| Головна |
| « Попередня | Наступна » | |
7.1.5.3.Елементи радіо екології. Ядерне випромінювання. |
||
|
У природі існує всього 265 стабільних нуклідів і близько 1500 нестабільних. До першої групи належать нукліди, ядра атомів яких можуть існувати нескінченно довго без змін; до другої групи - нестабільні нукліди, ядра атомів яких здатні перетворюватися на ядра інших радіонуклідів з випусканням різних частинок. Нестабільні нукліди називаються також радіоактивними, а процес їх перетворення - радіоактивним розпадом. Ядра радіоактивних нуклідів розпадаються, як правило, не відразу після свого утворення, а через деякий час. До свого розпаду ядро нічим не проявляє своєї нестійкості - в усіх відношеннях воно поводиться подібно ядрам стабільних нуклідів і є центром нормального атома. Але в якийсь момент часу раптово відбувається акт розпаду - з ядра вилітає та чи інша частинка (або частки), ядро змінює свої характеристики і відповідно змінюється структура електронних оболонок атома. Для кожного окремого ядра передбачити заздалегідь момент розпаду абсолютно неможливо. Встановлено, що час життя ядра не залежить від його історії: ядро, що проіснувало до даного моменту вже досить багато часу, може прожити ще довго, а щойно утворилося ядро може відразу розпастися. На швидкість радіоактивного розпаду не можна вплинути зовнішніми чинниками - тиском, температурою і ін Мимовільний, або спонтанний радіоактивний розпад є однією з найбільш важливих його особливостей. Хоча всі ядра будь-якого радіоактивного нукліда "живуть" різний час від моменту утворення до моменту розпаду, для кожного радіоактивної речовини існує цілком визначене, середній час життя його ядер. Якщо кожне ядро в середньому існує протягом?, То за дуже малий проміжок часу dt ймовірність розпаду ядра dw = dt /?. Значить, якщо в зразку в даний момент часу є N ядер, то за проміжок часу dt їх число зменшиться на dN =-N dt /? ядер (Знак "-" говорить про зменшення числа ядер). Ця формула в математичній формі у вигляді диференціального рівняння виражає основний закон радіоактивного розпаду. На практиці поряд з величинами? і? часто користуються третім завбільшки, званої періодом напіврозпаду. Період напіврозпаду, що позначається T1 / 2 - це час, протягом якого кількість ядер даного радіонукліда в зразку зменшується в 2 рази. В одиницях Сі значення? і Т1 / 2 виражаються в секундах, а? у зворотних секундах (с-1). На практиці часто користуються позасистемними одиницями часу: хвилина, година, доба, рік, які при розрахунках треба переводити в секунди. Важливою характеристикою розпаду є активність - фізична величина, яка вимірюється числом відбуваються розпадів, віднесених до одиниці часу. З основного закону радіоактивного розпаду випливає, що активність:
Відповідно з визначенням активність вимірюється числом розпадів в 1с. Одиниця активності в СІ-це бекерель (Бк); 1 Бк дорівнює активності нукліда в радіоактивному джерелі, в якому відбувається 1 акт розпаду за 1с. До введення СІ застосовувалися інші одиниці активності: кюрі (Кі) і Резерфорд (Рд). Активність джерела дорівнює 1 Кі, якщо в ньому за 1 с відбувається 3,7.1010 розпадів; тобто 1 Ки = 3.7.1010 Бк. Одиниця активності кюрі отримала дуже широке поширення на практику та її тимчасове використання було дозволено навіть і після введення СІ. Відзначимо, що 1 г чистого радію має активність, приблизно рівну 1 Кі. Після відкриття радіоактивного розпаду було виявлено, що різні ядра розпадаються з випусканням різних частинок. Розрізняють три основних види розпаду, що позначаються грецькими буквами?,?,?: ? - Розпад-ядерне перетворення, при якому з ядра вилітає? - Частка, яка є ядром атома основного ізотопу гелію 42Не. Встановлено, що чим більше енергії? - Розпаду, тим швидше він відбувається. ? - Розпад - група перетворень атомних ядер, при яких один нейтрон в ядрі перетворюється на протон (або протон перетворюється в нейтрон); при цьому змінюється заряд ядра, але загальна кількість нуклідів в ньому залишається колишнім. За певних умов ядра зможуть випускати? - Кванти, які є фотонами, аналогічними фотонам видимого світла, тільки з меншою довжиною хвилі. Так, якщо довжина хвилі фотонів із середньої частини спектра видимого світла приблизно дорівнює 5.10-7 м, то довжини хвиль? - Квантів виявляються порядку 10-10 ... 10-12 м або ще менше. Тому енергії? - Квантів в сотні або навіть мільйони разів більше енергії фотонів видимого світла, тобто від 10 кеВ до 10 МеВ і вище. Таким чином, потоки випускаються при радіоактивному розпаді частинок називають радіоактивним випромінюванням. Але радіоактивний розпад - не єдине джерело швидких частинок. Встановлено, що всі космічний простір пронизують потоки різних частинок: протонів,? - Частинок, ядер більш важких елементів, електронів і фотонів, енергії яких часом досягають колосальних значень - аж до 1020еВ (нагадаємо, що 1Дж = 6,24. Передана речовині енергія витрачається на збудження і іонізацію атомів середовища. Тому ядерне випромінювання - одна з різновидів іонізуючого випромінювання (до якого відносяться також ультрафіолетове випромінювання, промені Рентгена і деякі інші види випромінювань). Іонізація речовини призводить до ефектів, більш прийнятною людиною безпосередньо його органами почуттів, - потемніння фотопластинки, появі електричних імпульсів у різних приладах і т.п., що лежить в основі всіх методів реєстрації ядерного випромінювання. Деякі з цих ефектів, що відбуваються під дією випромінювання в живих організмах і екосистемах, можуть суттєво змінити або порушити процеси життєдіяльності. Тому дослідження ядерного випромінювання геосистем має широкий вихід в практику інших різних дисциплін: ландшафтознавства та ін При взаємодії з атомними електронами пролетающая заряджена частка передає їм частину своєї енергії, в результаті чого відбувається збудження або іонізація атома. У процесі іонізації завжди народжуються два іона: негативний - полетів електрон і позитивний - частина, що залишилася атома.
