Stråling, radioaktivitet og radiostråling er begreper som til og med høres ganske farlige ut. I denne artikkelen vil du lære hvorfor noen stoffer er radioaktive og hva det betyr. Hvorfor er alle så redde for stråling og hvor farlig er det? Hvor kan vi finne radioaktive stoffer og hva truer dette oss med?
Radioaktivitetskonsept
Med radioaktivitet mener jeg "evnen" til atomer av visse isotoper til å splitte seg og dermed skape stråling. Begrepet "radioaktivitet" dukket ikke opp umiddelbart. Opprinnelig ble slik stråling kalt Becquerel-stråler, til ære for forskeren som oppdaget den mens han jobbet med en isotop av uran. Vi kaller nå denne prosessen begrepet "radioaktiv stråling."
I denne ganske komplekse prosessen blir det opprinnelige atomet omdannet til et atom av et helt annet kjemisk element. På grunn av utstøting av alfa- eller beta-partikler, endres massenummeret til atomet, og følgelig flytter dette det i henhold til D.I. Mendeleevs tabell. Det er verdt å merke seg at massetallet endres, men selve massen forblir nesten den samme.
Avhenger av denne informasjonen, kan vi omformulere definisjonen av begrepet litt. Så, radioaktivitet er også evnen til ustabile atomkjerner til uavhengig å transformere seg til andre, mer stabile og stabile kjerner.
Stoffer - hva er de?
Før vi snakker om hva radioaktive stoffer er, la oss generelt definere hva som kalles et stoff. Så for det første er det en type sak. Det er også logisk at denne materien består av partikler, og i vårt tilfelle er dette oftest elektroner, protoner og nøytroner. Her kan vi allerede snakke om atomer, som består av protoner og nøytroner. Vel, molekyler, ioner, krystaller og så videre er laget av atomer.
Konseptet med et kjemisk stoff er basert på de samme prinsippene. Hvis det er umulig å isolere en kjerne i materie, kan den ikke klassifiseres som et kjemisk stoff.
Om radioaktive stoffer
Som nevnt ovenfor, for å vise radioaktivitet, må et atom spontant forfalle og bli til et atom av et helt annet kjemisk element. Hvis alle atomene i et stoff er ustabile nok til å forfalle på denne måten, så har du et radioaktivt stoff. Mer teknisk språk definisjonen vil høres slik ut: stoffer er radioaktive hvis de inneholder radionuklider, og i høye konsentrasjoner.
Hvor finnes radioaktive stoffer i D.I. Mendeleevs tabell?
Ganske enkelt og enkel måte for å finne ut om et stoff er radioaktivt er å se på D.I. Mendeleevs tabell. Alt som kommer etter blyelementet er radioaktive grunnstoffer, samt prometium og teknetium. Det er viktig å huske hvilke stoffer som er radioaktive, fordi det kan redde livet ditt.
Det er også en rekke grunnstoffer som har minst én radioaktiv isotop i sine naturlige blandinger. Her er en delvis liste over dem, som viser noen av de vanligste elementene:
- Kalium.
- Kalsium.
- Vanadium.
- Germanium.
- Selen.
- Rubidium.
- Zirkonium.
- Molybden.
- Kadmium.
- Indium.
Radioaktive stoffer inkluderer de som inneholder radioaktive isotoper.
Typer radioaktiv stråling
Radioaktiv stråling finnes i flere typer, som nå diskuteres vi vil snakke. Alfa- og betastråling er allerede nevnt, men dette er ikke hele listen.
Alfastråling er den svakeste strålingen og er farlig hvis partikler kommer direkte inn i menneskekroppen. Slik stråling produseres av tunge partikler, og det er derfor den lett stoppes selv av et ark papir. Av samme grunn reiser ikke alfastråler mer enn 5 cm.
Betastråling er sterkere enn den forrige. Dette er stråling fra elektroner, som er mye lettere enn alfapartikler, så de kan trenge flere centimeter inn i menneskelig hud.
Gammastråling realiseres av fotoner, som ganske lett trenger inn enda lenger til Indre organer person.
Den kraftigste strålingen når det gjelder penetrering er nøytronstråling. Det er ganske vanskelig å gjemme seg for det, men i naturen eksisterer det egentlig ikke, bortsett fra kanskje i nærhet til atomreaktorer.
Effekten av stråling på mennesker
Radioaktivt farlige stoffer kan ofte være dødelig for mennesker. I tillegg strålingseksponering har en irreversibel effekt. Hvis du blir utsatt for stråling, er du dømt. Avhengig av skadeomfanget dør en person i løpet av få timer eller over mange måneder.
