ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОСИБИРСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ».

Физический факультет

Экология

РЕФЕРАТ

Тема: Вклад различных факторов в радиационное облучение населения. Проблема радона.

4 курс, группа 14308

Выполнил:

Хомченко Илья Викторович

Группа:

14308, ФФ НГУ

Проверил:

_____/Аржанников Андрей Васильевич

Новосибирск, 2018 г.

Оглавление

1. Введение.………………………………………………………………………3-4

2. Виды ионизирующего излучения.…………...……………………………….4-7

3. Расчёт доз облучения……………..…………………….……………………..7-8

4. Общие сведения о природных источниках ионизирующего излучения….8-11

5. Проблема Радона……………………………………...…………………….11-15

6. Искусственные источники облучения…………...………………………...15-16

7. Заключение……………………………………………………………………...16

Список литературы………………………………………………………………..17

1. Введение

Воздействие ионизационного излучения на организм человека является одной из важнейших и актуальнейших проблем экологии.

Радиация встречается повсеместно. Только в каких количествах? Все источники радиации на Земле можно разделить на естественные (газы, радиоизотопы, космическое излучение) и искусственные.

В течение двадцатого столетия проблема радиационной безопасности населения была неразрывно связана с влиянием искусственно созданных источников радиации таких как:

• рентгеновское излучения при медицинском обследовании;

• излучения от препаратов радия при использовании их в потребительских целях;

• радиационные выбросы от атомных электростанций(АЭС) и химических предприятий, которые поступают в окружающие среду при их штатной работе;

• продукты ядерных испытаний, которые проводили первые страны, владеющие ядерным оружием(Англия, США, СССР, Франция) на суше, в атмосфере и под водой, вплоть до их запрещения в 1963 году;

• радиоактивные выбросы при авариях на АЭС и радиохимических предприятиях. Такой источник поступления радиоактивных веществ в атмосферу не предсказуем, вследствие его связи с человеческим фактором;

• радиационное излучение от источников, используемых в медицине для диагностики и лечения заболеваний и в промышленности для дефектоскопии различных изделий.

В настоящее время произошло более глубокое осознание проблемы радиационной безопасности населения, как необходимость ограничения и снижения облучения от всех источников облучения в целом – естественных, техногенных и медицинских. Такое понимание проблемы нашло отражение в Федеральном законе Российской Федерации «О радиационной безопасности населения». Данный подход основан на факте того, что биологические эффекты ионизирующего излучения одного радионуклида не зависят от природы его происхождения, таким образом присутствие значительных концентраций природных радиоактивных изотопов в окружающей среде столь же не допустимо, как и её загрязнение искусственно полученными радионуклидами.

В данной работе также затронута проблема радона, который в следствии своей природы и повсеместного присутствия вносит более 50 % в общую дозовую нагрузку, которую человек получает от всех источников облучения и является второй по распространённости причинной рака лёгких после курения.

2. Виды ионизирующего излучения

Слово «радиация» произошло от латинского слова «radiation», которое в переводе с латинского означает «сияние», «излучение». Основное значение слова «радиация»: излучение, исходящее от какого-либо тела. Потом оно было заменено на более узкие значения – радиоактивное или ионизирующее излучение.

Ионизирующее излучение – это вид энергии, который высвобождается атомами в форме электромагнитных волн или частиц. Спонтанный распад атома называется радиоактивностью. Избыток же возникающей при таком распаде энергии является формой ионизирующего излучения. Нестабильные элементы, которые образуются при распаде и испускают ионизирующее излучение, называются радионуклидами.

Каждый радионуклид уникальным образом идентифицируется по виду испускаемого им излучения, периоду полураспада и энергии излучения.

Радиоактивность бывает естественная и искусственная. Существует пять видов ионизирующего излучения:

