Sztárhírek
Neutronsugárzás. A test károsodásának megnyilvánulása
A rugalmatlan kölcsönhatások másodlagos sugárzást eredményeznek, amely töltött részecskékből és gamma-kvantumokból is állhat.
Rugalmas kölcsönhatásokban lehetséges az anyag szokásos ionizációja. A neutronok áthatoló képessége nagyon magas a töltés hiánya és ennek következtében az anyaggal való gyenge kölcsönhatás miatt. A neutronok áthatoló képessége az energiájuktól és az anyag atomjainak összetételétől függ, amellyel kölcsönhatásba lépnek. A könnyű anyagok neutronsugárzásának félcsillapító rétege többszöröse, mint a nehéz anyagoké. A nehéz anyagok, például a fémek, kevésbé jól csillapítják a neutronsugárzást, mint a gamma-sugárzás. Hagyományosan a neutronokat kinetikus energiájuktól függően gyorsra (10 MeV-ig), ultragyorsra, közepesre, lassúra és termikusra osztják. A lassú és termikus neutronok nukleáris reakciókba lépnek, amelyek stabil vagy radioaktív izotópok képződését eredményezhetik.
Enciklopédiai YouTube
1 / 3
✪ 463. lecke. Természetes radioaktivitás felfedezése. Alfa, béta és gamma sugárzás
✪ 470. lecke. Nukleáris reakciók. Egy magreakció energiakibocsátása
✪ ✅Házi készítésű MAGNETRON GUN mikrohullámú sütőből és kábítópisztolyból
Feliratok
Védelem
A gyors neutronokat bármely atommag rosszul nyeli el, ezért moderátor-abszorber kombinációt alkalmaznak a neutronsugárzás elleni védelemre. A legjobb moderátorok a hidrogéntartalmú anyagok. Általában vizet, paraffint és polietilént használnak. A berilliumot és a grafitot moderátorként is használják. A késleltetett neutronokat a bór- és kadmiummagok jól elnyelik.
Mivel a neutronsugárzás abszorpcióját gamma-sugárzás kíséri, többrétegű szűrőket kell használni, amelyek különböző anyagokból készülnek: ólom-polietilén, acél-víz stb. , neutron- és gamma-sugárzás (OH)3 egyidejű elnyelésére szolgálnak.
A radioaktív sugárzás a besugárzott környezettel kölcsönhatásba lépve különböző előjelű ionokat képez. Ezt a folyamatot ionizációnak nevezik, és a hélium atommagok (α-részecskék), elektronok és pozitronok (β-részecskék), valamint töltetlen részecskék (korpuszkuláris és neutronsugárzás), elektromágneses γ-sugárzás), foton (karakterisztika, Bremsstrahlung és röntgen) és egyéb sugárzások. Az emberi érzékszervek egyik ilyen típusú radioaktív sugárzást sem érzékelik.
A neutronsugárzás elektromosan semleges részecskék áramlása az atommagból. A neutron úgynevezett másodlagos sugárzása, amikor bármilyen atommaggal vagy elektronnal ütközik, erős ionizáló hatást fejt ki. A neutronsugárzás csillapítását hatékonyan hajtják végre a könnyű elemek, különösen a hidrogén atommagjain, valamint az ilyen atommagokat tartalmazó anyagokon - víz, paraffin, polietilén stb.
A paraffint gyakran használják védőanyagként, amelynek vastagsága Po-Be és Po-B neutronforrások esetén körülbelül 1,2-szer kisebb lesz, mint a vízvédelem vastagsága. Megjegyzendő, hogy a radioizotóp forrásokból származó neutronsugárzást gyakran γ sugárzás kíséri, ezért ellenőrizni kell, hogy a neutronvédelem védelmet nyújt-e a γ sugárzás ellen is. Ha nem adja meg, akkor a védelembe nagy rendszámú alkatrészeket (vas, ólom) kell bevinni.
A külső besugárzásban a főszerep a gamma- és neutronsugárzásé. Az alfa- és béta-részecskék a fő károsító tényezők a magrobbanás során keletkező hasadási termékek, hasadási törmelék és másodlagos aktivált anyagok radioaktív felhőiben, de ezeket a részecskéket a ruházat és a bőr felszíni rétegei könnyen felszívják. A lassú neutronok hatására a szervezetben indukált radioaktivitás jön létre, amelyet sok Japánban sugárbetegségben elhunyt ember csontjaiban és más szöveteiben találtak.
Neutronbomba
A neutronbomba elsősorban erőben különbözik a „klasszikus” típusú nukleáris fegyverektől – az atom- és hidrogénbombáktól. Kitermelése körülbelül 1 kt TNT, ami 20-szor kisebb, mint a hirosimai bomba teljesítménye, és körülbelül 1000-szer kisebb, mint a nagy (megatonnás) hidrogénbombáké. A neutronbomba robbanása által keltett lökéshullám és hősugárzás 10-szer gyengébb, mint egy hirosimai típusú atombomba légrobbanása. Így a neutronbomba felrobbanása 100 méteres magasságban a talaj felett csak 200-300 m sugarú körben okoz pusztítást A gyorsneutronok sugárzása, amelyek fluxussűrűsége a neutronbomba robbanása során 14. szor nagyobb, mint a „klasszikusok” robbanása során, pusztító hatással van minden élőlényre. A neutronok megölnek minden élőlényt 2,5 km-es körzetben. Mivel a neutronsugárzás rövid életű Panov G.E. Munkavédelem az olaj- és gázmezők fejlesztése során, 1982, 248 p.
Béta sugárzás
A béta-részecskék olyan elektronok vagy pozitronok, amelyeket a radioaktív elemek magjai bocsátanak ki a béta-bomlás során. Egy elektron (b – részecske) tömege m e = 9,109´10 -31 kg, negatív töltése e = 1,6´10 -19 C. A pozitron (b + -részecske) egy pozitív elektromos töltésű elemi részecske, az elektronhoz képest antirészecske. Az elektron és a pozitron tömege egyenlő, elektromos töltéseik és mágneses momentumaik abszolút értékűek, de ellentétes előjelűek. A pozitron stabil, de az elektronokkal való megsemmisülése miatt csak rövid ideig (a másodperc töredékei) létezik az anyagban.
Ugyanazon radioaktív elem béta-részecskéi eltérő energiájúak. Ezt a radioaktív atommagok béta-bomlásának természete magyarázza, melynek során a keletkező energia eltérő arányban oszlik meg a leánymag, a béta-részecske és a neutrínó között. Így a béta részecskék energiaspektruma összetett és folytonos. A maximális energia 0,018 és 13,5 MeV között van. A béta-bomlás nemcsak a talajszinten, hanem a leánymag gerjesztett szintjein is előfordulhat. A béta-részecskék áramlását béta-sugárzásnak nevezzük. Ennek eredményeként elektron béta bomlás az eredeti mag egy új atommaggá változik, amelynek tömege változatlan marad, és a töltés eggyel nő, és megjelenik egy részecske - egy antineutrínó:
Pozitron béta bomlás azonos tömegű és töltésű, eggyel csökkentett mag kialakulásához vezet, és neutrínó képződik:
A neutrínó a lendületéhez viszonyított forgásának irányában különbözik az antineutrínótól.
A béta-bomlás a nukleáris átalakulás egy másik típusára utal - elektronikus rögzítés, amelyben az atommag magához vonzza az atom belső pályáján (általában a K-rétegben) elhelyezkedő elektronok egyikét:
; 
A befogott elektron helyét azonnal megtelik egy magasabb szintről származó elektronnal, és röntgensugarakat bocsátanak ki. Az ilyen atom magja tömege változatlan marad, és egy új atommaggá alakul, amelynek töltése eggyel csökkent.
Gyakran ugyanaz a radionuklid egyszerre többféle bomláson megy keresztül. Például a K-40 elektronbomláson és elektronbefogáson (K-befogáson) megy keresztül.
Így minden típusú béta-bomlás esetén az atommag tömegszáma változatlan marad, de a töltésszám eggyel változik.
Amikor a béta-részecskék kölcsönhatásba lépnek az anyaggal, az atomok ionizációja és gerjesztése következik be, míg a béta-részecskék kinetikus energiájukat átadják az atomoknak, és szétoszlanak. A béta-részecske energiavesztesége minden egyes anyaggal való kölcsönhatás során sebességének az anyag termikus mozgási sebességére való csökkenésével jár. A negatív béta-részecske vagy szabad elektronként marad, vagy semleges atomhoz vagy pozitív ionhoz kapcsolódik, az elsőt negatív ionná, a másodikat pedig semleges atommá alakítva. Egy pozitív béta részecske (pozitron) az útja végén, elektronnal ütközve egyesül vele és megsemmisül.