Samtidig skal det sies at mennesker kontinuerlig utsettes for radioaktiv stråling. Takk Gud er det svakt nok å ha død. Når du for eksempel ser en fotballkamp på TV, mottar du 1 mikrorad stråling. Opptil 0,2 rad per år er generelt den naturlige strålingsbakgrunnen til planeten vår. 3. gave - din del av strålingen under tannrøntgen. Vel, eksponering for mer enn 100 rad er allerede potensielt farlig.
Skadelige radioaktive stoffer, eksempler og advarsler
Det farligste radioaktive stoffet er Polonium-210. På grunn av strålingen rundt den kan du til og med se en slags glødende "aura" blå farge. Det er verdt å si at det er en stereotyp at alle radioaktive stoffer lyser. Dette er slett ikke sant, selv om det finnes slike varianter som Polonium-210. Flertall radioaktive stoffer utad ikke i det hele tatt mistenkelig.
Det meste radioaktivt metall på dette øyeblikket Livermorium vurderes. Isotopen Livermorium-293 bruker 61 millisekunder på å forfalle. Dette ble oppdaget i 2000. Ununpentium er litt dårligere enn det. Forfallstiden til Ununpentia-289 er 87 millisekunder.
Også interessant fakta er at det samme stoffet kan være både ufarlig (hvis isotopen er stabil) og radioaktivt (hvis kjernene i isotopen er i ferd med å kollapse).
Forskere som studerte radioaktivitet
Radioaktive stoffer i lang tid ble ikke ansett som farlige, og ble derfor fritt studert. Dessverre har triste dødsfall lært oss at vi må være forsiktige med slike stoffer og økt nivå sikkerhet.
En av de første, som allerede nevnt, var Antoine Becquerel. Dette er en stor fransk fysiker, som tilhører berømmelsen til oppdageren av radioaktivitet. For sine tjenester ble han tildelt medlemskap i London kongelig samfunn. På grunn av hans bidrag til dette feltet, døde han ganske ung, i en alder av 55. Men arbeidet hans huskes den dag i dag. Selve enheten for radioaktivitet, så vel som kratere på Månen og Mars, ble navngitt til hans ære.
En like stor person var Marie Skłodowska-Curie, som jobbet med radioaktive stoffer sammen med ektemannen Pierre Curie. Maria var også fransk, om enn med polske røtter. I tillegg til fysikk var hun engasjert i undervisning og til og med aktiv sosiale aktiviteter. Marie Curie - første kvinnelige prisvinner Nobel pris i to disipliner samtidig: fysikk og kjemi. Oppdagelsen av slike radioaktive grunnstoffer som Radium og Polonium er fortjenesten til Marie og Pierre Curie.
Konklusjon
Som vi ser er radioaktivitet nok vanskelig prosess, som ikke alltid forblir under menneskelig kontroll. Dette er et av de tilfellene der folk kan finne seg selv fullstendig maktesløse i møte med fare. Det er derfor det er viktig å huske at virkelig farlige ting kan være veldig villedende i utseende.
Du kan som oftest finne ut om et stoff er radioaktivt eller ikke når det først har blitt eksponert for det. Vær derfor forsiktig og oppmerksom. Radioaktive reaksjoner hjelper oss på mange måter, men vi bør heller ikke glemme at dette er en kraft praktisk talt utenfor vår kontroll.
I tillegg er det verdt å huske bidraget fra store forskere til studiet av radioaktivitet. De ga oss en utrolig mengde nyttig kunnskap, som nå redder liv, gir hele land energi og hjelper til med å helbrede forferdelige sykdommer. Radioaktivt kjemiske substanser er en fare og en velsignelse for menneskeheten.
KJERNEFYSISKE EGENSKAPER
Her skal vi se på noen egenskaper steiner som inneholder radioaktive elementer, så vel som prosessene for passasje av radioaktiv stråling gjennom bergarter.
Radioaktivitetsfenomen
Radioaktivitet er egenskapen til kjernene til noen grunnstoffer til å spontant transformere deres sammensetning og energitilstand. Radioaktivitet er en indre egenskap til kjerner som ikke er avhengig av ytre forhold.
Som du vet består kjernen av positivt ladede protoner og nøytrale nøytroner; summen av protoner og nøytroner (nukleoner) er lik atomvekt element. Kreftene som holder nukleoner i kjernen kalles kjernekrefter. De er av byttekarakter, dvs. Det er en konstant utveksling av p-meson mellom protoner og nøytroner i kjernen.
