Радиоактивность. Закон радиоактивного распада

Радиоактивностью называется спонтанный процесс превращения (распада) атомных ядер, сопровождающийся испусканием особого вида излучения, называемого радиоактивным. При этом происходит превращение атомов одних элементов в атомы других.

Радиоактивные превращения свойственны лишь отдельным веществам. Вещество считается радиоактивным, если оно содержит радионуклиды, и в нем идет процесс радиоактивного распада.

Радиоактивное излучение встречающихся в природе веществ называется естественной радиоактивностью, испускаемое искусственно полученными изотопами — искусственной. Самопроизвольному спонтанному распаду подвергаются неустойчивые ядра атомов.

Радиоактивный распад протекает без каких-либо вмешательств извне и не может быть прекращен или ускорен физическим или химическим воздействием.

Процесс радиоактивного распада протекает с выделением энергии. При этом выполняются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса и электрического заряда.

Различные типы ядер называют нуклидами. В качестве характеристики нуклида используют символ химического элемента, указывают атомный номер (число протонов) и массовое число ядра (число нуклонов, т. е. общее число протонов и нейтронов). Например, означает, что ядро атома плутония содержит 94 протона и 145 нейтронов, всего 239 нуклонов.

В ядрах одного и того же химического элемента число протонов всегда одно и то же, число нейтронов может быть различным.

Ядра, содержащие различное число нейтронов, но одинаковое протонов, называют изотопами.

Например, изотопы углерода: , , , , , .

Устойчивость ядер уменьшается по мере увеличения общего числа нуклонов. Она зависит также от соотношения числа нейтронов и протонов.

Процесс последовательных ядерных превращений, как правило, заканчивается образованием стабильных ядер.

Радиоактивные превращения подчиняются закону радиоактивного распада:

N = N₀∙℮^–λt, (5.1)

где N, N₀ — число атомов, нераспавшихся на моменты времени t и t₀;

λ — постоянная радиоактивного распада.

Величина λ имеет свое индивидуальное значение для каждого вида радионуклида. Она характеризует скорость распада, т. е. показывает, какое количество ядер распадается в единицу времени.

Согласно зависимости (5.1), кривая радиоактивного распада является экспонентой.

Время, в течение которого, вследствие самопроизвольных ядерных превращений, распадается половина ядер, называется периодом полураспада Т_1/2. Период полураспада Т_1/2 связан с постоянной распада λ зависимостью: Т_1/2 = ln2/λ = 0,693/λ (5.2)

Период полураспада Т_1/2 у разных радионуклидов различен и колеблется в широких пределах — от долей секунды до сотен и даже тысяч лет.

Периоды полураспада некоторых радионуклидов:

 

 

Йод-131	8,04 суток
Цезий-134	2,06 года
Стронций-90	29,12 лет
Цезий-137	30 лет
Плутоний-239	24065 лет
Уран-235	7,038∙10^8 лет
Калий-40	1,4∙10^9 лет.

Величина, обратная постоянной распада, называется средним временем жизни радиоактивного атома τ: τ = 1/λ. (5.3)

Скорость распада определяется активностью вещества А:

A = dN/dt = A₀∙℮^–λt = λ∙N, (5.4) где А и А₀ — активности вещества в моменты времени t и t₀.

Активность — мера радиоактивности. Она характеризуется числом распадов радиоактивных ядер в единицу времени.

Активность радионуклида прямо пропорциональна общему количеству радиоактивных атомных ядер на момент времени t и обратно пропорциональна периоду полураспада: A = 0,693∙N/T_1/2. (5.5) В системе СИ за единицу активности принят беккерель (Бк). Один беккерель равен одному распаду в секунду. Внесистемная единица измерения активности — кюри (Ки): 1 Ки = 3,7∙10¹⁰ Бк, 1 Бк = 2,7∙10^–11 Ки. Единица активности кюри соответствует активности 1 г радия. В практике измерений пользуются также понятиями объемной А_v (Бк/м³, Ки/м³), поверхностной А_s (Бк/м², Ки/м²), удельной А_m (Бк/кг, Ки/кг) активности.
29. Риск – мера опасности. Источники опасности для человека

Радиационная опасность обусловлена воздействием на окружающую сре­ду ионизирующих излучений, которые составляют часть общего понятия ра­диация (лат. radiatio - излучение), включающего в себя радиоволны, видимый свет, ультрафиолетовое и инфракрасные излучения.

Развитие жизни на Земле всегда происходило под воздействием естест­венного радиационного фона окружающей среды. Поэтому есть основание по­лагать, что живые организмы достаточно хорошо приспособлены к воздейст­вию различных видов радиации, при условии, что ее уровень не слишком вы­сок. По этой причине уровни облучения человека от естественного фона служат базой при сравнении облучения от искусственных источников ионизирующего излучения.

Естественный фон обусловлен космическим излучением и излучением естественно распределенных природных радиоактивных веществ (в горных по­родах, почве, атмосфере), а также в тканях человека. Космическое излучение подразделяется на первичное (поток протонов и альфа-частиц, попадающих в земную кору из межзвездного пространства) и вторичное излучение в результа­те ионизации воздушных слоев атмосферы. Естественный фон создает внешнее (~ 60%) и внутреннее (~ 40%) облу­чения. Внешнее - за счет воздействия на организм излучений от внешних по отношению к нему источников (космическое излучение и естественные радио­нуклиды в горных породах, почве, атмосфере). Внутреннее - за счет воздейст­вия на организм излучений радионуклидов, находящихся в организме (калий-40 и радионуклиды семейства урана и тория), поступающих в организм с возду­хом, водой, пищей.

Мощность дозы естественного фона зависит от высоты над уровнем моря, широты местности, активности Солнца. Под данным исследований суммарная индивидуальная эффективная доза облучения от естественного фона на уровне моря для населения нашей страны составляет 1 мЗв/год.

Вторая составляющая фонового облучения людей обусловлена естест­венными радионуклидами, связанными с добычей полезных ископаемых, ис­пользованием строительных материалов, сжиганием ископаемого топлива (угля), минеральных удобрений, содержащих радионуклиды уранового и ториевого ряда, которые в сумме формируют техногенный радиационный фон, даю­щий суммарную индивидуальную эффективную дозу облучения 1,05 мЗв/год.

Третья составляющая фонового облучения - искусственный фон, обу­словленный искусственными источниками, созданными человеком. Здесь наи­больший вклад вносят рентгенодиагностические облучения в медицине, которые дают годовую эффективную дозу 1,4 мЗв.

Опасность для человека представляют так же стихийные бедствия: ураганы, смерчи, наводнения, пожары, землетрясения, снегопады, гололеды и т.п.