A béta részecske irányának ismétlődő változásai az anyaggal való kölcsönhatás során ahhoz a tényhez vezetnek, hogy az anyagba való behatolás mélysége - az út hossza - lényegesen kisebbnek bizonyul, mint a béta részecske útjának valódi hossza. az anyag, és az ionizáció térfogati jellegű.
Átlagos fajlagos ionizációs érték – lineáris ionizációs sűrűség– levegőben a béta-részecskék energiájától függ, és 100-300 ionpárt tesz ki 1 cm-es úton, és a maximális hatótávolság levegőben eléri a több métert, a biológiai szövetben a centimétert, a fémekben a több tíz mikront. A béta-részecskék sebessége a levegőben megközelíti a fénysebességet (250 000-270 000 km/s).
A béta-sugárzás elleni védelem érdekében a következőket használják: üveg, alumínium, plexi, polimerek - alacsony sorozatszámú elemekből álló anyagok.
Annak az anyagrétegnek a vastagsága, amelyben a béta részecskék teljesen elnyelődnek, megfelel a maximális úthossznak - az adott spektrumban a legnagyobb energiájú béta részecskék úthossza a képlettel határozható meg.
ahol R max a maximális futáshossz (rétegvastagság), cm; E max – a béta részecskék maximális energiája a spektrumban, MeV; r az anyag sűrűsége, g/cm3.
A béta-részecskék energiavesztesége és az anyagban való szétszóródása a béta-részecskék fluxusának fokozatos gyengüléséhez vezet, amit exponenciális függés fejez ki.
, (3.4)
ahol N az R vastagságú anyagrétegen egységnyi idő alatt áthaladó béta-részecskék száma; N 0 – az egységnyi idő alatt az abszorbeáló rétegre eső béta részecskék kezdeti száma; m l – lineáris abszorpciós együttható, cm -1; R – nedvszívó réteg vastagsága, cm.
Neutronsugárzás
A spontán maghasadás folyamatában szabad neutronok keletkeznek, ami a felhasadást, i.e. két részre bomlik, tömegük összege megközelítőleg megegyezik az eredeti mag tömegével. A maghasadás során keletkező neutronok energiája körülbelül 2 MeV.
235 92 U + 1 0 n – 56 144 Va + 89 36 Kr + 2 0 1 n + Q
Neutron(n) – elemi, elektromosan semleges részecske, tömege m n = 1,6748´10 -27 kg. A szabad állapotú neutron instabil, egy elektron és egy antineutrínó kibocsátásával spontán protonná alakul: 1 0; 
; A neutron élettartama körülbelül 16 perc.
A neutronok körülbelül 1%-át az eredeti mag gerjesztett hasadási fragmentumai bocsátják ki. Ebben az esetben a fragmens magjának energiaállapota a tömegszám eggyel történő csökkenésével változik:
.
Az ilyen átalakulások a maghasadási folyamat befejezése után töredékektől tíz másodpercig terjedő idő alatt következnek be. A hasadási esemény után egy másodperc nagyságrendű idő elteltével kibocsátott neutronokat hívják lemaradva. A késleltetett neutronok energiája körülbelül 0,5 MeV.
Az anyaggal kölcsönhatásba lépő neutronokat vagy szétszórják, vagy befogják az anyag atommagjai. Megkülönböztetik a rugalmas és rugalmatlan szórást, valamint a töltött részecskék kibocsátásával járó sugárzási befogást.
Rugalmas Ezt szóródásnak nevezik, amikor egy neutron egy atommaggal ütközve átadja neki a mozgási energia egy részét, és csökkentett energiával mozgási irányát megváltoztatva visszapattan az atommagról. Az ütközések során a neutron által az atommagnak átadott energia az atommag mozgási energiájává alakul, amely mozgásba kezd és ún. visszacsapó mag(7. ábra ) . A visszapattanó magok, amelyek kellően nagy energiát kaptak egy neutrontól, kiütődhetnek az atomokból, és töltött részecskékként kölcsönhatásba lépnek az anyaggal, ionizációt okozva.
Egy neutron veszít a legnagyobb energiából, ha olyan atommagokkal lép kölcsönhatásba, amelyek tömege azonos vagy ahhoz közeli. Mivel ebben az esetben a neutronok lelassulnak, a könnyű elemek (hidrogén, berillium, grafit) különösen hatékony moderátorok. A rugalmas szórás valószínűsége a neutronenergia és a magtöltés csökkenésével nő.
Rizs. 7. Neutron és atommag rugalmas ütközése
Rugalmatlan szóródás Ez a neutron és az atommag kölcsönhatása, amikor egy neutron behatol bele, kiüti az eredetitől eltérő irányú, kisebb energiájú neutronok egyikét, és az atommagot gerjesztett állapotba viszi, ahonnan nagyon gyorsan. gamma-kvantum emissziójával alapállapotba kerül (8. ábra).
A rugalmatlan szórás jellemző a kellően nagy energiájú neutronok és a nehéz elemek atommagjai közötti kölcsönhatásra.
Rizs. 8. Neutron rugalmatlan ütközése atommaggal
Azt a jelenséget, amikor egy neutron az atommagba behatolva a vele kölcsönhatásba lépő atommag nehezebb izotópját képezi, ún. neutron befogás. A neutront befogó atommag gerjesztett állapotba kerül, és az alapállapotba visszatérve egy vagy több megaelektronvolt nagyságrendű energiájú gamma-kvantumot vagy töltött részecskéket bocsát ki (9. ábra).
A neutron mag általi befogását gamma-kvantumok kibocsátása kíséri a következő séma szerint:
0 1 n + 13 27 Al – 13 28 Al *
13 28 Al * –– 13 28 Al + gamma kvantum
A neutronok atommagok általi befogása annak köszönhető, hogy töltés nélkül, és ennek következtében az atommag taszító elektromos hatását nem tapasztalva, a neutron olyan kis távolságra képes megközelíteni, hogy a magvonzó erők hatnak rá. Az alacsony energiájú neutronok befogásának valószínűsége megnő, mivel a neutron hosszabb ideig tartózkodik az atommag közelében.
Rizs. 9. Neutron befogása atommag által
A neutronsugárzás fő minőségi jellemzője az energia spektrum– neutronenergia-eloszlás. Ebben az esetben a következő neutronenergia-spektrumokat különböztetjük meg: lassú 0,5 eV-ig terjedő energiával, közbülső– 0,5 eV és 200 keV közötti energiával, gyors– 200 keV-tól 20 MeV-ig terjedő energiával és ultragyors– 20 MeV feletti energiával.
A neutronsugárzás közvetetten ionizál, ez azzal magyarázható, hogy a neutronok gyakorlatilag nem lépnek kölcsönhatásba az atomok elektronhéjával, és nem ionizálják közvetlenül az atomokat. A neutronok energiaveszteség nélkül mozognak az anyagon, amíg atommaggal nem találkoznak.
A levegőben lévő neutronok áthatoló ereje több száz méter, és összemérhető a gamma-sugárzás áthatoló erejével, vagy még annál is nagyobb. Levegőben egy neutron körülbelül 300 métert tesz meg két egymást követő ütközés között, sűrűbb folyadékokban és szilárd anyagokban pedig körülbelül 1 cm-t.
Gamma sugárzás
Gamma sugárzás– gerjesztett atommagok által kibocsátott rövidhullámú elektromágneses sugárzás. Gamma-sugárzás az atommagok radioaktív bomlása és a magreakciók során figyelhető meg. A gamma-sugárzás kibocsátása nem vezet az elemek átalakulásához, ezért nem tekinthető radioaktív átalakulásnak. A gammasugárzás csak néhány olyan radioaktív átalakulást kísér, amelyben gerjesztett állapotban magok keletkeznek. A gerjesztett magok 10-12 másodpercen belül alapállapotba kerülnek, és gamma-kvantum formájában többletenergiát bocsátanak ki. Néha az atommag egymás után gamma-kvantumok sorozatát bocsát ki, minden alkalommal kevésbé gerjesztett állapotba kerülve, amíg stabillá válik. Ezt a jelenséget az ún kaszkád sugárzás.
A gamma-sugárzásnak nincs sem töltése, sem nyugalmi tömege. Kibocsátásuk nem vezet új elemek magjainak kialakulásához. Egy elem gerjesztett és stabil magja csak energiájában különbözik, azaz. A gamma-átmenetek során a Z töltés és az A tömegszám nem változik. A gamma-kvantum emisszió olyan folyamat, amely spontán módon megy végbe az atommagokban, és az atommagok tulajdonságait jellemzi.