Іонізуючого випромінювання геосистем
Іонізуючі випромінювання геосистем обумовлені існуванням декількох джерел, серед яких виділяють такі основні види: 1) природне (природне) випромінювання; 2) випромінювання навколишнього середовища від штучних радіонуклідів. Природні радіонукліди - звичайна складова частина речовини геосистеми, а природний радіаційний фон, що призводить до опромінення будь-якого об'єкту в зовнішньому середовищі, - один з екологічних чинників, що впливають на все живе на Землі. Живі організми піддаються безперервному впливу іонізуючих випромінювань від різних природних джерел. По вкладу в сумарне опромінення рослин, тварин і людини в сучасний період природний радіаційний фон перевершує багато інші джерела. Потужність іонізуючих випромінювань від природних джерел змінюється в різних геосистемах і навіть на обмежених ділянках окремих геосистем в широких межах. Розміри цих коливань становлять великий інтерес, так як вони обумовлені відмінностями внутрішньої структури геосистеми. Інтерес до вивчення поширення природних радінуклідов в геосистемах і до оцінки природного радіаційного фону пов'язаний з необхідністю вивчення мінливості енергетичних характеристик геосистем, наслідків опромінення рослин, тварин і людини від вступників в геосистеми штучних радіоактивних речовин, росту використання в разлічхи сферах господарської діяльності людини іонізуючих випромінювань, а також технологічного підвищення радіаційного фону. Порівнювати зростання фону іонізуючих випромінювань в результаті надходження в геосистеми радіонуклідів доцільно шляхом зіставлення цього приросту з природним фоном. При такому порівнянні правомірно допустити, що в процесі еволюції в геологічно тривалий час всі живі організми, включаючи людину, могли виробити механізми адаптації до дії природного фону. У біосфері Землі зустрічається більш 60 природних радіонуклідів, які можна розділити на дві категорії: первинні і космогенні. Первинні природні радіонукліди, в свою чергу, можуть бути розділені на дві групи: 1) радіонукліди, що знаходяться поза радіоактивних рядів, включаючи продукти спонтанного розподілу важких ядер; 2) радіонукліди урано-радієвого, актініевого та торієвого рядів. У першу групу входять 11 радіоізотопів елементів, що знаходяться в різних місцях Періодичної таблиці Д. І. Менделєєва і що характеризуються тривалими періодами напіврозпаду - від 107 до 1015 років. Деякі з них за походженням пов'язані зі спонтанним діленням урану in situ. Вважають, що містяться в оболонці Землі радіонукліди були утворені в період її формування як планети. Другу групу складають 32 знаходяться в біосфері радіонукліда - продуктів розпаду довгоживучих ізотопів урану і торію. Космогенние радіонукліди утворюються в основному в результаті взаємодії космічного випромінювання з речовиною атмосфери і меншою мірою з речовиною твердих оболонок Землі. Після утворення в атмосфері, космогенні радіонукліди надходять на земну поверхню з атмосферними опадами, взаємодіють у газоподібному формі з компонентами геосистем або, сорбируясь на твердих частках в атмосфері, осідає з ними на Землю. Розподіл джерел іонізуючих випромінювань в компонентах геосистем Грунтовий покрив. Присутність природних радіонуклідів у грунтах забезпечує їх надходження в рослини, тварин, повітря і воду, а потім по ланцюжку їжа - людина - накопичення в організмі людини і пов'язане з цим опромінення. Вміщені в грунтовому покриві радіонукліди - один з основних компонентів природного радіаційного фону геосистем. Природні радіонукліди можна розділити на три групи: 1) Радіонов-кліди, період напіврозпаду яких порівняємо з віком Землі (наприклад, 40К, 232Th, 238U), 2) продукти розпаду урано-радієвого та торієвого рядів ; 3) радіонукліди, що утворилися в результаті