Оглавление:

Оглавление: 1

Введение 2

Типы и физические характеристики ионизирующих излучений 2

Пути попадания радионуклидов в окружающую среду 6

Естественные радионуклиды 6

Техногенные радионуклиды 6

Авария на Чернобыльской АЭС. 10

Таблица оценки радионуклидного выброса при аварии на ЧАЭС 11

Биогеохимические циклы радионуклидов на примере аварии на ЧАЭС 12

Накопление радионуклидов и радиобиологическое воздействие на живые огранизмы обитающие в районе ЧАЭС 13

Радиобиологические эффекты у растений 13

Биологическое воздействие и миграции животных и насекомых 14

Воздействие радиации на организм человека 15

Наружное однократное облучение: 17

Повторные облучения: 17

Заключение: 18

Resümee 20

Использованная литература: 21

Введение

В окружающей среде все элементы имеют естественный биотический круговорот и оказывают на все живые организмы планеты различного рода воздействия, в том числе и неблагоприятные. Вредное воздействие веществ может быть обусловленно не только их химическими или физико-химическими свойствами, но и чисто физическим влиянием этих элементов, связанных с их радиоактивностью.

Радиоактивность – это физическое явление которое характеризуется такими процессами в атомном ядре, при которых изменяется его состав и испускается ионизирующее излучение.

Радиоактивными элементами – называются такие элементы все изотопы которых радиоактивны. К таким элементам относятся все естественные элементы с атомным номером выше 83 (Bi).

Вредное воздействие радиоактивных элементов определяется ионизирующим излучением, характер которого зависит от типа радиоактивного распада данного изотопа. Классический опыт, позволяющий обнаружить сложный состав радиоактивного излучения, состоит в следующем. Препарат радия помещается на дно узкого канала в куске свинца. Против к анала находится фотопластинка. На выходящее из канала излучение действует сильное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны лучу. Вся установка размещается в вакууме. Под действием магнитного поля пучок распадается на три пучка. Две составляющие первичного потока отклоняются в противоположные стороны. Это указывает на наличие у этих излучений электрических зарядов противоположных знаков. При этом отрицательный компонент излучения отклоняется магнитным полем гораздо сильнее, чем положительный. Третья составляющая не отклоняется магнитным полем. Положительно заряженный компонент получил название альфа-лучей, отрицательно заряженный – бетта-лучей и нейтральный – гамма-лучей.

Типы и физические характеристики ионизирующих излучений

- Лучи или частицы (обозначают , Не⁴; атомный вес 4,003; два положительных заряда) – ядра атомов Не, состоящие из 2 протонов и 2 нейтронов. В момент вылета имеют скорость, равную 0,05 – 0,1 скорости света, и энергию варьирущую у разных радиоактивных изотопов в интервале от 4 – 9 Мэв (мегаэлектронвольт т.е. 10⁶эв). -частицы передают энергию главным образом электронам вещества (взаимодействие с ядрами незначительно). Это вызывает диссоциацию молекул или возбуждение и ионизацию атомов и молекул. Вырванные -частицами электроны могут иметь энергию, достаточную для вторичных ионизационных процессов (для возбуждения других электронов). Их называют вторичными электронами или -лучами. Плотность ионизации под воздействием -частиц очень велика. Она возрастает по мере уменьшения энергии частицы и, следовательно, достигает максимума к концу полета. В среднем на одном см. пути -частицы вызывают в воздухе образование 3 * 10⁴ пар ионов. Проникающая способность -частиц невелика. Для их пробега R (в см.) в воздухе в зависимости от энергии частицы Е (в Мэв) можно выразить следующей формулой: .

Пробег - частиц в других веществах можно определить, пользуюсь формулами:

или по формуле , откуда

- пробег - частиц в воздухе;

- плотность среды;

А и Z – массовое число и атомный номер элемента, поглощающего -Лучи.

Пробег в воздухе -частиц различных энергий колеблется в пределах 2,5 – 10 см. В биологических тканях 30 – 120 мкм, а в алюминии 16 – 65 мкм.

- Лучи или частицы (обозначают ; атомный вес 5,486 * 10^{- 4}; 1 отрицательный заряд) – поток электронов, имеющих всегда широкий спектр энергий (от 0 до 3 Мэв). Максимальная энергия Е_макс. -лучей отдельных радиоактивных изотопов имеет определенную величину. Средняя энергия спектра -частиц соответствует приблизительно (для разных изотопов колеблется в пределах 0,25 – 0,45 Е_макс.). Проникающая способность -лучей примерно в 100 – 200 раз больше, чем у -частиц с такой же энегрией. Плотность ионизации на пути основного пробега -лучей значительно меньше, чем на пути -частиц. Прирост ионизации к концу пробега выражен во много раз слабее, чем у последних. Помимо взаимодействия с орбитальными электронами некоторые -частицы изредка (но тем чаще, чем больше их Е_макс.) приходят в соприкосновение с атомным ядром. Кинетическая энергия -частицы от соударения с ядром превращаются в квант мягкого -излучения. Длинна пробега зависит от Е_макс. -лучей и для них можно записать ряд формул:

(при 0,03 Мэв < Е_макс. < 0,15 Мэв)

(при 0,15 Мэв < Е_макс. < 0,8 Мэв.)

