что такое радиоактивность определение
РАДИОАКТИВНОСТЬ
Полезное
Смотреть что такое «РАДИОАКТИВНОСТЬ» в других словарях:
радиоактивность — радиоактивность … Орфографический словарь-справочник
РАДИОАКТИВНОСТЬ — (от лат. radio излучаю, radius луч и activus действенный), способность нек рых ат. ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в др. ядра с испусканием ч ц. К радиоактивным превращениям относятся: альфа распад, все виды бета распада (с… … Физическая энциклопедия
РАДИОАКТИВНОСТЬ — РАДИОАКТИВНОСТЬ, свойство нек рых хим. элементов самопроизвольно превращаться в другие элементы. Это превращение или радиоактивный распад сопровождается выделением энергии в виде различных корпускулярных и лучистых радиации. Явление Р. было… … Большая медицинская энциклопедия
Радиоактивность — (от радио. и латинского activus деятельный), свойство атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) изменять свой состав (заряд ядра Z, число нуклонов A) путем испускания элементарных частиц, g квантов или ядерных фрагментов. Некоторые из… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Радиоактивность — способность некоторых атомных ядер самопроизвольно распадаться с испусканием элементарных частиц и образованием ядра другого элемента. Р. урана была впервые открыта Беккерелем в 1896 г. Несколько позднее М. и П. Кюри и Резерфордом было доказано… … Геологическая энциклопедия
РАДИОАКТИВНОСТЬ — Свойство некотор. тел испускать особого рода невидимые лучи, отличающиеся особыми свойствами. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. радиоактивность (радио. + лат. acti vus деятельный) радиоактивный… … Словарь иностранных слов русского языка
радиоактивность — сущ., кол во синонимов: 1 • гамма радиоактивность (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
Радиоактивность — самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы обычно другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер (альфа и бетα излучение), а также гаммα излучением. Бывает естественной и… … Морской словарь
Радиоактивность — свойство нестабильных атомных ядер (радиоактивных изотопов) превращаться в стабильные, сопровождающееся ионизирующим излучением. Различают естественную Р. (природных изотопов) и искусственную наведённую радиоактивность. Понятие Р. связано с… … Словарь черезвычайных ситуаций
РАДИОАКТИВНОСТЬ — РАДИОАКТИВНОСТЬ, процесс распада ядра РАДИОИЗОТОПА, например, урана 238, обычно с выделением АЛЬФА ЧАСТИЦ (ядра гелия) или БЕТА ЧАСТИЦ (ЭЛЕКТРОНЫ), часто сопровождается ГАММА ИЗЛУЧЕНИЕМ. В процессе альфа или бета распада радиоизотоп превращается… … Научно-технический энциклопедический словарь
Радиоактивность
Радиация – основные определения.
Что такое радиация?
Термин «радиация» происходит от лат. radius — луч, и в самом широком смысле охватывает все виды излучений вообще. Видимый свет и радиоволны – тоже, строго говоря, радиация, но принято подразумевать под радиацией только ионизирующие излучения, то есть те, взаимодействие которых с веществом приводит к образованию в нем ионов.
Различают несколько видов ионизирующих излучений:
— альфа-излучение – представляет собой поток ядер гелия
— бета-излучение – поток электронов или позитронов
— гамма-излучение – электромагнитное излучение с частотой порядка 10^20 Гц.
— рентгеновское излучение – также электромагнитное излучение с частотой порядка 10^18 Гц.
— нейтронное излучение – поток нейтронов.
Что такое альфа-излучение?
Это тяжелые положительно заряженные частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов, крепко связанных между собой. В природе альфа-частицы возникают в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. В воздухе альфа-излучение проходит не более пяти сантиметров и, как правило, полностью задерживается листом бумаги или внешним омертвевшим слоем кожи. Однако если вещество, испускающее альфа-частицы, попадает внутрь организма с пищей или вдыхаемым воздухом, оно облучает внутренние органы и становится потенциально опасным.
Что такое бета-излучение?
Электроны либо позитроны, которые значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь тела на несколько сантиметров. От него можно защититься тонким листом металла, оконным стеклом и даже обычной одеждой. Попадая на незащищенные участки тела, бета-излучение оказывает воздействие, как правило, на верхние слои кожи. Если вещество, испускающие бета-частицы, попадет в организм, оно будет облучать внутренние ткани.
Что такое нейтронное излучение?
Поток нейтронов, нейтрально заряженных частиц. Нейтронное излучение образуется в процессе деления атомного ядра и обладает высокой проникающей способностью. Нейтроны можно остановить толстым бетонным, водяным или парафиновым барьером. К счастью, в мирной жизни нигде, кроме как непосредственно вблизи ядерных реакторов, нейтронное излучение практически не существует.