Ha a * szimbólum az atommag gerjesztett állapotát jelöli, akkor a hn gamma-kvantum kibocsátási folyamata a következőképpen írható fel:
,
ahol h Planck-állandó (h = 6,626´10 –34 J×s); n – az elektromágneses hullámok frekvenciája.
Az atommag által kibocsátott gamma-sugarakat nagy energia jellemzi, ezek mindegyike műszerekkel detektálható és rögzíthető. Az atommagok radioaktív bomlása során általában 10 keV-tól 5 MeV-ig terjedő energiájú gamma-kvantumokat figyelnek meg, 20 MeV-ig terjedő energiájú gamma-kvantumokat. A modern gyorsítók 20 GeV energiájú gamma-sugarakat állítanak elő.
A nukleáris robbanásból származó gammasugárzás közvetlenül az U vagy Pu atommagok hasadási folyamata során keletkezik. Forrása is hasadási töredékek, amelyek a gerjesztett állapotból az alapállapotba való átmenet során gamma kvantumot bocsátanak ki.
A gamma-sugarak anyaggal való kölcsönhatásának folyamatai közül a legvalószínűbbek: a fotoelektromos hatás, a Compton-szórás és az elektron-pozitron pár kialakulása.
A gamma-kvantumnak az anyaggal való kölcsönhatásának folyamatát, amelyben a gamma-kvantumot az anyag atomja teljesen elnyeli, és egy elektront kiüt az atomból, az ún. fotoelektromos hatás(fotó hatás). A fotoelektromos hatás gyakran alacsony gammasugárzási energiaértékeknél jelentkezik, és ennek növekedésével élesen csökken.
Ha a gamma-sugárzás energiája 0,2-1 MeV, akkor a legvalószínűbb folyamat a gamma-sugárzás és az egyik külső elektron kölcsönhatása. E kölcsönhatás során a gamma-kvantum energiájának elektronrészére kerül át, amely az elektron mozgási energiájává (E e) alakul, és a másodlagos elektron az anyag atomjainak ionizálására fordítja. Ennek megfelelően a gamma-kvantum energiája (E g) csökken, míg mozgásának iránya megváltozik. A gamma-sugarak energiájának csökkentésének és az elektronok általi szórásának folyamatát ún Compton hatás(rugalmatlan szórás) (11. ábra).
Amikor a gamma-kvantumok kölcsönhatásba lépnek az atommag elektromágneses mezőjével, az megszűnhet gamma-kvantumként létezni, és két részvé alakulhat át: elektronná és pozitronná. A gamma-sugarak és az anyag kölcsönhatási folyamatát ún elektron-pozitron párok kialakulása. Ilyen kölcsönhatás akkor lehetséges, ha a gamma-kvantum energiája egyenlő vagy nagyobb, mint 1,02 MeV. Ez azzal magyarázható, hogy az elektron és a pozitron nyugalmi energiája 0,51 MeV, majd 1,02 MeV-ot fordítanak a képződésükre.
10. ábra. Fotóeffektus Fig. 11. Compton-effektus
Az 1,02 MeV feletti gamma-kvantum által birtokolt összes felesleges energia kinetikus energia formájában egyenlő mértékben kerül át az elektronra és a pozitronra. A pár képződése során megjelenő elektron és pozitron kinetikai energiáját a közeg ionizációjára fordítja, ami után a pozitron megsemmisül, egyesülve a közegben lévő szabad elektronok egyikével (12. ábra).
Az atomokat közvetlenül ionizáló alfa és béta részecskékkel ellentétben a gamma kvantumok minden esetben az anyaggal kölcsönhatásba lépve szabad szekunder elektronok és pozitronok megjelenését idézik elő benne, amelyek ionizációt váltanak ki.
Rizs. 12. Elektron-pozitron pár kialakulása
A gammasugárzásnak nagyon kicsi a valószínűsége, hogy kölcsönhatásba lép az anyaggal. Ez azt jelenti, hogy a fotoelektromos hatás, a Compton-szórás és az elektron-pozitron párok kialakulása, amikor a gamma-sugárzás áthalad az anyagon, meglehetősen ritkák.
A gamma-kvantumok ionizáló képessége a gamma-kvantumok és a töltött részecskék azonos energiájánál és ugyanazon kölcsönható közeg mellett ezerszer kisebb, mint a töltött részecskék ionizáló képessége.
Levegőben a gamma-kvantumok lineáris ionizációs sűrűsége 2-3 ionpár 1 cm-es úton. A gamma-sugarak áthatoló képessége a levegőben több száz méter.
A gamma-sugárzás intenzitásának csillapítását (abszorpcióját) egy anyagban a Bouguer-törvény határozza meg:
, (3.5)
ahol I a gamma-sugárzás intenzitása az R mélységben az anyagban; I 0 – a gamma-sugárzás intenzitása az anyagba való belépéskor; m – lineáris csillapítási együttható.
Az m együttható az m f fotoelektromos effektus abszorpciós együtthatójából, a Compton-effektus m k csillapítási együtthatójából és az m pár elektron-pozitron párok képződésének abszorpciós együtthatójából áll:
. (3.6)
Az m együttható nemcsak a gamma-sugarak energiájától függ, hanem a közeg sűrűségétől és átlagos rendszámától is. Ezért célszerűbb a gamma-sugárzás anyag általi elnyelését az m m = m/r tömegcsillapítási együtthatóval kifejezni. Akkor kapunk
. (3.7)
. Sugárdózis a besugárzott közeg egységnyi tömegére vonatkoztatva elnyelt ionizáló sugárzási energia mennyisége. Vannak elnyelt, expozíciós és egyenértékű sugárzási dózisok.
Az elnyelt sugárdózis(D) bármely típusú ionizáló sugárzás energiamennyisége, amelyet bármely anyag egységnyi tömege elnyel:
, (3.8)
ahol dE az elnyelt sugárzási energia; dm a besugárzott anyag tömege.
Ez az érték lehetővé teszi a különböző típusú sugárzások hatásának számszerűsítését különböző környezetben. Nem függ a besugárzott anyag térfogatától és tömegétől, és főként a sugárzás ionizáló képessége és energiája, az elnyelő anyag tulajdonságai és a besugárzás időtartama határozza meg.
Biológiai objektumban a dózis meghatározásakor figyelembe kell venni a külső és belső besugárzást, mivel a radioaktív anyagok étellel, vízzel és belélegzett levegővel kerülhetnek a szervezetbe. Ebben az esetben a belső szervek besugárzása nemcsak gamma-, hanem alfa- és béta-sugárzással is történik.
Az elnyelt dózis az ionizáló sugárzás anyagra gyakorolt hatásának mennyiségi mértéke. Az elnyelt dózis mértékegysége a szürke (Gy) - az 1 joule 1 kg tömegű besugárzott anyagra átvitt bármilyen ionizáló sugárzás energiájának megfelelő elnyelt sugárzási dózis: 1 Gy = 1 J/kg.
A gyakorlatban nem rendszerszintű egységet használnak - boldog(Rad – az angol „radiation absorbet dose” kifejezés kezdőbetűi szerint). 1 rad dózis azt jelenti, hogy 100 erg energia nyelődik el minden gramm besugárzott anyagban. 1 rad = 100 erg/g = 0,01 J/kg = 0,01 Gy, azaz. 1 Gy = 100 rad (1 erg = 10 J).
Az elnyelt sugárzás dózisa a sugárzás és az elnyelő közeg tulajdonságaitól függ. Az alacsony energiájú töltött részecskék (alfa, béta részecskék, protonok), gyors neutronok és más sugárzások esetében, amikor az anyaggal való kölcsönhatásuk fő folyamata a közvetlen ionizáció és a gerjesztés, az elnyelt dózis az ionizáló sugárzás egyértelmű jellemzőjeként szolgál. interakció a környezettel. Ez annak köszönhető, hogy a közegben lévő sugárzás ionizáló képességét jellemző paraméterek és az elnyelt dózis között megfelelő közvetlen összefüggések állapíthatók meg.
Röntgen- és gamma-sugárzásnál ilyen függőségek nem figyelhetők meg, mert Az ilyen típusú sugárzások közvetetten ionizálnak. Következésképpen az elnyelt dózis nem szolgálhat e sugárzások jellemzőjeként a környezetre gyakorolt hatás szempontjából.