Hovedegenskapen til kjernefysiske krefter som påvirker radioaktivitet er deres korte handling. I kjernen er ikke hvert nukleon bundet av kjernekrefter til alle nukleoner, men bare til nærliggende. Virkningsradiusen til kjernefysiske krefter er ca. 10 -15 m. Kjernen er av en slik størrelse kjernefysiske styrker nå metning, den mest stabile. Dette er en heliumkjerne med to protoner og to nøytroner, eller en a-partikkel hvis denne kjernen har kinetisk energi. Kjernene til andre grunnstoffer, som kan være sammensatt av heliumkjerner, har også størst stabilitet og størst overflod i bergarter. Dette er kjernene til grunnstoffene oksygen (8 protoner og 8 nøytroner), silisium (14, 14), kalsium (20, 20). Tvert imot er berylliumkjernen, bestående av 5 nøytroner og 4 protoner (2a-partikler + nøytron), unormalt ustabil og henfaller når den bestråles med gammastråler med relativt lav energi.
Bindingsenergien til nukleoner i en kjerne kan enkelt beregnes
E=Δm×c 2 (7,1)
hvor Dm er massedefekten; c er lysets hastighet i vakuum. Beregninger viser: jo mer kompleks kjernen er, jo flere protoner og nøytroner den inneholder, jo lavere er bindingsenergien per nukleon. Derfor er radioaktivitet en egenskap til overveiende tunge grunnstoffer. Alle elementer serienummer hvorav det er mer enn 81 (thallium), er radioaktive eller inneholder radioaktive isotoper.
Det er hovedsakelig tre typer radioaktive transformasjoner observert i bergarter: alfa-transformasjon, beta-transformasjon og gammastråling.
Alfa-transformasjonen består av utslipp av en α-partikkel fra kjernen. Et eksempel på en slik reaksjon i bergarter er α-transformasjonen av radium til radioaktiv gass radon:
286 88 Ra → 2 4 α + 222 86 Rn + γ
Beta-transformasjon består av utslipp av en b-partikkel (elektron) fra kjernen under transformasjonen av et nøytron til et proton i kjernen (n ® p + e -) - 88 % av kjernene til den radioaktive isotopen 40 K erfaring denne typen transformasjon:
I 12 % av tilfellene transformeres 40 K-kjernen gjennom elektronfangst, dvs. i fangst av et elektron fra det indre K-laget av kjernen og transformasjonen av et proton til et nøytron:
40 19 K + e - → 40 18 Ar+ y
Kjerner dannet under radioaktiv transformasjon ender oftest opp i en eksitert tilstand. Flytter til normal tilstand, sender de ut overflødig energi i form av gammastråler.
Gammastråling er hard elektromagnetisk stråling som følger med kjernefysiske transformasjoner. Energien til g-stråling er individuell for hver type kjerner og er en parameter for en spesifikk kjernetransformasjon.
Sammenlignet med andre typer elektromagnetisk stråling Gammastråling er preget av høyere energi og høyere vibrasjonsfrekvens. Det siste følger av forholdet
hvor ħ Planck er konstant; v - frekvens.
Gammastråling er mer preget av korpuskulære snarere enn bølgeegenskaper. Gammastråling kan representeres som en strøm av partikler med masse m=ħ×ν/c 2 som forplanter seg med lysets hastighet. På grunn av den betydelig høyere penetreringsevnen til g-stråler sammenlignet med α- og b-partikler, brukes g-stråling hovedsakelig i geofysiske letemetoder.
Det er umulig å forutsi forfallstiden til en enkelt kjerne, siden radioaktiv transformasjon er et tilfeldig fenomen. Mønsteret vises for stort nummer atomer. Det er uttrykt av loven om radioaktiv transformasjon, som sier at antall transformerte kjerner er proporsjonal med tilgjengelig antall radioaktive kjerner. Koeffisienten til denne proporsjonaliteten er parameteren l til det råtnende atomet og har betydningen av sannsynligheten for forfall per tidsenhet.
I sin integrerte form gjenspeiler loven om radioaktiv transformasjon endringen i mengden radioaktivt stoff over tid
N = N 0 ×e - λt (7,2)
hvor t er tiden fra begynnelsen av transformasjonen; N 0 , N er antall atomer i det transformerende elementet ved henholdsvis tidspunkt 0 og t.