Что такое гамма-излучение?
Электромагнитная волна, несущая энергию. В воздухе оно может проходить большие расстояния, постепенно теряя энергию в результате столкновений с атомами среды. Интенсивное гамма-излучение, если от него не защититься, может повредить не только кожу, но и внутренние ткани.
Существует ли место без радиации вообще?
Практически нет. Радиация — древний фактор окружающей среды. Существует множество естественных источников излучения: это природные радионуклиды, содержащиеся в земной коре, строительных материалах, воздухе, пище и воде, а также космические лучи. В среднем они определяют более чем 80% годовой эффективной дозы, получаемой населением, в основном вследствие внутреннего облучения.
Что такое радиоактивность?
Радиоактивность – свойство атомов какого-либо элемента самопроизвольно превращаться в атомы других элементов. Этот процесс сопровождается ионизирующим излучением, т.е. радиацией.
В чем измеряется радиация?
С учетом того, что «радиация» сама по себе измеримой величиной не является, существуют различные единицы для измерения различных видов излучений, а также загрязнения.
Отдельно используются понятия поглощенной, экспозиционной, эквивалентной и эффективной дозы, а также понятие мощности эквивалентной дозы и фона.
Кроме того, для каждого радионуклида (радиоактивного изотопа элемента) измеряется активность радионуклида, удельная активность радионуклида и период полураспада.
Что такое поглощенная доза и в чем она измеряется?
Доза, поглощённая доза (от греческого — доля, порция) – определяет величину энергии ионизирующего излучения, поглощённую облучаемым веществом. Характеризует физический эффект облучения в любой среде, включая биологическую ткань, и часто рассчитывается на единицу массы этого вещества.
Измеряется в единицах энергии, которая выделяется в веществе (поглощается веществом) при прохождении через него ионизирующего излучения.
Единицы измерения рад, грэй.
Рад (rad – сокращение от radiation absorbed dose) — внесистемная единица поглощённой дозы. Соответствует энергии излучения 100 эрг, поглощённой веществом массой 1 грамм
1 рад = 100 эрг/г = 0,01 Дж/кг = 0,01 Гр = 2,388 x 10-6 кал/г
При экспозиционной дозе в 1 рентген поглощённая доза в воздухе будет 0,85 рад (85 эрг/г).
Грэй (Гр.) — единица поглощённой дозы в системе единиц СИ. Соответствует энергии излучения в 1 Дж, поглощённой 1 кг вещества.
1 Гр. = 1 Дж/кг = 104 эрг/г = 100 рад.
Что такое экспозиционная доза и в чем она измеряется?
Экспозиционная доза определяется по ионизации воздуха, то есть по суммарному заряду ионов, образовавшихся в воздухе при прохождении через него ионизирующего излучения.
Единицы измерения рентген, кулон на килограмм.
Рентген (Р) — внесистемная единица экспозиционной дозы. Это такое количество гамма- или рентгеновского излучения, которое в 1 см3 сухого воздуха (имеющего при нормальных условиях вес 0,001293 г) образует 2,082 х 109 пар ионов. При пересчёте на 1 г воздуха это составит 1,610 х 1012 пар ионов или 85 эрг/г сухого воздуха. Таким образом физический энергетический эквивалент рентгена равен 85 эрг/г для воздуха.
1 Кл/кг — единица экспозиционной дозы в системе СИ. Это такое количество гамма- или рентгеновского излучения, которое в 1 кг сухого воздуха образует 6,24 х 1018 пар ионов, которые несут заряд в 1 кулон каждого знака. Физический эквивалент 1 Кл/кг равен 33 Дж/кг (для воздуха).
Соотношения между рентгеном и Кл/кг следующие:
1 Р = 2,58 х 10-4 Кл/кг — точно.
1 Кл/кг = 3,88 х 103 Р — приблизительно.
Что такое эквивалентная доза и в чем она измеряется?
Эквивалентная доза равна поглощенной дозе, рассчитанной для человека с учётом коэффициентов, учитывающих различную способность разных видов излучения повреждать ткани организма.
Например, для рентгеновского, гамма, бета-излучения, этот коэффициент (его называют коэффициент качества излучения) равен 1, а для альфа-излучения – 20. То есть при одной и той же поглощенной дозе альфа-излучение нанесет организму в 20 раз больший вред, чем, например гамма-излучение.
Единицы измерения бэр и зиверт.