Bevezetés
A neutront 1932-ben fedezték fel. A neutron felfedezése fordulópontot jelentett a nukleáris reakciók tanulmányozásában. Mivel a neutronoknak nincs töltésük, akadályok nélkül behatolnak az atommagokba, és átalakulásokat okoznak. Fermi olasz fizikus, aki először kezdett neutronok által kiváltott reakciókat tanulmányozni, felfedezte, hogy a nukleáris átalakulásokat még a lassú, termikus sebességgel mozgó neutronok is okozzák. Az intranukleáris energia gyakorlati hasznosítása azáltal vált lehetségessé, hogy a maghasadás alapvető ténye két-három neutron kibocsátása a hasadási folyamat során. A hasadás során felszabaduló neutronok energiája eltérő értékű - több millió elektronvolttól egészen kicsi, nullához közeliig. Csak az atommagokban szerez stabilitást a neutron más nukleonokkal való kölcsönhatás miatt. Egy szabad neutron átlagosan 16 percig él. Ezt kísérletileg csak azután igazolták, hogy olyan atomreaktorokat építettek, amelyek erőteljes neutronsugarat termeltek.
Radioaktivitás– a radionuklidok azon képessége, hogy az atommag egyik energiaállapotból a másikba való átmenete következtében spontán átalakulnak más elemek atomjaivá, amit ionizáló sugárzás kísér. Normál állapotban a neutronok és a protonok számának aránya az atommagban szigorúan meghatározott. A köztük lévő távolság és kötési energiájuk minimális, a mag stabil. A neutronokkal (vagy más részecskékkel) történő besugárzás hatására az atommag gerjesztett állapotba kerül. Egy idő után stabil állapotba kerül, és a felesleges energia a magból radioaktív sugárzássá alakul. Az atommagok instabil állapotból stabil állapotba való átmenetét többletenergia kibocsátásával radioaktív bomlásnak nevezik.
Neutronsugárzás
A nukleáris bomlás során a radioaktív sugárzás fő típusai a következők:
gamma-sugárzás;
· béta-sugárzás;
· alfa-sugárzás;
· neutronsugárzás.
Neutronsugárzás. A neutronokat az atommagok bocsátják ki magreakciók során, amikor az uránmagok hasadása következtében az atommagba kívülről kapott energia elegendő a neutron atommaggal való kötésének tönkretételéhez. Mivel nincs töltés, a neutronok nem lépnek kölcsönhatásba az elektronok és az atommagok elektromos mezőivel, amikor áthaladnak az anyagon, és akadálytalanul mozognak, amíg egy atommaggal nem ütköznek. És mivel az atommagok mérete mérhetetlenül kisebb, mint maguk az atomok, nagyon ritkák az ütközések, és a szabad út szilárd testben is eléri a több centimétert (levegőben több száz métert).
A neutronok anyaggal való kölcsönhatásának három típusát tekintjük:
· rugalmas szóródás magok által– amikor a neutronenergia egy része az atommagba kerül, a másik része a szórt neutronnál marad. A rugalmas szórás során az atommag belső energiája nem változik, csak mozgási energiára tesz szert;
· rugalmatlan szóródás a magokon - amikor a belső visszarúgási energia megváltozik. Az atommag izgalomba jön, és normál állapotába visszatérve gamma kvantumot bocsáthat ki;
· a neutronok magok általi befogása Amikor a neutronokat az atommagok befogják, erősen gerjesztett atommag keletkezik, amely normál állapotába visszatérve különféle részecskéket bocsáthat ki.
Az energia alapján a neutronokat termikusra, közbensőre és gyorsra osztják. A neutronsugárzás elleni védelem érdekében magas moderáló és elnyelő képességű anyagokat használnak - víz, paraffin, grafit, bór, kadmium stb.
A neutronok fő forrása a működő reaktor. A reaktorban a neutronok hatására aktiválódik a hűtőközeg, a szerkezeti anyagok, valamint a berendezések és csővezetékek korróziós termékei. A keletkező radioaktív izotópok gamma- és béta-sugárzás forrásai. Az urán reaktorban történő hasadása során főleg gamma- és béta-aktivitású hasadási töredéktermékek, valamint gáznemű hasadási termékek keletkeznek.
Sugárforrások az atomerőművekben
Az atomerőműben telepített reaktor típusától és technológiai felépítésétől függetlenül az atomerőműben a fő sugárforrások a reaktormag, a folyamatkör csővezetékei és berendezései, a kiégett fűtőelem-medencék, a speciális vízkezelő rendszerek, ill. berendezéseik, és maga a reaktorvédelem.
1. ábra Neutronforrások.
A működő reaktor zónájában lévő neutronforrások négy csoportra oszthatók:
· prompt neutronok, i.e. az üzemanyagmagok hasadási folyamatát kísérő neutronok;
· késleltetett neutronok – a hasadási fragmentumok erősen gerjesztett magjai által kibocsátott neutronok;
· aktivációs neutronok – bizonyos nukleáris reakciók termékeinek radioaktív bomlása során bocsátanak ki;
· fotoneutronok - egyes atommagokon (γ, n) reakciók eredményeként jönnek létre.
A reaktor teljesítménye mellett a sugárdózishoz a legnagyobb mértékben az azonnali neutronok járulnak hozzá.
Neutronforrások. Az azonnali neutronok szinte egyidejűleg keletkeznek a maghasadással. Az azonnali neutronok átlagos száma a 235U, 233U, 239Pu hasadása során 2,5 ± 0,03, 2,47 ± 0,03 és 2,9 ± 0,04. A késleltetett neutronok lényegesen kisebb mennyiségben keletkeznek (0,002 - 0,007 neutron/hasadás), és egyes hasadási termékek bocsátják ki őket, amelyek felezési ideje 0,18 - 54,5 s.
A gyors és késleltetett neutronok energiaeloszlását különféle empirikus képletekkel írják le, de gyakrabban a következő képlettel:
ahol S(En) a neutronok száma.
En a neutron energiája, MeV.
A 4 és 12 MeV közötti energiatartományban - sugárvédelmi szempontból a legfontosabb - a hasadási neutronok spektruma egy egyszerű exponenciálissal írható le:
S(En) = 1,75 exp (- 0,776 En), (2)
ennek az aránynak a hibája nem több, mint 15%.
A sugárvédelem érdekében szükség van a hasadási neutronok integrál spektrumára, vagyis az En-t meghaladó energiájú hasadási neutronok spektrumában (1) lévő neutronok számára:
(3)
A megelőző munkához a hasadási neutronok spektrumát (6.2. ábra) és a hasadási neutronok integrál spektrumát (6.3. ábra) táblázatok formájában mutatjuk be, amelyekben S(En) és χ(Εn) egységre normalizálva van. A hasadási neutronok legvalószínűbb energiája 0,6 - 0,8 MeV, az átlag pedig 2 MeV, a maximumot 12 MeV-nak feltételezzük.
A hasadás során keletkező neutronok és az aktív zónát alkotó elemek atommagjai közötti kölcsönhatás következtében (rugalmas és rugalmatlan szórás, abszorpció, hasadás) a hasadási neutronok spektruma (6.2. ábra) deformálódik és formát ölt. ábrán látható. 4. A gyorsneutronok csoportjának megfelelő energiatartományban gyakorlatilag nem tér el a hasadási neutronok spektrumától, a köztes energiatartományban a mérsékelt neutronok spektruma, azaz az 1/En spektrum, ill. a termikus és szupratermális energiarégiók a Maxwell-spektrum. A 4. ábra természetesen a spektrum alapvető nézetét mutatja, a tényleges a mag összetételétől és az arra vonatkozó információktól, valamint a magból kiszivárgó neutronok spektrumától és mennyiségétől (neutronfluxussűrűség a a mag felülete), a mag fizikai jellemzőinek számítási eredményeiből nyerhető.
A neutronok, egységnyi tömegű semleges részecskék nagyon nagy áthatolóképességgel rendelkeznek. A nagy energiájú neutronok (gyorsneutronok) kölcsönhatásba lépnek az atommagokkal, ami proton kibocsátását okozza. Az alacsony energiájú neutronok (termikus neutronok) az atommagokkal kölcsönhatásba lépve radioaktív atommagokat képeznek, amelyek kibocsájtanak (3 részecskék vagy sugarak - A neutronok cellulózra gyakorolt hatása ezeknek a másodlagos sugárzásoknak az eredménye. [...]
Ionizáló sugárzás - elektromágneses (röntgen, nyaláb) és korpuszkuláris] (os-részecskék, (3-részecskék, protonok és neutronok fluxusa) sugárzás, amely valamilyen mértékben behatol az élő szövetekbe, és bennük „kopogással” kapcsolatos változásokat okoz. ki” az atomokból és molekulákból származó elektronok vagy az ionok közvetlen és közvetett felbukkanása A természeteseket meghaladó dózisokban (természetes háttérsugárzás), azaz káros az élőlényekre.[...]
