🗊Презентация Физические основы радиоактивности

РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕРРИТОРИЙ Лащёнова Татьяна Николаевна Д-р биол.наук, канд.хим. наук, Профессор экологического факультета РУДН tlaschenova@yandex.ru 8 910 4049110

Тема Физические основы радиоактивности

Основные характеристики ионизирующего излучения Излучение — процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц. Ионизирующее излучение - потоки фотонов, а также заряженных или нейтральных частиц, взаимодействие которых с веществом среды приводит к его ионизации. Неионизирующее излучение - излучения с длиной волны более 1000 нм и энергией меньше 10 кэВ, заведомо недостаточной, чтобы ионизировать вещество.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Радиоактивности Радиоактивность - способность атомных ядер к самопроизвольному превращению в другие ядра с испусканием одной или нескольких заряженных частиц и фотонов. Активность - это количество актов распада в единицу времени. Период полураспада (T1/2)- время, в течение которого половина радиоактивных атомов распадается. Удельная активность - активность радионуклида (или смеси радионуклидов) в единице веса или объёма вещества. Постоянная радиоактивного распада - доля атомов, распадающихся в 1 секунду, λ.

Виды радиоактивного распада -излучение - ионизирующее излучение,состоящее из -частиц (ядер гелия), испускаемых при ядерных превращениях. -излучение - электронное (позитронное) ионизирующее излучение с непрерывным энергетическим спектром, испускаемое при ядерных превращениях.  - излучение - фотонное (электромагнитное) ионизирующее излучение, испускаемое при ядерных превращениях или аннигиляции частиц.

Энергетические строение атома Энергетические строение атома Из периодической системы для любого элемента по номеру периода можно определить число энергетических уровней атома, и какой энергетический уровень является внешним.  Главное квантовое число n – определяет энергетический уровень внешнего электрона, удаленность уровня от ядра, размер электронного облака. Принимает целые значения (n = 1, 2, 3 ...) и соответствует номеру периода. Главное квантовое число n = 1 2 3 4 5 6 7 Обозначение энергетического уровня K L M N O P Q  Орбитальное квантовое число – определяет форму электронного облака и энергию электрона на подуровне. Свойства элементарных частиц определяются местом положения в атоме: в ядре атома и на внешней оболочке

Свойства атомов Строение атома определяется расположением атома в периодической таблице Д. И. Менделеева. Свойства и основные характеристики зависят s-элементы p-элементы d-элементы f-элементы Пример. Элемент стронций Sr-90 расположен в пятом периоде. В его атоме электроны распределены по пяти энергетическим уровням (n = 1, n = 2, n = 3, n = 4, n = 5); внешним будет пятый уровень (n = 5). Н внешней орбите 2 электрона

Элементарные частицы

Строение атома Нуклон - протон и нейтрон, входящие в состав атомного ядра Массовое число, А – общее число нуклонов A = Z + N Z – число протонов, атомный номер, N - число нейтронов Изотопы - нуклиды с одинаковыми Z, но различными A и N Изобары - нуклиды с одинаковыми A, но различными Z и N Изотоны - нуклиды с одинаковыми N, но различными Z и A

-излучение это поток  -частиц (ядра гелия) Пробег  -частиц практически прямолинеен. При прохождении  -частиц через вещество происходит взаимодействие с электронами атомов. При этом она либо выбивает электроны из оболочки атомов, либо либо переволит на более удаленную орбиту. Если при движении  - частица выбивает электрон, образутся положительно заряженный ион, происходит ионизация среды. На ионизацию расходуется часть энергии  - частиц, она теряет скорость и постепенно останавливается. При этом она присоединяет к себе 2 электрона и становится электронейтральным атомом - атомом гелия.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВЕЩЕСТВОМ Альфа-частицы Неупругие и упругие столкновения. Альфа-частицы распространяются от источника прямолинейно, теряют энергию главным образом при взаимодействии с электронами атомов. При этом происходят: ионизация атомов или молекул; возбуждение атомов или молекул; выбивание атомов. Тяжёлая частица может вызвать ядерную реакцию.