Бэр — биологический эквивалент рада (ранее — рентгена). Внесистемная единица измерения эквивалентной дозы. В общем случае:
1 бэр = 1 рад * К = 100 эрг/г * К = 0,01 Гр * К = 0,01 Дж/кг * К = 0,01 Зиверт,
где К – коэффициент качества излучения, см. определение эквивалентной дозы
Для рентгеновского, гамма-, бета-излучений, электронов и позитронов, 1 бэр соответствует поглощённой дозе в 1 рад.
1 бэр = 1 рад = 100 эрг/г = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг = 0,01 Зиверт
Учитывая, что при экспозиционной дозе в 1 рентген воздух поглощает примерно 85 эрг/г (физический эквивалент рентгена), а биологическая ткань примерно 94 эрг/г (биологический эквивалент рентгена), можно считать с минимальной погрешностью, что экспозиционная доза в 1 рентген для биологической ткани соответствует поглощённой дозе в 1 рад и эквивалентной дозе в 1 бэр (для рентгеновского, гамма-, бета-излучений, электронов и позитронов), то есть, грубо говоря — 1 рентген, 1 рад и 1 бэр — это одно и то же.
Зиверт (Зв) — единица эквивалентной и эффективной эквивалентной доз в системе СИ. 1 Зв равен эквивалентной дозе, при которой произведение величины поглощённой дозы в Грэях (в биологической ткани) на коэффициент К будет равно 1 Дж/кг. Иными словами, это такая поглощённая доза, при которой в 1 кг вещества выделяется энергия в 1 Дж.
В общем случае:
1 Зв = 1 Гр * К = 1 Дж/кг * К = 100 рад * К = 100 бэр * К
При К=1 (для рентгеновского, гамма-, бета-излучений, электронов и позитронов) 1 Зв соответствует поглощённой дозе в 1 Гр:
1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад = 100 бэр.
Эффективная эквивалентная доза равно эквивалентной дозе, рассчитанной с учётом разной чувствительности различных органов организма к облучению. Эффективная доза учитывает не только, что различные виды излучений обладают разной биологической эффективностью, но и то, что одни части тела человека (органы, ткани) более чувствительны к излучению, чем другие. Например, при одинаковой эквивалентной дозе возникновение рака легких более вероятно, чем рака щитовидной железы. Таким образом, эффективная доза отражает суммарный эффект облучения человека с точки зрения отдаленных последствий.
Для расчета эффективной дозы эквивалентную дозу, полученную конкретным органом, тканью, умножают на соответствующий коэффициент.
Для всего организма этот коэффициент равен 1, а для некоторых органов имеет следующие значения:
костный мозг (красный) — 0,12
щитовидная железа — 0,05
лёгкие, желудок, толстый кишечник — 0,12
гонады (яичники, семенники) — 0,20
кожа — 0,01
Для оценки полной эффективной эквивалентной дозы, полученной человеком, рассчитывают и суммируют указанные дозы для всех органов.
Единица измерения та же, что и у эквивалентной дозы – «бэр», «зиверт»
Что такое мощность эквивалентной дозы, и в чем она измеряется?
Доза, полученная в единицу времени, называется мощностью дозы. Чем больше мощность дозы, тем быстрее растет доза излучения.
Для эквивалентной дозы в СИ единица мощности дозы – зиверт в секунду (Зв/с), внесистемная единица – бэр в секунду (бэр/с). На практике чаще всего используются их производные (мкЗв/час, мбэр/час и т.д.)
Что такое фон, естественный фон, и в чем они измеряется?
Фон – другое название для мощности экспозиционной дозы ионизирующего излучения в данном месте.
Естественный фон — мощность экспозиционной дозы ионизирующего излучения в данном месте, создаваемая только природными источниками излучения.
Единицы измерения, соответственно – бэр и зиверт.
Часто фон и естественный фон измеряют в рентгенах (микрорентгенах и т.д.), примерно приравнивая рентген и бэр (см. вопрос об эквивалентной дозе).
Что такое активность радионуклида и в чем она измеряется?
Количество радиоактивного вещества измеряется не только единицами массы (грамм, миллиграмм и т.д.), но и активностью, которая равняются числу ядерных превращений (распадов) в единицу времени. Чем больше ядерных превращений испытывают атомы данного вещества в секунду, тем выше его активность и тем большую опасность оно может представлять для человека.
Единицей активности в СИ является распад в секунду (расп/с). Эта единица получила название беккерель (Бк). 1 Бк равняется 1 расп/с.
Наиболее употребительной внесистемной единицей активности является кюри (Ки). 1 Ки равняется 3,7* 10 в 10 Бк, что соответствует активности 1 г радия.
