|
|
Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и методы их регистрации. Влияние ионизирующей радиации на живые организмыСтр 1 из 3Следующая ⇒ БИЛЕТ 25 Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и методы их регистрации. Влияние ионизирующей радиации на живые организмы План 1. Открытие радиоактивности. 2. Виды радиоактивных излучений. 3. Методы регистрации ядерных излучений. 4. Биологическое действие излучения. 1. Открытие радиоактивности. В конце девятнадцатого века появились факты, свидетельствующие, что атом имеет сложное строение. Особенно это стало очевидно после того, как французский ученый Анри Беккерель в 1896 г. обнаружил, что соли урана являются источником неизвестного в то время излучения. Испробовав различные химические соединения урана, он установил, что соли урана испускают невидимые лучи, которые сильно ионизируют воздух, действуют на фотопластинку, проникают через бумагу, картон и даже металл и вызывают некоторые другие явления. В 1898 г. ученые Пьер Кюри и Мария Кюри-Склодовская открыли два новых химических элемента (радий и полоний), у которых излучение, аналогичное излучению урана, было значительно более сильным. Радиоактивность – способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению.
Радиоактивность представляет собой самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц. 2. После открытия радиоактивных элементов началось исследование физической природы их излучения. В 1899 г. Резерфорд, изучая ионизирующую способность радиоактивного излучения, обнаружил, что оно неоднородно и состоит из двух частей, которые он назвал α- и β-лучами. Ему удалось доказать, что α-лучи являются потоком ядер атомов гелия. В том же году А. Беккерель доказал, что β-лучи являются потоком электронов.
В 1903 г. Э. Резерфорд и его сотрудник Ф. Содди указали на то, что явление радиоактивности сопровождается превращением одного химического элемента в другой, например радия в радон. 1) Найдем правило, в соответствии с которым изменяются массовое и зарядовое числа ядра при α-распаде (испускании α-частиц). Превращения атомных ядер, которые сопровождаются испусканием α-частиц, называются α-распадом. Поскольку α-частица является ядром гелия, уравнение α-распада в общем виде можно записать так: Альфа-распад уменьшает массовое число на 4, а зарядовое число на 2, т. е. перемещает элемент на две клетки к началу периодической системы. Например, 2) При β-распаде ядра из него вылетает электрон. При этом общее число нуклонов в ядре остается прежним, то есть массовое число ядра не изменяется. Заряд же ядра увеличивается на е, так как электрон заряжен отрицательно. Превращения атомных ядер, которые сопровождаются испусканием электронов, называются β-распадом. При β-распаде: Бета-распад не изменяет массового числа, а зарядовое число увеличивает на 1, т.е. смещает элемент на одну клетку ближе к концу периодической системы. Например, α-распад и β-распад являются следствиями двух законов сохранения, выполняющихся при радиоактивных превращениях, – сохранения электрического заряда и массового числа: сумма зарядов (массовых чисел) продуктов распада равна заряду (массовому числу) исходного ядра. 3) При γ-излучении из ядра вылетает фотон, который не имеет электрического заряда. Число нуклонов при этом не изменяется. Следовательно, при γ-излучении зарядовое число ядра не изменяется, то есть ядро остается ядром того же самого химического элемента с тем же самым массовым числом. Процесс распада всех радиоактивных элементов идет до свинца. Свинец – конечный продукт распада. Сцинтилляционный счетчик В 1903 г. У. Крупе заметил, что α-частицы, испускаемые радиоактивным аппаратом, попадая на покрытый сернистым цинком экран, вызывают свечение. Устройство было использовано Э. Резерфордом. Сцинтилляции теперь наблюдают и считают не визуально, а с помощью специальных устройств – сцинтилляционных счетчиков. Камера Вильсона. Счетчики позволяют лишь регистрировать факт прохождения через них частицы и фиксировать некоторые ее характеристики. В камере же Вильсона, созданной в 1912 г., быстрая заряженная частица оставляет след, который можно наблюдать непосредственно или сфотографировать. Принцип действия камеры Вильсона основан на конденсации перенасыщенного пара на ионах с образованием капелек воды. Эти ионы создает вдоль своей траектории движущаяся заряженная частица. Устройство: Камера Вильсона представляет собой герметически закрытый сосуд, заполненный парами воды или спирта, близкими к насыщению (рис. 13.2). При резком опускании поршня, вызванном уменьшением давления под ним, пар в камере адиабатно (теплоизолированная система) расширяется. Вследствие этого происходит охлаждение, и пар становится перенасыщенным. Это — неустойчивое состояние пара: он легко конденсируется, если в сосуде появляются центры конденсации.