A robbanás területén a neutronokat a levegőben lévő nitrogénatomok befogják, gamma-sugárzást hozva létre, amelynek hatásmechanizmusa a környező levegőn hasonló az elsődleges gamma-sugárzáshoz, vagyis segít fenntartani az elektromágneses mezőket és áramokat. [...]
A neutronsugárzás az anyagmagokkal való ütközés eredményeként alakítja át energiáját. Rugalmatlan kölcsönhatások során másodlagos sugárzás keletkezhet, melyben lehetnek töltött részecskék és y-sugárzás is. Elasztikus ütközések esetén az anyag ionizációja lehetséges. A neutronok áthatoló képessége nagymértékben függ az energiájuktól.[...]
A neutronsugárzás olyan nukleáris részecskék áramlása, amelyeknek nincs elektromos töltése. A neutron tömege körülbelül 4-szer kisebb, mint az alfa-részecskék tömege. Az energiától függően vannak lassú neutronok (1 KeV1-nél kisebb energiájú), köztes energiájú neutronok (1-500 KeV) és gyors neutronok (500 KeV-től 20 MeV-ig). A lassú neutronok közül a 0,2 eV-nál kisebb energiájú termikus neutronokat különböztetjük meg. A termikus neutronok lényegében termodinamikai egyensúlyi állapotban vannak a közeg atomjainak hőmozgásával. Az ilyen neutronok legvalószínűbb mozgási sebessége szobahőmérsékleten 2200 m/s. A neutronok és a közegben lévő atommagok rugalmatlan kölcsönhatása során másodlagos sugárzás jelenik meg, amely töltött részecskékből és gamma-kvantumokból áll (gamma-sugárzás). A neutronok és az atommagok rugalmas kölcsönhatásai során az anyag közönséges ionizációja figyelhető meg. A neutronok áthatoló képessége az energiájuktól függ, de lényegesen nagyobb, mint az alfa- vagy béta-részecskéké. Így a köztes energiájú neutronok úthossza körülbelül 15 m a levegőben és 3 cm a biológiai szövetben, a gyors neutronok hasonló mutatói 120 m, illetve 10 cm. Így a neutronsugárzás nagy áthatoló képességgel rendelkezik, és a A testes sugárzás minden fajtája a legnagyobb hatással van az emberre. A neutronfluxus teljesítményét a neutronfluxus sűrűségével mérjük (neutron/cm2 s).[...]
A neutronok részesedése a teljes sugárdózisban a behatoló sugárzás során kisebb, mint a gamma-sugárzás dózisa, de az atombomba teljesítményének csökkenésével nő. A neutronok indukált sugárzást okoznak fémtárgyakban és fontokban a robbanás területén. A behatoló sugárzás által érintett terület sugara lényegesen kisebb, mint a lökéshullám és a fényimpulzus által okozott károsodás sugara.[...]
A gamma-sugárzás y-kvantumok árama, azaz nagyon rövid hullámhosszú elektromágneses sugárzás, amely mélyen behatol az emberi testbe, és nagy sugárzási veszélyt jelent. A neutronsugárzásnak is nagy áthatoló ereje van.[...]
A „nagyenergiájú sugárzás” kifejezést a jelen áttekintésben az anyaggal nem specifikus (kémiailag) kölcsönhatásba lépő sugárzás jelölésére használjuk, azaz a kölcsönhatás jellege szinte független az anyag kémiai szerkezetétől. Az „ionizáló sugárzás” kifejezést is gyakran használják erre a fajta sugárzásra. Az ilyen típusú sugárzás energiája általában sokszorosa a kémiai kötések energiájának. Ezzel szemben az ultraibolya vagy látható fény energiája általában megközelítőleg ugyanolyan nagyságrendű, mint egy kémiai kötés energiája. Az ultraibolya és a látható fény abszorpciója az anyag kémiai szerkezetétől függ ( fejezet. Ez a rész elsősorban a röntgen- és gamma-sugarak, az elektronok és neutronok hatását írja le a cellulóz kémiai és fizikai tulajdonságaira. [...]
A fotonsugárzás, valamint a neutronok és más töltetlen részecskék nem közvetlenül ionizálnak, de a közeggel való kölcsönhatás során olyan töltött részecskéket (elektronokat, protonokat stb.) szabadítanak fel, amelyek képesek a közeg atomjait és molekuláit ionizálni. amelyen áthaladnak. Így közvetett ionizáló sugárzásnak nevezzük a töltetlen részecskékből (például neutronokból) vagy fotonokból álló ionizáló sugárzást, amelyek viszont közvetlenül ionizáló sugárzást hozhatnak létre és (vagy) nukleáris átalakulásokat okozhatnak.[...]
KOZMIKUS SUGÁRZÁS. Komplex összetételű, nagy energiájú és nagy áthatolóképességű korpuszkuláris sugárzás, amely időben állandó intenzitással áthatol a légkör teljes vastagságán. A világűrből nagyon nagy sebességgel a légkörbe behatoló primer kozmikus energia protonok, alfa-részecskék (héliummagok) és számos más nagyon nagy energiájú (109-1016 eV) elem atommagja. A légköri gázok atomjainak ionizálásával másodlagos kozmikus sugárzás keletkezik, amely az összes ismert elemi részecskét (elektronok, mezonok, protonok, neutronok, fotonok stb.) tartalmazza. Ezért a kozmikus sugárzás intenzitása gyorsan növekszik a magassággal. 15 km-es szinten 150-szer nagyobb lesz, mint a Föld felszínén, majd csökken, és a légkör magas rétegeiben állandó marad (kb. 10 részecske per 1 cm2/ppm). A K.I. a légköri levegő legfontosabb ionizálója.[...]
A gyors neutronok dózisai 10-20-szor kisebbek (az elnyelt energia egységeiben - szürkékben vannak kifejezve). Röntgen- és gammasugárzásnak vagy gyorsneutronoknak való kitettség után a magvak azonnal elvehetők.[...]
Az ionizáló sugárzás heterogén természetű. A korpuszkuláris sugárzást (alfa és béta részecskék, protonok és neutronok fluxusa) és elektromágneses oszcillációkat (gamma-sugarak) képviseli. Általában azt mondják (bár ez nem teljesen pontos), hogy az alfa-sugárzás egy két protonból és két neutronból álló részecskemag kibocsátása. A béta sugárzás az elektronok kibocsátása. Amikor egy nuklid nem részecskéket, hanem tiszta energianyalábot (gamma-kvantumot) bocsát ki, akkor gamma-sugárzásról beszélnek.[...]
Az aktivációs elemzésben használt sugárzások (gyors és lassú neutronok, protonok, deuteronok, α-részecskék, kemény y-kvantumok) közül a lassú (termikus) neutronokat használják leginkább.[...]
Ionizáló sugárzásnak minősül minden olyan sugárzás, a látható fény és az ultraibolya sugárzás kivételével, amelynek közeggel való kölcsönhatása annak ionizációjához, azaz mindkét előjelű töltések kialakulásához vezet. Az ionizáló sugárzás minden típusát hagyományosan elektromágneses (vagy hullám) és korpuszkuláris (a-, 3-, neutron-, proton-, mezon- és egyéb sugárzásra) osztják.[...]
IONIZÁLÓ SUGÁRZÁS - az elektromágneses sugárzás részecskéinek (elektronok, pozitronok, protonok, neutronok) és kvantumainak (röntgen- és gamma-sugárzásnak) áramlása, amelynek áthaladása egy anyagon ionizációhoz és atomjainak és molekuláinak gerjesztéséhez vezet. I. és. a természetesnél nagyobb adagokban káros a szervezetre.[...]
Az ionizáló sugárzás a röntgensugárzás (röntgen), a kozmikus sugárzás protonjai és neutronjai, valamint az izotópok radioaktív elemei (plutónium, 82P, MS, 8H, kobalt-90 stb.) által kibocsátott a-, P- és y-l sugarak. ). Az atomreaktorokból származó radioaktív hulladék is ionizáló sugárzás forrása.[...]
Az y-sugárzás elleni védelemre nagy rendszámú anyagokat (például ólmot), a neutronfluxussal szemben pedig hidrogéntartalmú anyagokat (víz, polietilén, paraffin, gumi stb.) használnak [.. .]