En mer praktisk parameter for å bruke en råtnende kjerne er halveringstiden T 1/2, som bare avhenger av l:
Halveringstiden er lik tiden halvparten av atomene er transformert. Så hvis halveringstiden til radon er 3,82 dager, så er det etter dette tidspunktet at bare halvparten av radonatomene vil forbli i vann hentet fra en radonkilde. Etter omtrent 10×T 1/2, dvs. etter 38 dager, vil alle radonatomer forfalle. Følgende er halveringstidene for de vanligste radioaktive isotoper steiner:
La oss først merke oss det lave innholdet av radioaktive grunnstoffer i jordskorpen. La oss for eksempel sammenligne med utbredelsen av steindannende elementer som Si (27,7 %) eller Ca (3,63 %). Innholdet av andre radioaktive grunnstoffer er enda lavere. For det andre har uran, thorium og kalium svært lang periode halveringstid, dvs. de er relativt svakt radioaktive grunnstoffer. For eksempel forfaller radium millioner av ganger raskere enn uran, og radon forfaller milliarder av ganger. Men det er like mange ganger mindre av disse grunnstoffene i jordskorpen sammenlignet med uran. Dette avslører avhengigheten av overfloden av et element i naturen av stabiliteten til kjernen.
Hvis det under transformasjonen av en 40 K-kjerne umiddelbart dannes stabile isotoper av Ca og Ar, er de nydannede isotoper også radioaktive under nedbrytningen av uran- og thoriumkjerner. Etter forfallet av U og Th følger hele kjeder av radioaktive transformasjoner, som ender med dannelsen av stabile isotoper av bly. Isotopene til elementene som deltar i disse suksessive transformasjonene danner den såkalte radioaktive serien, hvis grunnleggere er uran og thorium. Dermed er radium og radon en del av uranserien
Hovedfunksjon radioaktiv serie er at det lengstlevende (minst radioaktive) elementet i serien er dens stamfar, dvs. uran eller thorium. Alle andre elementer i serien forfaller raskt. Denne omstendigheten, så vel som den eksponentielle karakteren av loven om radioaktiv transformasjon, fører til viktig eiendom radioaktiv serie - radioaktiv likevekt. Det manifesterer seg i invariansen av mengdene av elementer i midten av raden, siden antallet råtnende og formende atomer er balansert. Antallet atomer av radioaktive grunnstoffer i en serie henger sammen med hverandre og med antall atomer til forelderen, dvs. uran eller thorium:
λ 1 ×N 1 = λ 2 ×N 2 = … = λ i ×N i = … = λ n ×N n (7,3)
hvor l i er henfallskonstanten til det i-te elementet i serien; Ni er antall atomer til dette elementet. I henhold til relasjon (7.3) kan du bestemme antallet av alle de andre ved å vite antall atomer til ett element i en serie.
Produktet λ×N = A kalles stoffets aktivitet. Tatt i betraktning betydningen av l som sannsynligheten for forfall per tidsenhet, er aktivitet lik antall henfallende atomer per tidsenhet. En aktivitet på en desintegrasjon per sekund kalles becquerel (Bq).
I følge den radioaktive likevektsligningen (7.3) kan aktiviteten til elementene i en serie uttrykkes gjennom aktiviteten til dens forelder.
hvor n er antall elementer i raden.
For å vurdere radioaktiviteten til uran- eller thoriumserien er det med andre ord nok å vite mengden uran eller thorium. Denne omstendigheten forenkler i stor grad studiet av radioaktiviteten til bergarter, siden det i tilfelle av radioaktiv likevekt ikke er behov for å bestemme innholdet av de radioaktive elementene som er en del av serien.
Radioaktiv (eller ioniserende) stråling er energi som frigjøres av atomer i form av partikler eller bølger elektromagnetisk natur. Mennesker utsettes for slik eksponering gjennom både naturlige og menneskeskapte kilder.
De gunstige egenskapene til stråling har gjort det mulig å bruke den med hell i industri, medisin, vitenskapelige eksperimenter og forskning jordbruk og andre områder. Men med spredningen av bruken av dette fenomenet har det oppstått en trussel mot menneskers helse. En liten dose radioaktiv stråling kan øke risikoen for å få alvorlige sykdommer.
Forskjellen mellom stråling og radioaktivitet
Stråling, inn i vid forstand, betyr stråling, det vil si forplantning av energi i form av bølger eller partikler. Radioaktiv stråling er delt inn i tre typer:
- alfastråling - fluks av helium-4 kjerner;
- betastråling - strøm av elektroner;
- Gammastråling er en strøm av høyenergifotoner.
Karakteristikkene til radioaktiv stråling er basert på deres energi, overføringsegenskaper og typen av utsendte partikler.
Alfastråling, som er en strøm av blodlegemer med positiv ladning, kan bli forsinket med fly eller klær. Denne arten trenger praktisk talt ikke gjennom huden, men når den kommer inn i kroppen, for eksempel gjennom kutt, er den veldig farlig og har en skadelig effekt på indre organer.
Betastråling har mer energi – elektroner beveger seg med høy hastighet og er små i størrelse. Derfor denne typen stråling trenger gjennom tynne klær og hud dypt inn i vev. Betastråling kan skjermes ved hjelp av en aluminiumsplate noen millimeter tykk eller en tykk treplate.