1. Альфа излучение (или α-излучение) – самопроизвольное испускание атомными ядрами альфа-частиц (ядер атома гелия). Вес частиц составляет 4,0015 а. е. Энергия таких частиц находится в диапазоне от 4 до 9 МэВ основная её часть (≈98%) уносится α-частицей в виде её кинетической энергии. Оставшиеся 2% - это кинетическая энергия конечного ядра. Периоды полураспада альфа-излучателей изменяются в очень широких пределах: от 5^.10^-8 сек до 8^.10¹⁸ лет. Столь широкий разброс периодов полураспада, а также огромные значения этих периодов для многих альфа-радиоактивных ядер объясняется тем, что α-частица не может “мгновенно” покинуть ядро, несмотря на то, что это энергетически выгодно. Для того чтобы покинуть ядро, α-частица должна преодолеть потенциальный барьер - область на границе ядра, образующуюся за счёт потенциальной энергии электростатического отталкивания α-частицы и конечного ядра и сил притяжения между нуклонами. С точки зрения классической физики α-частица не может преодолеть потенциальный барьер, так как не имеет необходимой для этого кинетической энергии. Однако квантовая механика допускает такую возможность - α-частица имеет определенную вероятность пройти сквозь потенциальный барьер и покинуть ядро. Это квантовомеханическое явление называют “туннельным эффектом” или “туннелированием”. Сильная ионизация атомов становится причиной того, что альфа частицы очень быстро теряют свою энергию. Поэтому, альфа излучение безвредно при внешнем облучении и очень опасно при внутреннем облучении в силу локального выделения энергии при взаимодействии альфа-частиц с тканью. В итоге они не могут проникнуть даже через верхний слой кожных покровов. В этом случае риск радиационного излучения минимален. Наиболее эффективной защитой от него служит расстояние 2-3 см и более. Более того, от него можно защититься листом бумаги. Однако если такой вид излучения будет получен при использовании ускорителя, то ситуация меняется на противоположную. Происходит быстрый распад α-частиц и образование радионуклидов, представляющих довольно высокую опасность для человека. Даже микроскопической дозы хватит для возникновения лучевой болезни.

2. Бета излучение. Одним из типов радиоизлучения является β-излучение. При распаде неустойчивых атомных ядер происходит излучение элементарных частиц, имеющих заряд – электронов и позитронов, и незаряженных частиц – нейтрино и антинейтрино. Вместе с позитроном, имеющим положительный заряд, излучается нейтрино – β⁺-распад. С отрицательно заряженным электроном излучается антинейтрино – β^--распад. Энергия излучаемых β-частиц варьирует, так как при распаде энергия распределяется между вновь образованным дочерним ядром, β-частицами и нейтрино. Она колеблется от ноля до максимального значения, которое может составлять 0,015-0,05 МэВ, что соответствует мягкому излучению или 3-13,5 МэВ – жесткое излучение. В средах, молекулы которых содержат больше количество атомов, происходят процессы диссоциации, сопровождающиеся разрушением химических связей. Такие сложные химические и физические процессы под действием β-частиц происходят и в биологических тканях. Бета излучение обладает относительно низкой проникающей способностью (2-3 см. при внешнем облучении). Свободный пробег бета-частиц в воздухе составляет 15 см. Таким образом, бета излучение довольно опасно при внешнем излучении, если есть контакт с кожей. Однако оно более опасно при внутреннем облучении. Невысокая проникающая способность β-частиц обуславливает применение защитных средств: экранирование источника β-частиц пластинами плексигласа, алюминия, стекла; защита кожных покровов с помощью специального комбинезона из прорезиненной ткани; изолирование дыхательной системы с помощью противогаза; глаза защищают с помощью специальных очков.

3. Гамма излучение (γ-излучение) – электромагнитное излучение, принадлежащее наиболее высокочастотной (коротковолновой) части спектра электромагнитных волн. Условно верхней границей длин волн гамма-излучения, отделяющей его от рентгеновского излучения, можно считать величину 10^-10 м. При столь малых длинах волн первостепенное значение имеют корпускулярные свойства излучения. Гамма-излучение представляет собой поток частиц - гамма-квантов или фотонов, с энергиями Е = hν (h – постоянная Планка, равная 4.14·10^-15 эВ^.сек, ν – частота электромагнитных колебаний). Фотоны с энергиями Е > 10 кэВ относят к гамма-квантам. Частота гамма-излучения (> 3·10¹⁸ Гц) отвечает скоростям электромагнитных процессов, протекающих внутри атомных ядер и с участием элементарных частиц. Поэтому источниками гамма-излучения могут быть атомные ядра и частицы, а также ядерные реакции и реакции между частицами, в частности аннигиляция пар частица-античастица. Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, т. е. может проходить сквозь большие толщи вещества. Интенсивность узкого пучка моноэнергетических гамма-квантов падает экспоненциально с ростом проходимого им в веществе расстояния. Следовательно, данное излучение наиболее опасно при внешнем облучении. Защититься от гамма и рентгеновского излучения можно большим расстоянием, временем и экраном (используют бетонные стены, продукты переработки нефти).