A neutronaktivációs elemzés érzékenysége zavaró radionuklidok hiányában is számos változó függvénye, amelyek három fő csoportba sorolhatók. Az első csoportba a minta besugárzásával kapcsolatos paraméterek tartoznak (neutronfluxussűrűség, besugárzás időtartama); a második csoportba - a mérési feltételeket meghatározó paraméterek (mintatartás időtartama, kvantumregisztráció hatékonysága, mérések időtartama, zavaró sugárzás szintje); a harmadik csoportba - a keletkező radionuklidok magfizikai jellemzői (nukleáris reakció keresztmetszete, a reakciót lebonyolító elem bősége, felezési ideje és kvantumhozama az analitikai [...]
A hasadási és neutronaktivációs termékek radioaktív átalakuláson mennek keresztül elsősorban a p-bomlás, illetve egyes esetekben a pozitronok kibocsátása és az orbitális elektronok befogása révén. A nehéz elemek (Th232, U233, U235, U238, Pu239) magjai α-transzformációk révén bomlanak le. Az atommagok túlnyomó többségének bomlása y-sugárzással jár...[...]
A neutronsugárzás elleni védelem kiszámításakor emlékezni kell arra, hogy a védelem a termikus és hideg neutronok abszorpcióján alapul, és a gyorsneutronokat először le kell lassítani. Az anyagok védő tulajdonságait késleltető és elnyelő képességük határozza meg. A gyors neutronok lassítására hidrogéntartalmú anyagokat (víz, beton, műanyag stb.) használnak. A termikus neutronok hatékony elnyelésére nagy befogási keresztmetszetű anyagokat használnak (bóracél, bórgrafit, kadmium-ólom ötvözet).[...]
Az ionizáló sugárzás energiája elegendő ahhoz, hogy egy élő sejtben az atomi és molekuláris kötések megsemmisüljenek, ami nagyon gyakran annak halálához vezet. Minél intenzívebb az ionizációs folyamat az élő szövetben, annál nagyobb biológiai hatása van ennek a sugárzásnak az élő szervezetre. Az ionizáló sugárzás hatására végbemenő összetett biofizikai folyamatok eredményeként a szervezetben különféle típusú gyökök képződnek, amelyek viszont különféle, az egészséges szövetekre nem jellemző vegyületeket képezhetnek. Ezenkívül a vízmolekulák hidrogénre és hidroxilcsoportra való felbomlása, amelyet a radioaktivitás ionizáló hatása okoz, számos zavart okoz a biokémiai folyamatokban. A szervezetben ionizáló sugárzás hatására a vérképzőszervek működésének gátlása, az immunrendszer és az ivarmirigyek elnyomása, gyomor-bélrendszeri zavarok, anyagcserezavarok, rákkeltő reakciók stb különbséget tesznek külső és belső expozíció között. Külső besugárzásról akkor beszélünk, ha a sugárforrás a testen kívül található, és a radioaktivitás termékei nem jutnak be a szervezetbe. Ebben az esetben a legveszélyesebb a /?-, y-, röntgen- és neutronbesugárzás. Ez az eset a gyakorlatban akkor valósul meg, ha olyan berendezéseken dolgozunk, amelyek röntgen- és y-sugárzással, ampullákba zárt radioaktív anyagokkal stb.[...]
Néhány más típusú sugárzás is legalább közvetve érdekli az ökológust. A neutronok nagy, töltetlen részecskék, amelyek önmagukban nem okoznak ionizációt, hanem az atomok stabil állapotukból való kilökésével indukált radioaktivitást hoznak létre azokban a nem radioaktív anyagokban vagy szövetekben, amelyeken áthaladnak. Ugyanolyan mennyiségű elnyelt energiával a „gyors” neutronok 10, a „lassú” - 5-ször nagyobb kárt okoznak, mint a gamma-sugárzás. A neutronsugárzással reaktorok közelében és nukleáris robbanási helyeken is találkozhatunk, de mint fentebb említettük, nagy szerepük van a radioaktív anyagok képződésében, amelyek aztán széles körben elterjednek a természetben. A röntgensugárzás a gamma-sugárzáshoz nagyon hasonló elektromágneses sugárzás, de nem az atommagban, hanem az elektronok külső héjában keletkeznek, és nem a környezetben szétszórt radioaktív anyagok bocsátják ki. Mivel a röntgensugarak és a gamma-sugárzás hatásai azonosak, és mivel a röntgensugarak egy speciális berendezéssel könnyen beszerezhetők, kényelmesen használhatók egyedek, populációk és még kis ökoszisztémák kísérleti vizsgálatához is. A kozmikus sugarak olyan sugárzás, amely a világűrből érkezik hozzánk, és korpuszkuláris és elektromágneses összetevőkből áll. A kozmikus sugarak intenzitása a bioszférában alacsony, de ezek jelentik a fő veszélyt az űrutazás során (20. fejezet). A vízben és talajban található természetes radioaktív anyagok által kibocsátott kozmikus sugarak és ionizáló sugárzások alkotják az úgynevezett háttérsugárzást, amelyhez a meglévő élővilág alkalmazkodik. Lehetséges, hogy a génáramlást a biótában ennek a háttérsugárzásnak a jelenléte tartja fenn. A bioszféra különböző részein a természetes háttér három-négyszeres eltérést mutat. Ebben a fejezetben elsősorban a háttérbe szoruló mesterséges radioaktivitásra koncentrálunk.[...]
A hasadási neutronok energiaspektruma gyakorlatilag folytonos és a termikus energiáktól a 25 MeV körüli energiákig terjed, átlagos energiája 1-2 MeV, legvalószínűbb energiája 0,72 MeV. Ebben az esetben a 0,1 MeV-nál nagyobb energiájú neutronok (köztes és gyors neutronok) aránya körülbelül 99%. A láncreakció fenntartásához a neutronokat speciális eszközökben - moderátorokban - lelassítják, ahol termikus egyensúlyba kerülnek. a környezetet, és ismét kölcsönhatásba lépnek a nukleáris üzemanyaggal. A gyors hasadási spektrumú neutronok, rezonáns, köztes és termikus neutronok fluxusának aránya a reaktormagban a tüzelőanyag típusától, a moderátortól, a rendszer geometriától és néhány egyéb tényezőtől függ. Mivel a termikus neutronok a reaktorcsatornák 90-95%-át teszik ki, az egyéb energiájú neutronokat általában figyelmen kívül hagyják. A NAA gyakorlatában azonban bármely elem (vagy elemcsoport) meghatározásának szelektivitásának növelésére a neutronsugárzás átalakítását alkalmazzák C1 vagy B szűrők használatával. Ezek a szűrők erősen elnyelik a termikus neutronokat, ami biztosítja rezonáns és gyors neutronok elemzése.[ ..]
A radioaktív sugárzás energiáját joule-ban (J) mérik. A radioizotópok aktivitását az egységnyi idő alatt bekövetkező bomlási események száma határozza meg, és becquerelben (Bq) mérjük, amelynek mérete s-1. Folyadékokban a gyógyszer fajlagos radioaktivitását B c/kg-ban fejezzük ki. A röntgen- és γ-sugárzás fontos mértékegysége az expozíciós dózis, amelyet coulombban (C) mérnek 1 kg anyagra vonatkoztatva. Az expozíciós dózist A/kg-ban fejezzük ki. Adagolási sebesség - R/s = = 2,58-10 4 C/kg, R/min = 4,30 10 6 C/kg. A sugárdózist biológiai hatása – K minőségi tényező – határozzuk meg. Röntgen- és y-sugárzásnál K = 1, termikus neutronoknál K = 3. [...]
Az ionizáló (áthatoló) sugárzás vagy sugárzás rövidhullámú elektromágneses sugárzás: röntgen- és γ-sugárzás, nagy energiájú töltött részecskék - elektronok, protonok, α-részecskék stb., valamint gyorsneutronok - olyan részecskék, amelyek nincs díj [...]
A radioaktív sugárzás másik fajtája a neutronfluxus. A neutronok az atommagok alkotóelemei. A neutron tömege megközelítőleg megegyezik a proton tömegével. A neutronoknak nincs elektromos töltésük. A gyors neutronok nagy energiájúak (akár több tíz Meu). Elektromosan nem taszítják el őket a pozitív töltésű atommagoktól, ezért e részecskék rugalmas ütközése következik be, melynek eredményeként „visszapattanó protonok” jelennek meg, amelyek körülbelül a neutron kezdeti energiájával megegyező energiával mozognak. A gyors neutronok és a „visszapattanó protonok” áthatoló képessége nagyszerű.[...]