Gammastråling er høyenergistråling av elektromagnetisk karakter som har en sterk penetrasjonsevne. For å beskytte mot det, må du bruke et tykt lag med betong eller en plate av tungmetaller som platina og bly.
Fenomenet radioaktivitet ble oppdaget i 1896. Oppdagelsen ble gjort av den franske fysikeren Becquerel. Radioaktivitet er evnen til gjenstander, forbindelser, elementer til å avgi ioniserende stråling, det vil si stråling. Årsaken til fenomenet er ustabilitet atomkjernen, som frigjør energi ved forfall. Det er tre typer radioaktivitet:
- naturlig – typisk for tunge elementer hvis serienummer er større enn 82;
- kunstig - initiert spesifikt ved hjelp av kjernefysiske reaksjoner;
- indusert - karakteristisk for objekter som i seg selv blir en kilde til stråling hvis de er sterkt bestrålt.
Grunnstoffer som er radioaktive kalles radionuklider. Hver av dem er preget av:
- halvt liv;
- type stråling som sendes ut;
- strålingsenergi;
- og andre eiendommer.
Kilder til stråling
Menneskekroppen blir regelmessig utsatt for radioaktiv stråling. Omtrent 80 % av beløpet som mottas årlig kommer fra kosmiske stråler. Luft, vann og jord inneholder 60 radioaktive grunnstoffer som er kilder naturlig stråling. Hoved naturlig kilde stråling vurderes inert gass radon frigjort fra bakken og steinene. Radionuklider kommer også inn i menneskekroppen gjennom mat. Del ioniserende stråling Strålingen som mennesker utsettes for kommer fra menneskeskapte kilder, alt fra kjernefysiske elektrisitetsgeneratorer og atomreaktorer til stråling som brukes til medisinsk behandling og diagnostikk. I dag, vanlig kunstige kilder stråling er:
- medisinsk utstyr (grunnleggende antropogen kilde stråling);
- radiokjemisk industri (gruvedrift, anrikning kjernebrensel, behandling og gjenvinning av kjernefysisk avfall);
- radionuklider brukt i landbruk og lett industri;
- ulykker ved radiokjemiske anlegg, atomeksplosjoner, strålingsutslipp
- Bygningsmaterialer.
Basert på metoden for penetrering i kroppen, er strålingseksponering delt inn i to typer: intern og ekstern. Sistnevnte er typisk for radionuklider spredt i luften (aerosol, støv). De kommer på huden eller klærne. I dette tilfellet kan strålekilder fjernes ved å vaske dem bort. Ekstern stråling forårsaker brannskader på slimhinner og hud. På intern type Radionuklidet kommer inn i blodet, for eksempel ved injeksjon i en vene eller gjennom et sår, og fjernes ved utskillelse eller terapi. Slik stråling provoserer ondartede svulster.
Den radioaktive bakgrunnen avhenger betydelig av geografisk plassering– I noen regioner kan strålingsnivåene være hundrevis av ganger høyere enn gjennomsnittet.
Effekten av stråling på menneskers helse
Radioaktiv stråling, på grunn av sin ioniserende effekt, fører til dannelsen av frie radikaler i menneskekroppen - kjemisk aktive aggressive molekyler som forårsaker celleskade og død.
Celler i mage-tarmkanalen, reproduktive og hematopoietiske systemer. Radioaktiv stråling forstyrrer arbeidet deres og forårsaker kvalme, oppkast, tarmdysfunksjon og feber. Ved å påvirke øyets vev, kan det føre til stråling grå stær. Til konsekvensene ioniserende stråling inkluderer også skader som vaskulær sklerose, forverring av immunitet og forstyrrelse av det genetiske apparatet.
Systemet for overføring av arvelige data har en fin organisasjon. Frie radikaler og deres derivater kan skade strukturen til DNA-bæreren genetisk informasjon. Dette fører til mutasjoner som påvirker helsen til påfølgende generasjoner.
Arten av effektene av radioaktiv stråling på kroppen bestemmes av en rekke faktorer:
- type stråling;
- strålingsintensitet;
- individuelle egenskaper ved kroppen.
Effektene av radioaktiv stråling kan ikke vises umiddelbart. Noen ganger blir konsekvensene merkbare etter en betydelig periode. Dessuten er en stor enkeltdose stråling farligere enn langvarig eksponering for små doser.
Mengden stråling som absorberes er preget av en verdi som kalles Sievert (Sv).