Что такое удельная поверхностная активность радионуклида?
Это активность радионуклида, отнесенная к единице площади. Обычно используется для характеристики радиоактивного загрязнения территории (плотности радиоактивного загрязнения).
Единицы измерения — Бк/м2, Бк/км2, Ки/м2, Ки/км2.
Что такое период полураспада и в чем он измеряется?
Период полураспада (T1/2, также обозначается греческой буквой «лямбда», half-life)- время, в течение которого половина радиоактивных атомов распадается и их количество уменьшается в 2 раза. Величина строго постоянная для каждого радионуклида. Периоды полураспада у всех радионуклидов разные — от долей секунды (короткоживущие радионуклиды) до миллиардов лет (долгоживущие).
Это не значит, что через время равное двум T1/2 радионуклид распадется полностью. Через T1/2 радионуклида станет вдвое меньше, через 2*T1/2 – вчетверо и т.д. Полностью радионуклид не распадется теоретически никогда.
Пределы и нормы облучения
(как и где можно облучиться и что мне за это будет?)
Правда ли то, что при полетах на самолете можно получить дополнительную дозу излучения?
В общем случае да. Конкретные цифры зависят от высоты полета, типа самолета, погоды и маршрута, примерно можно оценить фон в салоне самолета как 200-400 мкР/Ч.
Источники радиации можно встретить где угодно, даже в жилом здании, напр. когда-то использовались Радиоизотопные извещатели дыма (РИД) в которых использовались изотопы, излучающие Альфа, Бета и Гамма радиацию, всевозможные шкалы приборов, выпущенных до 60-х годов, на которые наносилась краска в составе которой были соли Радия-226, на свалках находили гамма-дефектоскопы, проверочные источники для дозиметров и.т.д.
Методы и приборы контроля.
Какими приборами можно измерить радиацию?
: Основные приборы – радиометр и дозиметр. Существуют комбинированные приборы – дозиметр-радиометр. Самые распространённые это бытовые дозиметры-радиометры: Терра-П, Припять, Сосна, Стора-Ту, Белла и др. Есть военные приборы типа ДП-5, ДП-2,ДП-3 и др.
А чем отличается радиометр от дозиметра?
Радиометр показывает мощность дозы излучения здесь теперь и сейчас. Но для оценки влияния радиации на организм важна не мощность, а именно полученная доза.
Дозиметр — это прибор, который, измеряя мощность дозы излучения, перемножает её на время воздействия радиации, подсчитывая тем самым полученную владельцем эквивалентную дозу. Бытовые дозиметры измеряют, как правило, только мощность дозы гамма-излучения (некоторые еще и бета-излучения), весовой множитель которых (коэффициент качества излучения) равны 1.
Поэтому даже при отсутствии в приборе функции дозиметра можно мощность дозы, измеренную в Р/ч поделить на 100 и умножить на время облучения, получив таким образом искомое значение дозы в Зивертах. Либо, что то же самое, умножив измеренную мощность дозы на время облучения, получим эквивалентную дозу в бэрах.
Простая аналогия — спидометр в машине показывает мгновенную скорость «радиометр» а счетчик километров интегрирует эту скорость по времени, показывая пройденный машиной путь («дозиметр»).
Дезактивация.
Способы дезактивации техники
Радиоактивная пыль на зараженной технике удерживается силами притяжения (адгезии); величина этих сил зависит от свойств поверхности и среды, в которой происходит притяжение. Силы адгезии в воздухе значительно больше, чем в жидкости. В случае заражения техники, покрытой маслянистыми загрязнениями, адгезия радиоактивной пыли определяется прочностью прилипания самого маслянистого слоя.
При дезактивации происходит два процесса:
· отрыв частиц радиоактивной пыли от зараженной поверхности;
· удаление их с поверхности объекта.
Исходя из этого, способы дезактивации основаны либо на механическом удалении радиоактивной пыли ( сметание, сдувание, пылеотсасывание), либо на использовании физико-химических моющих процессов (смывание радиоактивной пыли растворами моющих средств).
Ввиду того, что частичная дезактивация отличается от полной только тщательностью и полнотой обработки, то и способы частичной и полной дезактивации практически одинаковы и зависят только от наличия технических средств дезактивации и дезактивирующих растворов.
Все способы дезактивации можно разделить на две группы: жидкостные и безжидкостные. Промежуточным между ними является газокапельный способ дезактивации.
К жидкостным способам относятся:
· смывание РВ дезактивирующими растворами, водой и растворителями (бензином, керосином, дизтопливом и т.п.) с использованием щеток или ветоши;
· смывание РВ струёй воды под давлением.