A fizikai szennyezés egyik fajtája az ionizáló sugárzás. Elegendő energiával rendelkezik ahhoz, hogy egy vagy több elektront kiütjön az atomokból, és pozitív töltésű ionokat képezzen, amelyek viszont reagálnak és elpusztítják az élő szervezetek szöveteit. Az ionizáló sugárzásra példa a nap ultraibolya sugárzása és az ultraibolya besugárzó gépek, a röntgensugárzás, a maghasadási és fúziós reakciók során keletkező neutronsugárzás, valamint a radioaktív izotópok által kibocsátott alfa-, béta- és gamma-sugárzás. Egyes anyagok esetében minden izotóp radioaktív (technécium, prométium, valamint a periódusos rendszer összes eleme, kezdve a polóniummal és a transzuránnal bezárólag).[...]
A legtöbb radiometriai műszer alapja a sugárzás azon képessége, hogy ionizálja azt a közeget, amelyen keresztül áthatol. Az alfa- és béta-sugárzás közvetlenül ionizálja a közeg atomjait, a semleges sugárzás, vagyis a gamma-, röntgen- és neutronfluxusok másodlagos folyamatok eredményeként ionizálják a közeg atomjait.[...]
Az Y-szerkezetről információt nyújtó módszerek azok, amelyek sugárzást vagy olyan részecskéket használnak, amelyek csak rövid ideig lépnek kölcsönhatásba a folyadékkal, és energiájuk kimutatható hányadát kicserélik a folyadékban lévő molekulákkal. Az infravörös és Raman spektroszkópia, valamint a rugalmatlan neutronszórás megfelel ezeknek a követelményeknek, és a folyadék Y-szerkezetére vonatkozó fő információforrás (4.2. ábra). A neutronszórás 10 és s időintervallumokról ad információt. Mivel ez az idő egybeesik a tn periódussal, a neutronszórás hasznos módszer az ideiglenes egyensúlyi helyzetek mozgásának természetének vizsgálatára. A mozgások közötti átlagos idő meghatározására dielektromos polarizációs relaxációs és mágneses magrezonancia vizsgálatokat alkalmaznak. Az alábbiakban a víz tulajdonságainak tárgyalásának sorrendje azon időskálán alapul, amelyről a módszerek információt szolgáltatnak.[...]
A mobil képernyők létrehozásához különféle anyagokat használnak. Az alfa-sugárzás elleni védelmet több milliméter vastag közönséges vagy szerves üvegből készült képernyők használatával érik el. A több centiméteres levegőréteg elegendő védelmet nyújt az ilyen típusú sugárzás ellen. A béta-sugárzás elleni védelem érdekében a képernyők alumíniumból vagy műanyagból (plexi) készülnek. Az ólom, acél és volfrámötvözetek hatékonyan védenek a gamma- és röntgensugárzás ellen. A nézőrendszerek speciális átlátszó anyagokból, például ólomüvegből készülnek. A hidrogén tartalmú anyagok (víz, paraffin), valamint berillium, grafit, bórvegyületek stb. védenek a neutronsugárzástól. A beton neutronok elleni védekezésre is használható.[...]
Az ólomból és paraffinból készült ernyők megakadályozzák, hogy nagy energiájú részecskék - elektronok, protonok, neutronok stb., amelyek akkor keletkeznek, amikor a kozmikus sugárzás kölcsönhatásba lép a föld légkörének felső rétegeiben lévő anyaggal, akkor a vízbe ne kerüljenek. Annak érdekében, hogy az árnyékolás megakadályozza a mágneses mezők áthatolását, ferromágneses anyagból kell készülnie. Léteznek ilyen eszközök, ezeket hipomágneses kamráknak nevezik. Hipomágneses kamrában (azaz vaskupak alatt) a Föld mágneses tere 10-100 000-szeresére gyengülhet.[...]
Az arzén mennyiségi meghatározása nagyon érzékeny, lassú neutronok hatására létrejövő arzén izotóp radioaktív sugárzásának mérésén alapul. Ezt a módszert Angliában használták a tengervíz arzéntartalmának meghatározására.[...]
Összehasonlításképpen: egy hasonló teljesítményű hagyományos atomtöltet mintegy 50 hektár erdőt érint, i.e. körülbelül hatszor kevesebb, mint egy neutronbomba. Ebben az esetben az ütközési zónában lévő összes tárgy és tárgy radioaktív sugárzás forrásává válik. Az emberekre vonatkoztatva a neutronfegyverek nukleáris sugárzásának lehetséges következményei megközelítőleg 7-szer veszélyesebbek, mint a gammasugárzásé.[...]
Ez az állítás az ionizáló sugárzás biológiai hatásainak tanulmányozása során kapott eredmények elemzéséből következik, amelyek meggyőzően jelzik az ionizáló sugárzás magas rákkeltő hatását. Megjegyzendő azonban, hogy ezeknek a sugárzásoknak a rákkeltő hatását főként a külső röntgensugárzással, gammasugárzással, neutronfluxusokkal, illetve kisebb mértékben a beépített radionuklidok sugárzásával végzett belső besugárzással nyert adatok igazolták.[. ..]
A test külső és belső besugárzása létezik. A külső sugárzás a külső forrásokból származó ionizáló sugárzásnak a testre gyakorolt hatását jelenti. A belső besugárzást radioaktív anyagok végzik, amelyek a légzőszerveken, a gyomor-bélrendszeren vagy a bőrön keresztül jutnak a szervezetbe. Külső sugárzás forrásai - kozmikus sugarak, természetes radioaktív források a légkörben, vízben, talajban, élelmiszerekben stb., alfa-, béta-, gamma-, röntgen- és neutronsugárzás forrásai a technológiában és az orvostudományban, töltött részecskegyorsítók, nukleáris sugárzás reaktorok (beleértve az atomreaktorok baleseteit is) és számos más.[...]
Az alkalmazott fotonukleáris reakciók típusától és az analitikai feladatoktól függően különféle típusú aktiváló y-sugárzás forrásokat alkalmaznak (nagy aktivitású nagyenergiájú y-sugárzás izotópforrásai, amelyek Ey > > 1 MeV, monoenergetikus y-sugárzás forrásai proton-, neutron- és egyéb magreakciók alkalmazása, bremsstrahlung sugárzás forrásai: lineáris elektrongyorsítók, betatronok, szinkrotronok stb.).[...]
Teljesen világos, hogy a daganatok (rákdaganatok) leggyakrabban a leginkább besugárzott szövetekben jelennek meg. Egyenletes besugárzásnál, amely gamma- vagy neutronsugárzás területén, vagy egyenletes eloszlású radionuklidok beépülésével történik, a daganat valószínűségét a szerv sugárérzékenysége határozza meg. A radioaktív anyagok szervezetbe jutásának módja is szerepet játszik.[...]
A körülöttünk lévő világban első pillantásra rendezetlenség és káosz uralkodik, de benne minden összefügg és kölcsönösen függ egymástól, visszajelzések ragadják meg és kooperatívan koordinálják. Az Univerzum minden objektuma között folyamatosan energiacsere zajlik, az elemi részecskéktől az élő sejtektől a neutroncsillagokig és a Galaxisig. A Földön sok folyamat szorosan összefügg a Napon és az űrben lezajló folyamatokkal. A Nap elektromágneses és korpuszkuláris sugárzásának kisebb ingadozásai jelentős eltéréseket okoznak a Föld magnetoszférájának folyamataiban a napszél hatására, és ennek következtében megváltozik a légkör, a litoszféra és a hidroszféra állapota.[...]
A Galaxisban keletkező kozmikus sugarak elérik a Földet, intenzitásuk idővel változik a Nap működése okozta modulációs folyamatok miatt. E részecskék energiája 10 MeV - 100 GeV, ami lehetővé teszi számukra, hogy behatoljanak a föld légkörébe, és másodlagos sugárzást okozzanak neutronok és protonok áramlása formájában. Ennek a sugárzásnak az intenzitása ciklikusan változik, de fajlagos értéke a földgömb egy adott pontján a hely magasságától és mágneses szélességétől függ [...].
Radioizotóp források. Jelenleg az (a, n) reakción alapuló radioizotóp-források a legelterjedtebbek. Általában a berilliumot, a Be9(a, n)C12-t használják célpontként. Ez oda vezet, hogy a Po210-Be forrásból származó neutronok spektruma folytonos, és az elektronvolt töredékeitől a 11,3 MeV-ig terjedő energiatartományba esik, a maximumok 3 és 5 MeV tartományban vannak. Az ipar n-(10®-10b) neutron/s külső sugárzási forrásokat állít elő. E források hátránya a Po210 viszonylag rövid felezési ideje, 138 nap.[...]