- Normal bakgrunnsstråling ikke overstiger 0,2 mSv/t, som tilsvarer 20 mikroroentgener per time. Ved røntgen av en tann får en person 0,1 mSv.
- Den dødelige enkeltdosen er 6-7 Sv.
Anvendelse av ioniserende stråling
Radioaktiv stråling er mye brukt i teknologi, medisin, vitenskap, militær- og atomindustri og andre felt menneskelig aktivitet. Fenomenet ligger til grunn for enheter som røykvarslere, strømgeneratorer, isingalarmer og luftionisatorer.
I medisin brukes radioaktiv stråling i strålebehandling for å behandle kreft. Ioniserende stråling tillot opprettelsen av radiofarmasøytiske midler. Med deres hjelp utføres diagnostiske undersøkelser. Instrumenter for å analysere sammensetningen av forbindelser og sterilisering er bygget på grunnlag av ioniserende stråling.
Oppdagelsen av radioaktiv stråling var uten overdrivelse revolusjonerende - bruken av dette fenomenet førte menneskeheten til nytt nivå utvikling. Dette medførte imidlertid også en trussel mot miljøet og menneskers helse. I denne forbindelse opprettholde strålesikkerhet er en viktig oppgave i vår tid.
Hensikten med leksjonen: Studer fenomenet radioaktivitet
På slutten av forrige århundre, to største oppdagelsen. I 1895 Roentgen oppdaget stråler som oppsto da en høyspentstrøm ble ført gjennom en glassbeholder med forsælnet luft i 1896, oppdaget A. Becquerel fenomenene radioaktivitet. A. Becquerel oppdaget at uransalter spontant avgir usynlige stråler, noe som forårsaker svartning av den fotografiske platen og fluorescens av visse stoffer. I 1898 Ektefellene Pierre Curie og Marie Sklodowska-Curie oppdaget ytterligere to elementer - polonium og radium, som produserte lignende stråling, men deres intensitet var mange ganger høyere enn intensiteten til uranstråling. Deretter ble egenskapene til disse strålingene etablert og deres natur ble bestemt. I tillegg ble det oppdaget at radioaktive stoffer kontinuerlig frigjør energi i form av varme.
Fenomenet spontan emisjon ble kalt radioaktivitet, og stoffer som sender ut stråling - radioaktive.
Radioaktivitet- dette er egenskapen til kjernene til visse grunnstoffer til spontant (dvs. uten ytre påvirkninger) forvandles til kjernene til andre grunnstoffer med emisjon av en spesiell type stråling kalt radioaktiv stråling. Selve fenomenet kalles radioaktivt forfall. Hastigheten av radioaktive transformasjoner påvirkes ikke på noen måte av endringer i temperatur og trykk, tilstedeværelsen av elektriske og magnetiske felt, typen kjemisk forbindelse til et gitt radioaktivt element og dets aggregeringstilstand.
Radioaktive fenomener som forekommer i naturen kalles naturlig radioaktivitet; lignende prosesser som forekommer i kunstig oppnådde stoffer (gjennom tilsvarende kjernefysiske reaksjoner), - kunstig radioaktivitet. Denne inndelingen er imidlertid betinget, siden begge typer radioaktivitet er underlagt de samme lovene.
Naturlig radioaktivitet og radioaktive familier
Radioaktive grunnstoffer er vanlige i naturen i små mengder. De finnes i harde bergarter jordskorpen, i vann, i luft, så vel som i plante- og dyreorganismer som de kommer inn i fra miljøet.
I jordskorpen finnes naturlig radioaktive grunnstoffer først og fremst i uranmalm, og nesten alle er isotoper av tunge grunnstoffer med et atomnummer større enn 83. Kjernene til tunge grunnstoffer er ustabile. I noen tilfeller gjennomgår de flere påfølgende kjernefysiske transformasjoner. Som et resultat er det hele kjeden radioaktivt forfall, der isotoper er genetisk beslektet med hverandre. En slik kjede, en samling av alle isotoper av en rekke grunnstoffer som oppstår som følge av suksessive radioaktive transformasjoner fra ett materiell element, kalles radioaktiv familie eller i nærheten. Familien er oppkalt etter de første grunnstoffene som radioaktive transformasjoner starter fra, dvs. ifølge deres forfedre.
For tiden er tre naturlig radioaktive familier kjent: uran-radium (238 92 U-Ra), thorium (232 90 Th) og aktinium (235 89 Ac). Det første elementet i uranfamilien, 238 92 U, som et resultat av 14 påfølgende radioaktive transformasjoner (åtte alfa- og seks beta-transformasjoner), blir til den stabile isotopen av bly 206 82 Pb. Siden denne familien inkluderer det svært viktige radioaktive grunnstoffet radium, så vel som dets nedbrytningsprodukter, blir den ofte referert til som uran-radium-familien.
