Министерство общего и профессионального образования Свердловской области

Управление образование Орджоникидзевского района г. Екатеринбурга

Муниципальное образовательное учреждение №100

Направление: Научно-техническое

Предмет: Физика

Исследовательский проект

Радиационное излучение и его проявление в Сверловской области и городе Екатеринбурге.

Исполнитель: Неуймин Коля

ученик 11 класса

Карпухина Оля

Малиновский Андрей

Хуриленко Оля

ученики 10 класса

Руководитель: Шихова Л.В.

учитель I категории

Екатеринбург 2005

Содержание

Введение. 3

Глава I. 5

I.1. История открытия радиации. 5

I.2. Радиоактивное излучение и его виды 6

I.3. Закон радиоактивного распада. Правила смещения. 8

I.3.1. Закономерности α-распада 10

I.3.2. β-Распад. Нейтрино 12

I.4. Гамма-излучение и его свойства 15

I.5. Цепная реакция деления 18

I.6. Ядерные реакторы 20

I.7. Термоядерные реакции 24

I.8. Биологическое действие излучения 31

I.9. Действие ядерных излучений на структуру вещества. 34

I.10. Естественная радиоактивность в природном цикле существования Земли. 43

I.10.1. Естественные источники радиации. 44

I.10.2. ДРУГИЕ ИСТОЧНИКИ РАДИАЦИИ. 46

Глава II. 47

II. Анализ радиационного загрязнения на территории Свердл. Обл. 47

Глава 3 57

Влияние радиоактивного загрязнения здоровье населения и его последствия. 57

Практическая часть 61

Приложение 67

Заключение 74

Список литературы 75

Введение.

Физика – это наука о строении и свойствах материи, о формах её движения и изменения, об общих закономерностях явлений природы. Эта наука изменила всю нашу жизнь. Она внедрила новые технологии, которые помогают прогрессу.

Академия наук в Стокгольме 10 декабря 1903 года публично объявила о присуждении Нобелевской премии по физике супругам Кюри за открытие в области радиоактивности.

Никто из Кюри не присутствовал на заседании. От их имени французский посол принял из рук короля диплом и золотые медали. Открытие свое они совершили в сарае с протекающей крышей. В те дни газеты писали: "...За Пантеоном, на узкой и безлюдной улице, какие изображаются на офортах, иллюстрирующих старинные и мелодраматические романы, улице Ломон, среди темных потрескавшихся домов, у шаткого тротуара стоит жалкий дощатый сарай - это Городской институт физики и химии. Земляной бугристый пол, покрашенные известкой стены, крыша из дранки, слабый свет, проникающий сквозь запыленные окна. Вот это и есть место открытия радиоактивности". Теперь, спустя столько времени, нам, живущим на пороге XXI века (одной ногой мы уже перешагнули его), трудно представить свою жизнь без открытия супругов Кюри. Они, после получения блестящих результатов, хорошо изучив свое новорожденное дитя, честно и открыто предупредили человечество о зле, которое может порождать их открытие.

Сразу скажем, что человечество не слушает ученых мужей. Пример тому атомная бомба и чернобыльская авария. Ученые редко что-то изобретают во вред человечеству. У них всегда благие намерения. Но политики для достижения своих личных целей. Поэтому я решил изучить радиационную обстановку на Среднем Урале и непосредственно на территории Орджоникидзевского района. Тема радиоактивного загрязнения сейчас очень актуальна. Свои исследования я изложил в данном реферате.

Цель исследования: проанализировать радиоактивную обстановку.

Предмет исследования: радиоактивное излучение.

Исходя из поставленной выше цели при создании данного реферата я поставил следующие задачи:

1. Изучить и проанализировать литературу по данной теме.

2. Изучить принцип действия радиационных приборов.

3. Проанализировать радиационную обстановку в области и в городе.

4. Сделать сравнительный анализ радиационной обстановки разных районах города Екатеринбурга.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:

1. Изучение правительственных документов по вопросам радиационной обстановки.

2. Изучение и анализ литературы по физике, относящеюся к к объекту предмету исследования.

3. Физический эксперимент.

Глава I.

I.1. История открытия радиации.

РАДИОАКТИВНОСТЬ - самопроизвольное превращение атомов одного элемента в атомы других элементов, сопровождающееся испусканием частиц и жесткого электромагнитного излучения.

Весной 1896 французский физик А. Беккерель сделал ряд сообщений об обнаружении им нового вида излучения (впоследствии названном радиоактивным), которое испускается солями урана. Подобно открытым за несколько месяцев до этого рентгеновским лучам, оно обладало проникающей способностью, засвечивало экранированную черной бумагой фотопластинку и ионизировало окружающий воздух. Гипотеза, которая привела к открытию радиоактивности, возникла у Беккереля под влиянием исследований Рентгена. Поскольку при генерации Х-лучей наблюдалась фосфоресценция стеклянных стенок рентгеновской трубки, Беккерель предположил, что любое фосфоресцентное свечение сопровождается испусканием рентгеновского излучения. Для проверки этого предположения он поместил различные фосфоресцирующие вещества на завернутые в черную бумагу фотопластинки и получил неожиданный результат: засвеченной оказалась единственная пластинка, с которой соприкасался кристалл соли урана. Многочисленные контрольные опыты показали, что причиной засветки явилась не фосфоресценция, а именно уран, в каком бы химическом соединении он ни находился. Свойство радиоактивного излучения вызывать ионизацию воздуха позволило наряду с фотографическим методом регистрации применять более удобный электрический метод, что значительно ускорило процесс исследований.