Альфа-излучение – поток ядер гелия

Взаимодействие - излучения с веществом При движении в веществе электронов, они взаимодействуют с электронами оболочек атома, происходит ионизация среды. - частица в 7000 раз меньше  -частицы, она движется непрямолинейно, имеет место эффект рассеяния - частиц на электронах атома. Если - частица проходит вблизи ядра атома, то она тормозится в поле ядра, теряет скорость, энергию в виде тормозного излучения. Для бета-частиц существенное значение имеет неупругое взаимодействие с атомными ядрами, приводящее к испусканию жёсткого электромагнитного излучения.

Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов ядерного происхождения. Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов ядерного происхождения. Физические параметры электронов ядерного происхождения (масса, заряд) такие же, как и у электронов атомной оболочки. Обозначаются бета-частицы символами Β- или е-, B+ или е+. Энергия, освобождаемая при каждом акте распада, распределяется между бета-частицей и нейтрино.

Распад радионуклида Cs-137

Распад радионуклида Sr-90

Взаимодействие ИИ с веществом

Взаимодействие - излучения с веществом Гамма-кванты по пути перемещения передают часть энергии заряженным частицам, которые при своём движении ионизируют вещество. Теряют энергию за счёт процессов фотоэффекта, комптоновского рассеяния и образования электрон-позитронных пар.

   

Взаимодействие - излучения с веществом. Фотоэффект При фотоэффекте гамма-квант (он же - фотон), попадая в вещество, поглощается и передает всю свою энергию одному из атомных электронов и выбивает его из атома. При этом кинетическая энергия вылетевшего электрона равна энергии гамма-кванта за вычетом энергии связи электрона в ядре. После выбивания электрона свободный уровень заполняется электроном с другой оболочки ядра и акт фотопоглощения (поглощения “попавшего” в вещество фотона) завершается испусканием вторичного низкоэнергетического гамма-излучения - флуоресценцией. Как правило, электроны выбиваются с ближайшей к ядру К-оболочки. Если энергия гамма-кванта меньше энергии связи К-электрона, то выбиваются электроны с других оболочек. Фотоэффект наиболее вероятен при взаимодействии гамма-квантов небольшой энергии (до 200 кэВ) с веществами с большим Z (атомным номером).

Взаимодействие - излучения с веществом. Эффект комптоновского рассеяния (Комтон-эффект) При комптон-эффекте, в отличие от фотоэффекта гамма-квант не поглощается полностью в результате одного акта взаимодействия, а теряет свою энергию постепенно, путем упругого рассеяния на атомных электронах. Упругое рассеяние - это когда сумма кинетических энергий частиц до взаимодействия и после него остается постоянной. Итак, при упругом рассеянии на атомном электроне гамма-квант передает ему часть своей энергии и изменяет направление своего движения (по аналогии с движением биллиардных шаров). И так далее, взаимодействуя с другими электронами, пока не потеряет энергию полностью. Комптон-эффект преобладает над другими процессами взаимодействия гамма-квантов: от 0,5 до 5 МэВ в свинце, от 0,1 до 10 МэВ в железе, от 0,05 до 15 МэВ в алюминии и от 0,02 до 23 МэВ в воздухе.

Взаимодействие - излучения с веществом. Эффект образования пар В поле ядра или атомного электрона гамма-квант может превратиться в электронно-позитронную пару, которой передается вся его энергия. Суммарная кинетическая энергия электрона и позитрона равна энергии гамма-кванта за вычетом энергии покоя образованной пары - 2 m0*c2=1,022 МэВ m-масса электрона, с - скорость света в вакууме Поэтому эффект образования пар имеет энергетический порог - 1,022 МэВ. Образованный свободный позитрон нестабилен в присутствии электронов среды и быстро рекомбинирует с одним из них. При этом выделяется энергия 1,022 МэВ в виде двух аннигиляционных гамма-квантов(энергия каждого из них - 0,511 МэВ). Аннигиляционное излучение имеет наибольшее значение для гамма-квантов с энергией более 6 МэВ и сред с атомным номером более 25.

Нейтронное излучение Нейтрон не имеет электрического заряда, в свободном состоянии неустойчивая частица и претерпевает превращение. Масса покоя - 1,6748 *10-27 кг. n, 0 - заряд нейтрона, 1 - масса Излучение, обусловленное крупными незаряженными частицами, которые сами по себе не вызывают ионизации, но, “выбивая” электроны из их стабильных состояний, создают наведенную радиоактивность в материалах или тканях, сквозь которые они проходят.

Спасибо за внимание!