Stamfaren til thoriumfamilien 232 90 Th gjennom ti suksessive transformasjoner (seks alfa- og fire beta-transformasjoner) går inn i stabil isotop bly 208 82 Pb.
Stamfaren til aktiniumfamilien er uranisotopen 235 92 U, som tidligere ble kalt aktiniumuran AcU. Siden det blant medlemmene i serien er en isotop av aktinium 227 89 Ac, fikk denne familien navnene på aktinium- eller aktinium-uran-familien. Gjennom elleve transformasjoner (syv alfa- og fire beta-transformasjoner) forvandles 235 92 U til den stabile isotopen av bly 205 82 Pb. Det er karakteristisk for foreldreelementene i disse familiene at de har en veldig lang halveringstid.
Kjennetegn på radioaktiv stråling
Radioaktiv stråling er usynlig. Det oppdages ved hjelp av ulike fenomener, som oppstår under dets virkning på et stoff (glød av fosfor eller fluorescerende skjermer, ionisering av et stoff, svartning av en fotografisk emulsjon etter fremkalling, etc.).
Naturen til strålingen som sendes ut av radioaktive stoffer har blitt studert både ved dens absorpsjon i stoffet og ved avbøyningen av disse strålene i et elektrisk og magnetisk felt. Det ble oppdaget at radioaktiv stråling i et tverrgående magnetfelt vanligvis deles inn i tre stråler. Inntil arten av disse strålingene var avklart, ble strålene som avbøydes mot den negativt ladede platen konvensjonelt kalt alfastråler, de som avbøydes mot den positivt ladede platen var beta-stråler, og strålene som ikke ble avbøyd i det hele tatt ble kalt gammastråler. Denne separasjonen av radioaktiv stråling i et elektrisk felt gjorde det mulig å fastslå at bare gammastråler er sanne stråler, siden de ikke avbøyes selv i et sterkt elektrisk eller magnetisk felt; Alfa- og betastråler er ladede partikler og kan avledes.
Alfa-partikler (α) er kjernene til heliumatomer (4 2 H) og består av to protoner og to nøytroner, de har en dobbel positiv ladning og en relativt stor masse på 4,003 amu. Disse partiklene overskrider massen til et elektron med 7300 ganger; deres energi varierer fra 2-11 MeV. For hver gitt isotop er energien til α-partikler konstant. Utvalget av alfapartikler i luften er 2-10 cm, avhengig av energien, og i biologiske vev – flere titalls mikron. Siden alfapartikler er massive og har relativt høyere energi, er deres vei gjennom materie grei; de forårsaker sterke ioniserings- og fluorescenseffekter. I luft, per 1 cm bane, danner en alfapartikkel 100-250 tusen par ioner. Derfor er alfa-emittere, når de kommer inn i kroppen, ekstremt farlige for mennesker og dyr.
All energien til α-partiklene overføres til cellene i kroppen, og skader dem
Betastråling (β) representerer fluksen av partikler (elektroner eller positroner) som sendes ut av kjerner under beta-nedbrytning. De fysiske egenskapene til elektroner av kjernefysisk opprinnelse (masse, ladning) er de samme som for atomskallelektroner.
I motsetning til α-partikler har beta-partikler av det samme radioaktive grunnstoffet forskjellig energimengde (fra null til en viss maksimalverdi).
Siden β-partikler av samme radioaktive grunnstoff har forskjellige energireserver, vil deres rekkevidde i samme medium være forskjellig. Banen til beta-partikler i materie er kronglete, siden de, med en ekstremt liten masse, lett endrer bevegelsesretningen under påvirkning av de elektriske feltene til møtende atomer. β-partikler har mindre ioniserende effekt enn alfastråling. De danner 50-100 par ioner per 1 cm bane i luften og har en "spredt type ionisering."
Rekkevidden av β-partikler i luften kan være opptil 25 m, avhengig av energien, og i biologiske vev – opptil 1 cm.
Gammastråling (γ) representerer strømmen av elektromagnetiske bølger; det samme er radiobølger, synlig lys, ultrafiolette og infrarøde stråler og røntgenstråler. Ulike typer elektromagnetisk stråling er forskjellige i formasjonsbetingelsene og visse egenskaper (bølgelengde og energi).