При обработке техники этими способами отрыв частиц РВ от поверхности происходит в жидкой среде, когда силы адгезии ослаблены. Транспортировка оторванных частиц при их удалении также обеспечивается жидкостью, стекающей с объекта.
Поскольку скорость движения слоя жидкости, непосредственно примыкающего к твердой поверхности, очень мала, то мала и скорость перемещения пылинок, особенно очень мелких, полностью утопленных в тонком пограничном слое жидкости. Поэтому для достижения достаточной полноты дезактивации приходится одновременно с подачей жидкости протирать поверхность щеткой, или ветошью, использовать растворы моющих средств, облегчающих отрыв радиоактивных загрязнений и удержание их в растворе, или же применять мощную струю воды с большим давлением и расходом жидкости на единицу поверхности.
Жидкостные способы обработки высокоэффективны и универсальны, практически все существующие табельные технические средства дезактивации рассчитаны на жидкостные способы обработки. Самым эффективным из них является способ смывания РВ дезактивирующими растворами с использованием щеток (позволяет снижать зараженность объекта в 50 — 80 раз), а самым быстрым по выполнению — способ смывания РВ струёй воды. Способ смывания РВ дезактивирующими растворами, водой и растворителями с использованием ветоши применяется главным образом для дезактивации внутренних поверхностей кабины автомобиля, различных приборов, чувствительных к большим объёмам воды и дезактивирующих растворов.
Выбор того или иного способа жидкостной обработки зависит от наличия дезактивирующих веществ, емкости водоисточников, технических средств и вида техники, подлежащей дезактивации.
К безжидкостным способам относятся следующие:
· сметание радиоактивной пыли с объекта вениками и другими подсобными материалами;
· удаление радиоактивной пыли методом пылеотсасывания;
· сдувание радиоактивной пыли сжатым воздухом.
При осуществлении этих способов отрыв частиц радиоактивной пыли осуществляется в воздушной среде, когда силы адгезии велики. Существующими способами (пылеотсасывание, струя воздуха от компрессора автомобиля) нельзя создать достаточно мощного потока воздуха. Все эти способы эффективны при удалении сухой радиоактивной пыли с сухих не замасленных и не сильно загрязненных объектов. Табельным техническим средством дезактивации военной техники безжидкостным способом (пылеотсасыванием) в настоящее время является комплект ДК-4, с помощью которого можно обрабатывать технику и жидкостным и безжидкостным способами.
Безжидкостные способы дезактивации позволяют снижать зараженность объектов:
· обметание — в 2 — 4 раза;
· пылеотсасывание — в 5 — 10раз;
· обдувание сжатым воздухом от компрессора автомобиля – в 2-3раза.
Газокапельный способ заключается в обдувании объекта мощным газокапельным потоком.
Источником газового потока служит воздушно-реактивный двигатель, на выходе из сопла в газовый поток вводится вода, которая дробится на мелкие капли.
Сущность способа заключается в том, что на обрабатываемой поверхности образуется пленка жидкости, благодаря чему силы сцепления (адгезии) частиц пыли с поверхностью ослабляются и мощный газовый поток сдувает их с объекта.
Газокапельный способ дезактивации осуществляется с помощью тепловых машин (ТМС-65, УТМ), он позволяет исключить ручной труд при проведении специальной обработки военной техники.
Время дезактивации автомобиля КаМАЗ газокапельным потоком составляет 1 — 2 мин, расход воды — 140л, зараженность снижается в 50 — 100раз.
При дезактивации техники любым из жидкостных или безжидкостных способов необходимо соблюдать следующий порядок обработки:
· объект начинать обрабатывать с верхних частей, постепенно опускаясь вниз;
· последовательно обрабатывать всю поверхность без пропусков;
· каждый участок поверхности обработать 2—3 раза, шероховатые поверхности обработать особенно тщательно с повышенным расходом жидкости;
· при обработке растворами с использованием щёток и ветоши тщательно протирать обрабатываемую поверхность;
· при обработке струёй воды направлять струю под углом 30 — 60° к поверхности, находясь в 3 — 4м от обрабатываемого объекта;
· следить, чтобы брызги и стекающая с обрабатываемого объекта жидкость не попадала на людей, производящих дезактивацию.
Поведение в ситуации потенциальной радиационной опасности.
Если мне сказали, что недалеко взорвалась АЭС, куда бежать?
Никуда не бежать. Во-первых, вас могли обмануть. Во-вторых, в случае действительной опасности лучше всего довериться действиям профессионалов. А для того, чтобы об этих самых действиях узнать, желательно находиться дома, включить радиоприемник или телевизор. В качестве меры предосторожности можно порекомендовать плотно закрыть окна и двери, не выпускать детей и домашних животных на улицу, провести влажную уборку квартиры.