(при Е_макс. > 0,8 Мэв)

где R – длинна пробега, выраженная в г/см² (1г/см² – столб вещества массой в 1г. при сечении в 1см.).

Иногда используется общая приближенная формула:

R = 0,536 Е_макс. – 0,165

Толщина поглощающего слоя равна:

, где

d – Толщина слоя в см.

- плотность экранирующего вещества в г/см³

Позитроны (обозначают ) – положительно заряженные -лучи, почти мгновенно исчезающие путем взаимодействия с электронами и порождения фотонов -лучей (реакция аннигиляции)

- Лучи – поток фотонов или электромагнитные колебания типа лучей Рентгена, но с меньшей длинной волны (от нескольких и ниже) и черезвычайно большой проникающей способностью. Поглощение энергии -лучей веществом может осуществляется следующими путями:

1. Фотоэлектрическое поглощение, при котором энергия -фотона целиком передается орбитальному электрону (этот механизм преобладает при действии мягких -лучей на вещество с малым атомным весом).

2. Квантового рассеивания, рассматриваемого как упругое столкновение (комптон-эффект), когда -фотон передает электрону только часть своей энергии и преобразуется во вторичный фотон с меньшей энергией, т.е. с большей длинной волны (комптон-эффект преобладает при больших энергиях -лучей.)

3. Образование пар: позитрон – электрон, т.е. реакции, обратной аннигиляции, происходящей при столкновении -фотонов большой энергии с тяжелыми ядрами (например ядрами Pb).

При энергиях больше 0,1 Мэв удельная ионизация от -лучей примерно в 100 раз меньше, чем от -лучей с равной энергией. В отличае от и -частиц, длинна пробега которых имеет конечную величину, -лучи нигде полностью не поглощаются. Понижение интенсивности монохроматического параллельного пучка -лучей при прохождении через вещество подчиняются экспоненциальной зависимости , где I и I₀ – интенсивность пучка до и после прохождения слоя поглотителя толщиной d (в см.), а (в см.^-1) – линейный коэффициент поглощения, характеризующий относительное понижение интенсивности пучка при его прохождении через еденицу толщи данного вещества.(Данная таблица «Линейные коэффициенты поглощения -лучей для некоторых веществ» приведена в справочнике «Вредные вещества в промышленности 2» издание пятое стереотипное, Издательство «Химия» Москва, Ленинград 1965г.)

Отсюда следует, что толщина слоя понижающая интенсивность -лучей в 2 раза ( ), равна: , а для К-кратного ослабления используется формула . Помимо линейного коэффициента поглощения используется также массовый (в см² * г^-1), атомный (в см² * атом ^-1) и электронный (в см * е^-1) коэффициенты поглощения, откуда:

N – Число атомов расподающегося изотопа.

A и Z – Массовое число и атомный номер элемента поглощающего -лучи.

- Плотность среды поглотителя (экранирующего вещества).

Нейтроны – (обозначают n, атомный вес 1,009; заряда нет) обладают сравнительно большой проникающей способностью. В свободном состоянии не стабильны; подвергаясь -распаду, превращаются в протоны ( ) [ - период полураспада]. В зависимости от их энергии нейтроны подразделяются на:

1. Тепловые (Е 0,025 эв.)

2. Медленные (Е < 100 эв.)

3. Промежуточной энергии (100 эв. < E < 20 кэв.)

4. Быстрые (20 кэв. < E < 20 Мэв.)

5. Сверхбыстрые (Е > 20 Мэв.)

Проникающая способность нейтронов сравнительно велика. Из-за отсутствия заряда нейтроны проникают сквозь электронные облака вещества и взаимодействуют с атомными ядрами. В процессе неупругого и упругого столкновения нейтроны теряют энергию. При Е < 100 эв. Происходит захват нейтронов ядрами, что может сопровождаться возникновением -лучей, -частиц, протонов или расщеплением тяжелого ятомного ядра. В биологической ткани основным процессом, приводящим к ионизации, является взаимодействие нейтронов с водородом. Потеряв энергию в процессе рассеивания, тепловые нейтроны захватываются ядрами водорода, которые при этом превращаются в дейтроны (тяжелый водород) и испускают -лучи. ( ). Захват нейтронов ядрами азота (данный процесс преобладает в воздухе, но частично осуществляется в биологической ткани) приводит к вылету протона и возникновению радионуклида углерода ¹⁴С, и можно записать, что ¹⁴N + n¹ = ¹⁴C + p¹ [¹⁴N (n, p) ¹⁴C].

Протоны – (обозначают p, H¹; атомный вес 1,008; один положительный заряд) – ядра легкого водорода. Протоны взаимодействуют с веществом (длинна пробега, механизм ионизации и нарастание ее к концу пробега) аналогично -лучам. Пробег в воздухе равен , а в другой среде (такая же формула используется для расчета пробега в других веществах -частиц) [обозначения см. стр. 3].