излучение и без предварительного освещения. Беккерель установил, что интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит. Таким образом, это свойство было присуще не соединениям, а химическому элементу - урану. Позднее это явление названо радиоактивностью .

    Явление радиоактивности (лат. испускаю лучи действенный) - самопроизвольноепревращение неустойчивых атомных ядер в ядра других элементов сопровождающееся испусканием частицили гамма-квантов.

    Известны 4 типа радиоактивности: альфа-распад, бета-распад, спонтанное делениеатомных ядер, протонная радиоактивность. Для радиоактивности характерно экспонен иальное уменьшениечисла ядер во времени. Радиоактивность впервые обнаружена французским физиком А. Беккерелем (1852- 1908) в 1896 г.

    Различают естественную и искусственную радиоактивность. Естественная радиоактивность наблюдается у существующих в природе изотопов, а искусственная - у изотопов, полученных в результате ядерных реакций. Ядра, претерпевающие радиоактивные превращения, называют материнскими, а образующиеся в процессе радиоактивного распада - дочерними. Выделяют устойчивые (стабильные) и радиоактивные изотопы. У известных химических элементов найдено 274 стабильных и свыше 700 радиоактивных изотопов. Большинство встречающихся в природе химических элементов представляют собой смеси изотопов.

    В зависимости от их происхождения все естественнорадиоактивные элементы Земли можно разделить на три группы.

    К первой группе относятся элементы, объединенные в три радиоактивных семейства. Кроме долгоживущих родоначальников этих семейств - урана, тория и актиноурана - сюда входят и продукты их распада, в том числе и относительно короткоживущие - радий, радон, мезоторий и др. Количество радиоактивных элементов этой группы постепенно уменьшается в соответствии с законом радиоактивного распада. Наиболее широко распространенными элементами этой группы являются уран, количество которого в земной коре больше, чем серебра или ртути, и торий. Природный уран является смесью трех изотопов - урана - 238 (99,28%), урана - 235 (0,71%) и урана - 234 (0,006%). Уран - 238 и уран - 235 (актино-уран) - родоначальники двух радиоактивных семейств.

    Один из продуктов распада урана - 238 - радий, о котором уже говорилось выше. Несмотря на сравнительно небольшой период полураспада, содержание радия в земной коре относительно стабильно, так как уменьшение его количества в результате распада компенсируется непрерывным образованием нового радия за счет распада урана.



    Радий нашел себе широкое применение в медицине не только как источник гамма-лучей для облучения больных (в этой области его вытесняют значительно более дешевые искусственные радиоактивные вещества), но и как источник радона для радоновых ванн, часто применяемых физиотерапевтами.

    Вторую группу радиоактивных элементов Земли составляют радиоактивные изотопы элементов, не входящие в состав радиоактивных семейств. Они также возникли в период образования Земли, и количество их постепенно уменьшается за счет радиоактивного распада.

    Из элементов этой группы наибольшее значение имеет калий, радиоактивность которого была открыта в 1906 г. Калий - один из наиболее распространенных элементов. Его доля составляет 1,1% общего числа атомов, образующих земную кору. Калий необходим для нормального развития растений, а также является неотъемлемой составной частью любого живого организма, в том числе и человека. Природный калий представляет собою смесь трех изотопов К 39 , К 40 и К 41 , из которых радиоактивен только один - К 40 . Количество этого изотопа в природной смеси невелико - всего 0,0119%; в 1 г природного калия происходит около 30 распадов в секунду. Несмотря на такую, казалось бы, незначительную по сравнению с радием и ураном активность, калий благодаря своей распространенности играет в природе большую роль.

    Из других радиоактивных элементов второй группы заслуживает внимания рубидий Rb, обладающий свойством накапливаться в некоторых растениях (1 л виноградного сока содержит 1 мг рубидия). Однако вызванная им активность значительно меньше, чем К 40 .

    Третью группу естественнорадиоактивных веществ, входящих в состав биосферы, образуют радиоактивные изотопы, возникающие в атмосфере в результате действия космических лучей. К таким изотопам относятся радиоактивный углерод (С 14), фосфор (Р 32) и некоторые другие. Количество этих изотопов в природе относительно невелико.

    После открытия радиоактивных элементов началось активное изучение физической природы их излучения. Резерфорду удалось обнаружить сложный составрадиоактивного излучения.

    Опыт состоял в следующем. Радиоактивный препарат помещали на дно узкого канала свинцового цилиндра, напротив помещалась фотопластинка. На выходившее из канала излучение действовало магнитное поле. При этом вся установка находилась в вакууме.

    В магнитном поле пучок распадался на три части. Две составляющие первичного излучения отклонялись в противоположные стороны, что указывало на наличие у них зарядов противоположных знаков. Третья составляющая сохраняла прямолинейность распространения. Излучение, обладающее положительным зарядом, получило название альфа-лучи, отрицательным - бета-лучи, нейтральным - гамма-лучи.

    Изучая природу альфа-излучения, Резерфорд провёл следующий эксперимент. На пути альфа-частиц он поместил счётчик Гейгера, который измерял число испускающихся частиц за определённое время. После этого при помощи электрометра он измерил заряд частиц, испущенных за это же время. Зная суммарный заряд альфа-частиц и их количество, Резерфорд рассчитал заряд одной такой частицы. Он оказался равен двум элементарным.

    По отклонению частиц в магнитом поле он определил отношение её заряда к массе. Оказалось, что на один элементарный заряд приходятся две атомные единицы массы.

    Таким образом, было установлено, что при заряде, равном двум элементарным, альфа-частица имеет четыре атомные единицы массы. Из этого следует, что альфа-излучение - это поток ядер гелия.

    В 1920 году Резерфорд высказал предположение, что должна существовать частица массой, равной массе протона, но не имеющая электрического заряда - нейтрон. Однако обнаружить такую частицу ему не удалось. Её существование было экспериментально доказано Джеймсом Чедвиком в 1932 году.

    Кроме того, Резерфорд уточнил на 30 % отношение заряда электрона к его массе.