Какие лекарства нужно выпить, чтобы от радиации не было вреда?
При авариях на АЭС в атмосферу выбрасывается большое количество радиоактивного изотопа йода-131, который накапливается в щитовидной железе, что приводит к внутреннему облучению организма и может вызвать рак щитовидной железы. Поэтому в первые дни после загрязнения территории (а лучше до этого загрязнения) необходимо насытить щитовидную железу обычным йодом, тогда организм будет невосприимчив к радиоактивному его изотопу. Пить йод из пузырька исключительно вредно, существуют разнообразные таблетки — обычный йодид калия, йод-актив, йодомарин и т.п., все они представляют собой тот же калий-йод.
Если калий-йода поблизости нет, а территория загрязнена, то в крайнем случае можно капнуть пару капель обычного йода на стакан воды или киселя, и выпить.
Период полураспада йода-131 – чуть более 8 суток. Соответственно, через две недели можно в любом случае о принятии йода внутрь забыть.
В чем заключается явление радиоактивности и кто его открыл
Радиоактивность — что это за явление
Радиоактивность — это явление, при котором ядра одного химического элемента самопроизвольно превращаются в ядра другого элемента или изотопы того же элемента. Процесс сопровождается испусканием частиц и электромагнитного излучения. При этом происходит изменение состава ядра атома: его заряда и массового числа.
Понятие «радиоактивность» было введено Марией Склодовской-Кюри. Оно тождественно понятию радиоактивный распад.
В определении присутствует термин изотоп. Прежде чем рассмотреть его, вспомним определение нуклида.
Нуклид — это отдельный вид атома химического элемента с определенными значениями массового и протонного чисел.
Для обозначения определенного нуклида используют запись вида
где X — символ химического элемента, A — массовое (нуклонное) число, Z — зарядовое (протонное) число.
Количество нейтронов в ядре N = A − Z
Изотоп — это разновидность атома определенного элемента с таким же атомным номером, но другим массовым числом.
Это значит, что в изотопах одинаковое число протонов, но разное число нейтронов.
Всего известно более двух тысяч радиоактивных изотопов. Для сравнения, стабильных открыто около 280.
Ученые разделяют нуклиды на стабильные и нестабильные. Нестабильные, также известные как радионуклиды, со временем распадаются. Стабильные же способны существовать в неизменном виде неопределенно долгий промежуток времени.
Суть явления радиоактивности заключается в том, что при распаде ядра нестабильного атома из него с большой скоростью вылетает целое число частиц с высокой энергией. Вещества, которые содержат радиоактивные ядра, называют радиоактивными.
Радиация (радиоактивное излучение) — это поток частиц высокой энергии, вылетающих из нестабильного ядра.
В современной химии выделяют естественную и искусственную радиоактивность.
Естественная радиоактивность — это явление самопроизвольного распада атомных ядер в природе.
Примером естественной радиоактивности служит солнечная радиация. В ядре солнца постоянно происходят термоядерные реакции, в ходе которых водород превращается в гелий.
Искусственная радиоактивность — это явление самопроизвольного распада атомных ядер, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.
Техногенная радиоактивность применяется людьми. Например, на атомных электростанциях электрическую энергию получают за счет искусственно созданных ядерных реакций.
В результате экспериментов было установлено, что в периодической системе Менделеева радиоактивны все элементы, начиная с висмута. Их порядковый номер больше 82.
Единицы измерения
В химии существует несколько единиц измерения радиоактивности:
В Международной системе единиц ( С И ) единицей измерения активности радионуклида является беккерель. На русском языке он обозначается как Бк, в международном формате — Bq.
Эту единицу назвали в честь Антуана Беккереля, одного из первооткрывателей радиоактивности. Один Беккерель равен одному распаду в секунду.
В Международной СИ секунде в минус первой степени равен не только беккерель, но и герц. Важно не путать их: беккерель используют для измерения случайных процессов распада, а герц — для периодических процессов. Их природа различна.
Один Беккерель — это маленькая единица измерения, так что на практике принято использовать кратные единицы.
Внесистемная, но широко распространенная единица — кюри. Ее используют для измерения активности радионуклидов. На русском обозначается как Ки, в международных исследованиях — Ci. Названа она в честь Пьера Кюри и Марии Склодовской-Кюри.