взаємодії космічного випромінювання з речовиною. Залежно від концентрації в гірських породах - джерелі радіоактивних речовин для грунтів - вміст їх в грунтах може змінюватися в 1000 разів. Найбільш високі концентрації природних радіонуклідів характерні для кислих магматичних порід і важких за механічним складом глинистих порід, а низькі - для уламкових типу пісків, пісковиків і базальтів. Зміст первинних природних радіонуклідів, як правило, вище в вивержених породах типу гранітів і діоритів в порівнянні з осадовими, хоча в осадових породах (вугіллі, горючих сланцях), що містять органічні залишки, концентрації первинних радіонуклідів досить високі. Зміст і розподіл первинних радіонуклідів у грунтах залежать від біохімічних особливостей їх міграції: концентрації цих радіонуклідів менше в грунтах, що характеризуються вираженим перебігом елювіального процесу і гідроморфних режимом (грунти підзолистого ряду). У грунтах аридних областей та регіонів з помірним зволоженням (сірі лісові грунти, чорноземи, сіроземи) концентрація первинних радіонуклідів вище. Природні води. Концентрації природних радіонуклідів в природних водах змінюється в досить широких межах залежно від генезису вод, їх фізико-хімічного складу і т.п. У дощовій воді серед радіонуклідів, що утворюються в результаті впливу космічного випромінювання, в невеликих концентраціях присутні 3Не, 7Ве короткоживучі 38СI і 39Сl.
Таблиця 5. Середня концентрація радіонуклідів космічного походження в дощовій воді Радіонуклід Т1 / 2 Концентрація, пКи / л Радіонуклід Т1 / 2 Концентра- ція, пКи / л 3Н 12,3 ч 10 ... 20 32Р 14,3 сут 0,6 7Ве 53 сут 10 ... 50 33р 25 сут 0,2 22Na 2,6 року 0,02 35S 87 сут 0,9 24Na 15,0 год 0,1 38S 2,9 год 2 28Mg 21,2 год 0,02 34Cl 32,0 хв 0,3 31Si 2,6 год 0,1 38Cl 37, 3 хв 15 32Si 700 років 0,0002 39Cl 55,5 хв 15 З радіонуклідів уранарадіевого ряду найбільшою концентрацією в природних водах характеризуються 222Ph з дочірніми продуктами (210Рв, 210Po) і 226Ra; концентрація радіонуклідів торієвого сімейства менше. У питній воді середній вміст природних радіонуклідів (пКи / л) становить: 3Не-5, 40К-5, 210Ро-0, 01, 210Рв-0, 02, 238U-0, 05. Атмосфера: Генезис природних радіонуклідів в атмосфері різний: вони можуть надходити в повітря з грунту або утворюватися при взаємодії космічних випромінювань (нейтронної компоненти) з речовиною повітря. Найбільш важливі природні радіонукліди, що містяться в атмосфері, - радіонукліди радону: 220Rn (торон) і 222Rn та їх дочірні продукти розпаду. Концентрація радіоізотопів радону, що надходять в приземний шар атмосфери з грунту, залежить від вмісту в ній материнських нуклідів (224Ra і 226Ra), а також екологічних факторів (вологість грунту, атмосферний тиск, температура та ін.). Залежно від географічних умов концентрації радону в приземному шарі повітря може варіювати в досить широких межах; в середньому вміст 220Rn і 222Rn становить 100пКі/м.куб. У приводному шарі повітря вона помітно менше, а в будівлях - значно вище (400 мКи / м.куб). Основне джерело дочірніх продуктів розпаду 222Rn (210Pв і 210Po в атмосфері) - виділення 222Rn із земної кори, рівне 0,6 мки / рік. Тетраетилсвинець, спалювані органічні палива та інші джерела забезпечують надходження 222Rn в атмосферу в кількості декількох кілокюрі на рік. В умовах рівноваги в атмосфері повинне міститися близько 20 мКи 210Pb і 210Ро. Однак внаслідок вимивання і осадження тропосферних аерозолів на Землю випадає близько 50 кКи 210Pb і 5кКі 210Ро. Концентрація 210Pb і 210Ро в приземному шарі повітря досягає максимуму в помірних широтах північної півкулі, де вона дорівнює відповідно 14 і 3,3 ФКІ / м.куб.
|
||
| « Попередня | Наступна » | |
|
|
||
Інформація, релевантна "7.1.5.3.Елементи радіо екології. Ядерне випромінювання." |
||
|
||