4. Нейтронное излучение – это поток нейтронов. Оно возникает при ядерных реакциях (в ядерных реакторах, промышленных и лабораторных установках, при ядерных взрывах). Свободный нейтрон — это нестабильная, электрически нейтральная частица с временем жизни 885 сек. При упругих взаимодействиях возможна обычная ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов очень велика по причине отсутствия заряда и, как следствие, слабого взаимодействия с веществом. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии и состава атомов вещества, с которыми они взаимодействуют. Слой половинного ослабления лёгких материалов для нейтронного излучения в несколько раз меньше, чем для тяжёлых. Тяжёлые материалы, например металлы, хуже ослабляют нейтронное излучение, чем гамма-излучение. Условно нейтроны в зависимости от кинетической энергии разделяются на быстрые (до 10 МэВ), сверхбыстрые, промежуточные, медленные и тепловые. Нейтронное излучение обладает большой проникающей способностью. Медленные и тепловые нейтроны вступают в ядерные реакции, в результате могут образовываться стабильные или радиоактивные изотопы. Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородсодержащие материалы. Обычно применяют воду, парафин, полиэтилен. Кроме того, нейтронное излучение хорошо поглощается бором, бериллием, кадмием, графитом. Поскольку нейтронное излучение сопровождается гамма-излучением, необходимо применять многослойные экраны из различных материалов: свинец-полиэтилен, сталь – вода и т. д. В ряде случаев для одновременного поглощения нейтронного и гамма-излучений применяют водные растворы гидроксидов тяжёлых металлов, например, железа Fe(OH)₃.

3. Расчёт доз облучения

Существует множество подходов к расчёту доз облучения в зависимости от источника излучения и объекта облучения. Интерес данной работы представляет излучение, воздействующие на человека: непосредственно (внешнее облучение) и опосредованно (через пищу, воздух, воду – внутреннее облучение)

Поглощённая доза – это энергия ионизирующего излучения, которая передана единице массы вещества. Относительно человеческого тела – это энергия ионизирующего излучения, переданная единицы массы человеческого тела. Учитывая пересчёт всех видов излучений в гамма-излучение и различное восприятие различных органов человека для поглощённой дозы вводится единица измерения, которая называется Зиверт.

1 Зиверт (Зв) = 100 Рентген (Р).

Мощность дозы – это доза облучения, которая воспринимается в единицу времени (рентген в час).

4. Общие сведения о природных источниках ионизирующего излучения

Естественная радиация была в течении всего существования Вселенной: до появления человека, и даже нашей планеты. Радиоактивны все окружающие нас объекты: почва, вода, животные и растения. В зависимости от региона планеты меняется уровень естественной радиоактивности от 5 до 20 микрорентген в час. По устоявшемуся мнению, такой уровень радиации не опасен для человека и животных, хотя многие учёные утверждают, что радиация даже в малых дозах приводит к раку и мутациям. Однако в связи с тем, что мы не можем влиять на естественный радиоактивный фон, нужно стараться максимально уберечь себя от факторов, приводящих к значительному превышению допустимых значений.

Рис.1. Уровень радиации в салоне самолёта на высоте 10 000 м превышает естественный в 10 раз

Рис. 2. Вспышка на Солнце – один из источников «естественного» радиационного фона

Существует три основных источника естественной радиации:

1.Космическое излучение и солнечная радиация – это поток частиц с высокой энергией, которые падают на Землю из Космоса. Первичное космическое излучение состоит из протонов (~92 %), α-частиц (~7 %), ядер Li, Be, C, N, O (~0,8 %) и других с более высоким массовым числом (~0,2 %). Космическое излучение является следствием различных ядерных процессов, которые происходят в недрах звёзд и в ядрах галактик. Часть потока космического излучения обусловлена процессами на Солнце. Если солнечная активность увеличивается, то возрастает и интенсивность космического излучения.

При взаимодействии первичного космического излучения с атомами земной атмосферы образуется вторичное космическое излучение, которое состоит из гамма-излучения, электронов, протонов и мезонов. При приближении к земной поверхности интенсивность первичного космического излучения уменьшается, а интенсивность вторичного излучения возрастает, достигая максимума на высотах 20-30 км, и, затем снижаясь вследствие преобладания процессов поглощения излучения над процессами его генерации. На уровне моря вторичное космическое излучение состоит в основном из электронов и мезонов.