Точно установлена связь между значениями Ки и Бк:
Перевести значения из Бк в Ки сложнее, т.к. соотношение приблизительно:
Еще одна единица измерения, которой в современности пользуются редко — резерфорд. Его обозначают как Рд или Rd в русском и международном стандартах соответственно. Единица тоже названа в честь ученого — Эрнеста Резерфорда, также изучавшего природу радиоактивности.
Один резерфорд равен 10^6 распадам в 1 секунду. Точно равенство:
1 Р д = 1 ⋅ 10 6 Б к = 1 М Б к
Дозиметрия — это определение дозы радиоактивного излучения, поглощаемого объектом.
В дозиметрии используют свои единицы облучения:
Поглощенную дозу в Международной СИ измеряют в единицах грэй (Гр). Один грэй равен энергии излучения в 1 Дж, поглощенной 1 кг вещества.
Эквивалентную дозу, т.е. произведение поглощенной дозы на коэффициент качества излучения, в Си измеряют в зивертах. Один зиверт эквивалентен излучению, создающему такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр гамма-излучения или рентгеновского излучения.
Внесистемная единица измерения эквивалентной дозы — бэр. Бэр расшифровывается как «биологический эквивалент рентгена».
За один бэр принято считать такое количество энергии излучения, поглощенного 1 кг вещества, при котором биологическое воздействие соответствует поглощенной дозе в 1 рад гамма-излучения или рентгеновского излучения. То есть:
Для измерения воздействия радиации используют также понятие мощность дозы. Это доза, полученная объектом за выбранную единицу времени.
Кто открыл, как это произошло
Предпосылкой открытия радиоактивности послужило открытие Вильгельма Конрада Рентгена. В конце XIX века ученый обнаружил новый вид лучей, который назвал X-лучами. В России они более известны как «рентгеновские лучи».
Лучи Рентгена представляют собой электромагнитное излучение длиной волн от
Хотя рентгеновское излучение менее вредно, чем радиоактивное, оно все равно является ионизирующим и в больших объемах способно навредить живым организмам.
Вскоре после Рентгена новый вид лучей открыл французский физик Антуан Анри Беккерель. В 1896 году Беккерель посетил заседание Академии наук, на котором узнал о предполагаемой связи рентгеновского излучения и флуоресценции. Чтобы проверить эту гипотезу, Беккерель провел эксперимент с фотопластинкой и солями урана. Он обнаружил, что лучи проходят через препятствия, оставляя изображение на фотопластинке.
Сперва Беккерель предположил, что открыл новый, более простой способ делать рентгеновские снимки. Но после многочисленных экспериментов он не мог дать объяснения, откуда уран получает свою энергию. К тому же, вопреки его данным, уран фосфоресцировал даже без солнечного света, что никак не согласовывалось с его гипотезой.
Так Беккерель понял, что открыл новый вид лучей. Но из-за неспособности разрешить найденное противоречие ученый временно отказался от изучения, как известно теперь, радиоактивности.
В 1898 году Мария и Пьер Кюри обнаружили, что новые лучи свойственны не только урану, но и торию. Позднее пара ученых открыла радиоактивность полония и радия. От названия последнего и было дано название явлению — радиоактивность.
К тому же, Беккерель и Кюри совместно обнаружили биологическое действие радиоактивности. На одной из лекций Беккерель держал в пробирке в жилетном кармане радиоактивное вещество. На следующий день на теле под карманом он обнаружил покраснение в форме пробирки. Пьер Кюри после этого 10 часов носил на себе пробирку с радием, и спустя несколько дней у него тоже появилось покраснение. Это покраснение впоследствии перешло в тяжелую язву, с которой Пьер боролся еще два месяца.
Пагубное влияние радиоактивных веществ не остановило ученых. В 1934 году Мария Склодовская-Кюри умерла от осложнений, вызванных долгой работой с радием.
В дальнейшем значительную роль в исследовании радиоактивности сыграл Эрнест Резерфорд. Ученый установил природу радиоактивных превращений и излучения, обнаружил сложный состав излучения.
Разновидности излучения, свойства и характеристики
Ученые выделили 3 вида излучения:
На основе излучения выделяют 3 основных типа радиоактивного распада:
Известны также распады с испусканием протонов (одного или двух), нейтрона и кластерная радиоактивность.
Процесс радиоактивного распада может быть продолжительным. Если дочернее ядро, полученное в результат радиоактивного распада, также является радиоактивным, то со временем и оно распадается. Так продолжается, пока не образуется стабильное нерадиоактивное ядро.
При этом некоторые изотопы могут одновременно испытывать более одного вида распада.
Альфа-распад
Альфа-распад — вид самопроизвольного распада атомного ядра на дочернее ядро, при котором происходит испускание альфа-частицы — ядра атома атома гелия. При этом массовое число дочернего ядра меньше на 4, а атомный номер — на 2.