A trícium szerepe, mint a külső környezet hosszú távú radioaktív szennyeződésének egyik fő összetevője igen jelentős lehet, és ez a körülmény ösztönzi a trícium környezeti objektumokban történő meghatározására szolgáló módszerek kidolgozását. Ugyanakkor a trícium, amely a hidrogén izotópja, fizikai-kémiai tulajdonságaiban és sugárzási energiájában jelentősen eltér a külső környezet radioaktív szennyeződésének egyéb összetevőitől (hasadási töredékek, neutronaktivációs termékek), ezért a meghatározásának módszerei specifikusak. [...]
Céljuk szerint a reaktorokat teljesítményre, kísérletire és kutatásra osztják. A kísérleti reaktorok maguk a reaktorok fizikai paramétereinek és műszaki rendszereinek tisztázására tervezett reaktorok. Kutatóreaktorok alatt azokat a reaktorokat kell érteni, amelyeket neutron- és sugárzás erőteljes forrásaként használnak kutatási munkákhoz és üzemanyagrudak teszteléséhez. Ez a felosztás nem egyértelmű, hiszen mind a kísérleti, mind a kutatóreaktorok különböző típusú kutatásokra szolgálnak, és helyesebb egy csoportba sorolni őket.[...]
Egy dozimetriás készülék leolvasása mérésenként jelentősen eltérhet, különösen kis értékek mérése esetén, mivel a radioaktív bomlás valószínűségi folyamat. Ezért a megbízhatóbb eredmény elérése érdekében ajánlatos többször elvégezni a méréseket. Mérési eredménynek a mérések átlagértékét vesszük (t - 3...10-szer). Emellett figyelembe kell venni, hogy a lakossági dozimetriai műszerek a külső gamma-sugárzás dózisteljesítményének mérésére vagy értékelésére szolgálnak, és gyakorlatilag érzéketlenek az alfa-, béta- és neutronsugárzásra, valamint a „lágy” röntgen- ill. bremsstrahlung sugárzás (színes TV, színes számítógépes kijelzők, 60...80 kV-nál kisebb gyorsítófeszültségű röntgenkészülékek stb.).
A "sugárzás" kifejezés a latin radius szóból származik, és sugarat jelent. A szó legtágabb értelmében a sugárzás a természetben létező összes sugárzást lefedi: a rádióhullámokat, az infravörös sugárzást, a látható fényt, az ultraibolya és végül az ionizáló sugárzást. Az elektromágneses természetű sugárzások mindegyike hullámhosszban, frekvenciában és energiában különbözik.
Vannak olyan sugárzások is, amelyek eltérő természetűek, és különböző részecskék, például alfa-részecskék, béta-részecskék, neutronok stb.
Minden alkalommal, amikor egy gát megjelenik a sugárzás útján, energiájának egy részét vagy egészét átadja annak a gátnak. A sugárzás végső hatása pedig attól függ, hogy mennyi energiát adtunk át és vettünk fel a szervezetben. Mindenki ismeri a bronz barnaság örömét és a súlyos leégés okozta frusztrációt. Nyilvánvaló, hogy bármilyen típusú sugárzásnak való túlzott kitettség kellemetlen következményekkel jár.
Az ionizáló sugárzások a legfontosabbak az emberi egészség szempontjából. Ahogy az ionizáló sugárzás áthalad a szöveteken, energiát ad át és ionizálja az atomokat a fontos biológiai szerepet játszó molekulákban. Ezért bármilyen ionizáló sugárzásnak való kitettség ilyen vagy olyan módon befolyásolhatja az egészséget. Ezek a következők:
Alfa sugárzás ezek nehéz pozitív töltésű részecskék, amelyek két protonból és két neutronból állnak, amelyek szorosan kapcsolódnak egymáshoz. A természetben az alfa-részecskék nehéz elemek, például urán, rádium és tórium atomjainak bomlása során keletkeznek. A levegőben az alfa-sugárzás nem haladja meg az öt centimétert, és általában teljesen blokkolja egy papírlap vagy a bőr külső elhalt rétege. Ha azonban egy alfa-részecskéket kibocsátó anyag étellel vagy belélegzett levegővel kerül a szervezetbe, az besugározza a belső szerveket, és potenciálisan veszélyessé válik.
Béta sugárzás ezek olyan elektronok, amelyek sokkal kisebbek, mint az alfa részecskék, és több centiméter mélyre is behatolhatnak a testbe. Megvédheti magát tőle egy vékony fémlemezzel, ablaküveggel, és akár hétköznapi ruházattal is. Amikor a béta-sugárzás eléri a test nem védett területeit, általában a bőr felső rétegeit érinti. Az 1986-os csernobili atomerőmű-balesetben a tűzoltók bőrégési sérüléseket szenvedtek a béta-részecskéknek való nagyon erős expozíció következtében. Ha egy béta-részecskéket kibocsátó anyag bejut a szervezetbe, az besugározza a belső szöveteket.
Gamma sugárzás ezek fotonok, azaz. energiát hordozó elektromágneses hullám. A levegőben nagy távolságokat képes megtenni, fokozatosan elveszítve energiáját a közeg atomjaival való ütközés következtében. Az intenzív gammasugárzás, ha nem védjük meg tőle, nemcsak a bőrt, hanem a belső szöveteket is károsíthatja. A sűrű és nehéz anyagok, mint például a vas és az ólom kiváló gátat képeznek a gammasugárzással szemben.
Röntgensugárzás hasonló az atommagok által kibocsátott gamma-sugárzáshoz, de mesterségesen állítják elő egy röntgencsőben, amely önmagában nem radioaktív. Mivel a röntgencső árammal működik, a röntgensugárzás ki- és bekapcsolható egy kapcsoló segítségével.
Neutronsugárzás az atommag hasadása során keletkezik és nagy áthatoló képességgel rendelkezik. A neutronokat vastag beton-, víz- vagy paraffingátakkal lehet megállítani. Szerencsére a békés életben gyakorlatilag sehol nincs neutronsugárzás, kivéve az atomreaktorok közvetlen közelében.
A röntgen- és gamma-sugárzással kapcsolatban a gyakran használt meghatározások a következők: "kemény"És "puha". Ez az energiájának és a hozzá kapcsolódó sugárzás áthatoló erejének relatív jellemzője ("kemény" nagyobb energia és áthatolóerő, "lágy" kisebb). Az ionizáló sugárzás és áthatoló képessége
RadioaktivitásAz atommagban lévő neutronok száma határozza meg, hogy az adott atommag radioaktív-e. Ahhoz, hogy az atommag stabil állapotban legyen, a neutronok számának általában valamivel nagyobbnak kell lennie, mint a protonok számának. Egy stabil atommagban a protonokat és a neutronokat olyan szorosan kötik egymáshoz a nukleáris erők, hogy egyetlen részecske sem tud kiszabadulni. Egy ilyen mag mindig kiegyensúlyozott és nyugodt állapotban marad. Teljesen más a helyzet azonban, ha a neutronok száma felborítja az egyensúlyt. Ebben az esetben a magnak többletenergiája van, és egyszerűen nem lehet érintetlenül tartani. Előbb-utóbb felszabadítja felesleges energiáit.
A különböző atommagok különböző módon adják fel energiájukat: elektromágneses hullámok vagy részecskeáramok formájában. Ezt az energiát sugárzásnak nevezik. Radioaktív bomlás
Azt a folyamatot, amely során az instabil atomok leadják felesleges energiájukat, radioaktív bomlásnak, magukat az ilyen atomokat pedig radionuklidoknak nevezik. A kis számú protont és neutront tartalmazó könnyű atommagok egy bomlás után stabilakká válnak. Amikor a nehéz atommagok, például az urán bomlanak, a keletkező mag továbbra is instabil, és viszont tovább bomlik, új atommagot képezve stb. A nukleáris átalakulások láncolata egy stabil mag kialakulásával zárul. Az ilyen láncok radioaktív családokat alkothatnak. Az urán és a tórium radioaktív családja ismert a természetben.
A bomlás intenzitásának fogalmát a felezési idő fogalma adja - az az időszak, amely alatt a radioaktív anyag instabil magjainak fele lebomlik. Mindegyik radionuklid felezési ideje egyedi és változatlan. Az egyik radionuklid, például a kripton-94, egy atomreaktorban születik, és nagyon gyorsan lebomlik. Felezési ideje kevesebb, mint egy másodperc. Egy másik, például a kálium-40 az Univerzum születésekor keletkezett, és még mindig megmarad a bolygón. Felezési idejét évmilliárdokban mérik.