Пользуясь электрическим методом, Г. Шмидт и М. Кюри в 1898 обнаружили радиоактивность элемента тория. В следующем году Дебьерн открыл радиоактивный элемент актиний. Начатый супругами П. и М. Кюри систематический поиск новых радиоактивных веществ и изучение свойств их излучения подтвердили догадку Беккереля о том, что радиоактивность урановых соединений пропорциональна числу содержащихся в них атомов урана. Среди обследованных минералов эту закономерность нарушала лишь урановая смоляная руда (уранинит), которая оказалась в четыре раза активнее, чем соответствующее количество чистого урана. Кюри сделали вывод о том, что в уранините должен содержаться неизвестный высокоактивный элемент. Проведя тщательное химическое разделение уранинита на составляющие компоненты, они открыли радий, по химическим свойствам сходный с барием, и полоний, который выделялся вместе с висмутом.

В дальнейших исследованиях радиоактивности ведущая роль принадлежала Э. Резерфорду. Сосредоточив внимание на изучении этого явления, он установил природу радиоактивных превращений и сопутствующего им излучения.

I.2. Радиоактивное излучение и его виды

Французский физик А. Беккерель (1852-1908) в 1896 г. при изучении люминесценции солей урана случайно обнаружил самопроизвольное испускание ими излучения неизвестной природы, которое действовало на фотопластинку, ионизировало воздух, проникало сквозь тонкие металлические пластинки, вызывало люминесценцию ряда веществ. Продолжая исследование этого явления, супруги Кюри - Мария (1867 - 1934) и Пьер - обнаружили, что беккерелевское излучение свойственно не только урану, но и многим другим тяжелым элементам, таким, как торий и актиний. Они показали также, что урановая смоляная обманка (руда, из которой добывается металлический уран) испускает излучение интенсивностью, во много раз превышающей интенсивность излучения урана. Таким образом, удалось выделить два новых элемента — носителя бекксрелевского излучения: полоний (210/84Ро) и радий (226/88Ra).

Обнаруженное излучение было названо радиоактивным излучением, а само явление—испускание радиоактивного излучения — радиоактивностью.

Дальнейшие опыты показали, что на характер радиоактивного излучения препарата не оказывают влияния вид химического соединения, агрегатное состояние, механическое давление, температура, электрические и магнитные поля, т. е. все те воздействия, которые могли бы привести к изменению состояния электронной оболочки атома. Следовательно, радиоактивные свойства элемента обусловлены лишь структурой его ядра.

В настоящее время под радиоактивностью понимают способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Радиоактивность подразделяется па естественную (наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную (наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций). Принципиального различия между этими двумя типами радиоактивности нет, так как законы радиоактивного превращения в обоих случаях одинаковы.

Радиоактивное излучение имеет сложный состав. В магнитном поле узкий пучок радиоактивного излучения расщепляется на три компонента:

1) слабо отклоняемый пучок положительных частиц (α-излучение);

2) сильно отклоняемый пучок отрицательных частиц (β-излучение);

3) не-отклоняемый пучок (γ-излучение). Подробное исследование этих компонентов позволило выяснить их природу и основные свойства.

α-Частицы отклоняются электрическим и магнитным нолями, обладают высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью I (например, поглощаются слоем алюминия толщиной примерно 0,05 мм), Излучение представляет собой поток ядер гелия; заряд α-частицы равен +2е, а масса совпадает с массой ядра изотопа гелия 4/2Не. По отклонению α-частиц в электрическом и магнитном полях был определен их удельный заряд , значение которого подтвердило правильность представлений об их природе.

β-Частицы отклоняются электрическим и магнитным полями; их ионизирующая способность значительно меньше (примерно на два порядка), а проникающая способность гораздо больше (поглощаются слоем алюминия толщиной примерно 2 мм), чем у α-частиц. β-Излучение представляет собой ноток быстрых электронов, вытекает из определения их удельного заряда).

γ-Излучсние не отклоняется электрическим и магнитным нолями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью (например, проходит через слой свинца толщиной 5 см), при прохождении через кристаллы обнаруживает дифракцию. γ-Излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны м и вследствие этого — ярко выраженными корпускулярными свойствами, т. е. является потоком частиц — -γ-квантов (фотонов).

I.3. Закон радиоактивного распада. Правила смещения.

I Под радиоактивным распадом, или просто распадом, понимают естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским, возникающее ядро — дочерним.

Теория радиоактивного распада строится на предположении о том, что радиоактивный распад является спонтанным процессом, подчиняющимся законам статистики. Ввиду самопроизвольное и радиоактивного распада можно считать, что число ядер d/V, распавшихся в среднем за интервал времени от t до t + dt, пропорционально промежутку времени dt и числу N не распавшихся ядер к моменту времени t:

dN = -λNdt, (1)

где λ — постоянная для данного радиоактивного вещества величина, называемая постоянной радиоактивного распада; знак минус указывает, что общее число радиоактивных ядер в процессе распада уменьшается,

Разделив переменные и интегрируя:

получим

где — начальное число не распавшихся ядер (в момент времени t = 0), N — число не распавшихся ядер в момент времени t. Формула выражает закон радиоактивного распада, согласно которому число не распавшихся ядер убывает со временем по экспоненте.

Интенсивность процесса радиоактивного распада характеризуют две величины: период полураспада и среднее время жизни t радиоактивного ядра. Период полураспада — промежуток времени, за который в среднем число не распавшихся ядер уменьшается вдвое. Тогда

.

Периоды полураспада для естественно-радиоактивных 'элементов колеблются от десятимиллионных долей секунды до многих миллиардов лет.