Альфа-распад, т.е. поток положительно заряженных частиц, характерен для изотопов всех тяжелых элементов, начиная с висмута.
Альфа-частицы покидают ядро со скоростью от 9400 до 23700 км/с. При этом в воздухе при нормальных условиях альфа-излучение способно преодолеть лишь расстояние от 2,5 до 7,5 см.
Эффективно задержать радиоактивное излучение альфа-частиц можно несколькими десятками микрометров плотного вещества. К примеру, листом бумаги или даже ороговевшим слоем кожи — человеческим эпидермисом. Это делает его относительно безопасным для человека.
Однако если источник альфа-излучения все же попадет в организм (например, в виде пыли), это может привести к серьезным последствиям. Альфа-частицы наносят примерно в 20 раз больше повреждений, чем бета- и гамма-частицы той же энергии.
Правило смещения Содди, также закон радиоактивных смещений — это правило, описывающее превращение элементов в процессе радиоактивного распада.
Пример
Как уже было описано ранее, процесс радиоактивного распада продолжается до тех пор, пока не образуется стабильное ядро. Рассмотрим такую цепочку на основе альфа-распада урана-238:
Бета-распад
Бета-распад — вид самопроизвольного распада атомного ядра на дочернее ядро, при котором происходит испускание потока электронов и антинейтрино. Массовое число при этом остается тем же, поскольку число нуклонов в ядре остается неизменным.
Бета-излучение как отрицательное излучение малой массы обладает большей проникающей способностью, нежели альфа-частицы. Задержать его можно алюминиевой фольгой.
Среди всех видов радиоактивного распада бета-распад является наиболее распространенным. Он особенно характерен для искусственных радионуклидов.
Выделяют несколько подвидов бета-распада:
Бета-минус распад представляет собой испускание из ядра электрона, образовавшегося в результате самопроизвольного превращения одного из нейтронов в протон и электрон. Такой электрон называют бета-минус частицей.
Рассмотрим бета-минус распад трития в гелий-3:
Бета-плюс распад, или позитронный распад сопровождается испусканием из ядра позитрона (античастицы электрона), образовавшегося в результате самопроизвольного превращения одного из протонов в нейтрон и позитрон. Получившуюся частицу называют бета-плюс частицей.
Рассмотрим бета-плюс распад углерода:
C 6 11 → B 5 11 + e + + ν e
Позитронный распад всегда сопровождается электронным захватом. Ядро захватывает электрон из атомной оболочки и испускает нейтрино. Заряд ядра также уменьшается на единицу.
Правило смещения Содди для электронного захвата:
Рассмотрим электронный захват на примере захвата бериллия в литий:
Гамма-распад
Гамма-распад чаще называют изомерным переходом. Такое название обосновано существованием изомерных состояний ядер. Большинство ядер способны существовать в возбужденном состоянии очень малое количество времени — менее наносекунды. Некоторые ядра способны существовать дольше — микросекунды, сутки или даже года. Такие долгоживущие состояния и называют изомерными.
При гамма-распаде изомерные состояния ядер переходят в основное состояние с излучением одного или нескольких гамма-квантов.
Гамма-излучение обладает намного большей проникающей способностью, чем альфа- и бета-излучение. Оно не имеет электрического заряда, обладает огромной энергией и может быть остановлено только толстым слоем железобетона, стали, свинца или другого серьезного препятствия.
Период полураспада, модели атомов и ядра, кратко
Рассмотрим общепринятую модель строения атома. В центре находится заряженное ядро, внутри которого — нейтральные нейтроны и положительно заряженные протоны. Почти вся масса атома приходится на тяжелое ядро. Вокруг положительно заряженного ядра движутся легкие отрицательно заряженные электроны. В невозбужденном состоянии и вне реакции количество протонов и электронов, как правило, равно, так что атом электронейтрален.
Наглядная схема представлена ниже.
Одной из главных характеристик радиоактивных атомов является его время жизни. Число ежесекундно происходящих распадов пропорционально количеству имеющихся атомов.
На основе периода полураспада некоторых радиоизотопов основан исторический метод радиоизотопного датирования. Для определения возраста некоторых объектов определяют, какая доля радиоактивного изотопа в составе успела распасться. Используют:
Любой радиоактивный распад происходит по закону радиоактивного распада. Математически данный закон выражается в следующем виде:
где N — число нераспавшихся атомов в любой момент времени, N_0 — число радиоактивных атомов в начальный момент времени, T — период полураспада, t — период времени.