Røntgenstråling oppstår når raske elektroner bremses ned i det elektriske feltet til kjernen av atomer til et stoff (bremsstrahlung røntgenstråling) eller under omorganisering elektronskjell atomer under ionisering og eksitasjon av atomer og molekyler (karakteristisk røntgenstråling). Under ulike overganger av atomer og molekyler fra en eksitert tilstand til en ikke-eksitert tilstand, kan det sendes ut stråler. Gammastråler er stråling av kjernefysisk opprinnelse. De sendes ut av atomkjerner under alfa- og beta-nedbrytningen av naturlige og kunstige radionuklider i tilfeller der datterkjernen inneholder overskuddsenergi som ikke fanges opp av korpuskulær stråling (α- eller β-partikkel). Dette overskuddet blir umiddelbart opplyst i form av gammastråler.
Gammakvanter har ingen hvilemasse. Dette betyr at fotoner bare eksisterer i bevegelse. De har ingen ladning og avviker derfor ikke i elektriske og magnetiske felt. I materie og vakuum forplanter gammastråling seg rettlinjet og jevnt i alle retninger fra kilden. Forplantningshastigheten til stråling i vakuum er lik lysets hastighet (3·10 10 cm/s).
Energien til gammastråling fra naturlige radioaktive elementer varierer fra noen få keV til 2-3 MeV og når sjelden 5-6 MeV.
Gamma quanta, uten ladning og hvilemasse, forårsaker en svak ioniserende effekt, men har stor penetreringskraft. Reiseavstanden i luften når 100-150 m.
Kontrollspørsmål:
1 Hva er radioaktivitet?
2 typer radioaktivitet.
3 Beskriv alfapartikler.
4 Gi kjennetegn ved beta-partikler.
5 Beskriv gammastråling.
Stråling er for tiden funnet nyttig applikasjon ikke bare for å generere elektrisk og termisk energi. De fordelaktige egenskapene til stråling har funnet anvendelse i ulike områder naturvitenskap, teknologi, medisin:
Ø i industrien:
o Deteksjon av gammafeil – overvåking av integriteten til ulike sveisede metallskall (reaktorfartøy, ubåter og overflateskip, rørledninger, etc.), nøytronlogging;
o leting etter olje og vann;
Ø i landbruket:
o behandling av frø før såing, øke avlingen;
o desinfisering av avløpsvann fra husdyrhold;
Ø i astronautikk:
o opprettelse av kjernekraftkilder for satellitter, orbitale komplekser;
Ø i rettsmedisin:
o å bruke spesielle merker på stjålne gjenstander for å lette deres søk, identifisering og avsløring av kriminelle;
Ø i arkeologi:
o bestemmelse av alderen til geologiske bergarter - jordens alder er beregnet ved bruk av uran-bly-metoden (ca. 4,5 milliarder år);
o Radiokarbonmetoden lar deg bestemme alderen på gjenstander som har biologisk natur, med en nøyaktighet på 50 år i området 1000 - 50000 år: for eksempel, basert på måling av karboninnhold i tausandaler funnet i en hule i Oregon, ble eksistensen av forhistoriske mennesker i USA for 9000 år siden bekreftet ;
Ø i medisin:
o diagnostisering av sykdommer;
o behandling av kreftpasienter;
o sterilisering av medisinske instrumenter og materialer.
Oppdagelsen av radioaktivitet hadde en enorm innvirkning på utviklingen av vitenskap og teknologi, det markerte begynnelsen på en epoke intensivt studium egenskaper og struktur til stoffer. Nye utsikter som har oppstått innen energi, industri, militær, medisin og andre områder av menneskelig aktivitet takket være mestring av kjernekraft, ble vekket til live ved oppdagelsen av evnen kjemiske elementer til spontane transformasjoner. Men sammen med de positive faktorene ved å bruke egenskapene til radioaktivitet i menneskehetens interesse, er det fortsatt mulig å gi eksempler på deres negative forstyrrelser i livene våre. Disse inkluderer senkede skip og ubåter Med atommotorer Og atomvåpen, begravelse radioaktivt avfall til sjøs og på land, ulykker på atomkraftverk og så videre.
For tiden er det gjort betydelige fremskritt med å løse problemet med bruk atomenergi V nasjonal økonomi. Den viktigste energiproduserende enheten atomare enheter, som bruker intranukleær energi, er en reaktor. Laget i reaktorkjernen nødvendige forhold for fremvekst og vedlikehold av et visst nivå kjedereaksjon fisjon av tunge kjerner. Utgitt samtidig Termisk energi akkumulert av kjølevæsken og ført utenfor kjernen.
En av viktigste oppgaverÅ sikre strålingssikkerhet ved atomreaktorer er pålitelig inneslutning av enorme mengder radioaktive stoffer som genereres under driften. Fisjonsprodukter holdes inne i reaktoren ved hjelp av et system med tre barrierer (brenselkledning, primærkrets, ekstern beskyttelse reaktor).