Если частица проникает в камеру сразу после расширения пара, то на ее пути появляются капельки воды. Эти капельки образуют видимый след пролетевшей частицы — трек (рис. 13.3). Затем камера возвращается в исходное состояние, и ионы удаляются электрическим полем. В зависимости от размеров камеры время восстановления рабочего режима варьируется от нескольких секунд до десятков минут. Информация, которую дают треки в камере Вильсона, значительно богаче той, которую могут дать счетчики. По длине трека можно определить энергию частицы, а по числу капелек на единицу длины трека — ее скорость. Чем длиннее трек частицы, тем больше ее энергия. А чем больше капелек воды образуется на единицу длины трека, тем меньше ее скорость. Частицы с большим зарядом оставляют трек большей толщины. Советские физики П. JI. Капица и Д. В. Скобельцын предложили помещать камеру Вильсона в однородное магнитное поле. Магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу с определенной силой (силой Лоренца). Эта сила искривляет траекторию частицы, не изменяя модуля ее скорости. Трек имеет тем большую кривизну, чем больше заряд частицы и чем меньше ее масса. По кривизне трека можно определить отношение заряда частицы к ее массе. Если известна одна из этих величин, то можно вычислить другую. Например, по заряду частицы и кривизне ее трека можно найти массу частицы. Пузырьковая камера
В исходном состоянии жидкость в камере находится под высоким давлением, предохраняющим ее от закипания, несмотря на то, что температура жидкости несколько выше температуры кипения при атмосферном давлении. При резком понижении давления жидкость оказывается перегретой, и в течение небольшого времени она будет находиться в неустойчивом состоянии. Заряженные частицы, пролетающие именно в это время, вызывают появление треков, состоящих из пузырьков пара (рис. 13.4). В качестве жидкости используются главным образом жидкий водород и пропан. Длительность рабочего цикла пузырьковой камеры невелика — около 0,1 с. Преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона обусловлено большей плотностью рабочего вещества. Пробеги частиц вследствие этого оказываются достаточно короткими, и частицы даже больших энергий застревают в камере. Это позволяет наблюдать серию последовательных превращений частицы и вызываемые ею реакции. Доза излучения. Воздействие излучений на живые организмы характеризуется дозой излучения. Поглощенной дозой излучения называется отношение поглощенной энергии Е ионизирующего излучения к массе т облучаемого вещества:
В СИ поглощенную дозу излучения выражают в грэях (сокращенно: Гр). 1 Гр равен поглощенной дозе излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж: Естественный фон радиации (космические лучи, радиоактивность окружающей среды и человеческого тела) составляет за год дозу излучения около 2 • 10-3 Гр на человека. Международная комиссия по радиационной защите установила для лиц, работающих с излучением, предельно допустимую за год дозу 0,05 Гр. Рентген. На практике широко используется внесистемная единица экспозиционной дозы излучения — рентген (сокращенно: Р). Эта единица является мерой ионизирующей способности рентгеновского и гамма-излучений. Доза излучения равна одному рентгену (1 Р), если в 1 см3 сухого воздуха при температуре О °С и давлении 760 мм рт. ст. образуется столько ионов, что их суммарный заряд каждого знака в отдельности равен 3 • 10-10 Кл. При этом получается примерно 2 • 109 пар ионов. Число образующихся ионов связано с поглощаемой веществом энергией. В практической дозиметрии можно считать 1Р примерно эквивалентным поглощенной дозе излучения 0,01 Гр. Характер воздействия излучения зависит не только от дозы поглощенного излучения, но и от его вида. Различие биологического воздействия видов излучения характеризуется коэффициентом качества k. За единицу принимается коэффициент качества рентгеновского и гамма-излучения. Самое большое значение коэффициента качества у а-частиц (k = 20), а-лучи являются самыми опасными, так как вызывают самые большие разрушения живых клеток. Для оценки действия излучения на живые организмы вводится специальная величина — эквивалентная доза поглощенного излучения. Это произведение дозы поглощенного излучения на коэффициент качества: Н =D • k. Единица эквивалентной дозы — зиверт (Зв). 1 Зв — эквивалентная доза, при которой доза поглощенного гамма-излучения равна 1 Гр. Максимальное значение эквивалентной дозы, после которого происходит поражение организма, выражающееся в нарушении деления клетки или образовании новых клеток, 0,5 Зв. Среднее значение эквивалентной дозы поглощенного излучения за счет естественного радиационного фона (космические лучи, радиоактивные изотопы земной коры и т. д.) составляет 2 мЗв в год. БИЛЕТ 25 Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и методы их регистрации. Влияние ионизирующей радиации на живые организмы План 1. Открытие радиоактивности. 2. Виды радиоактивных излучений. 3. Методы регистрации ядерных излучений. 4. Биологическое действие излучения. 1. Открытие радиоактивности. В конце девятнадцатого века появились факты, свидетельствующие, что атом имеет сложное строение. Особенно это стало очевидно после того, как французский ученый Анри Беккерель в 1896 г. обнаружил, что соли урана являются источником неизвестного в то время излучения. Испробовав различные химические соединения урана, он установил, что соли урана испускают невидимые лучи, которые сильно ионизируют воздух, действуют на фотопластинку, проникают через бумагу, картон и даже металл и вызывают некоторые другие явления. В 1898 г. ученые Пьер Кюри и Мария Кюри-Склодовская открыли два новых химических элемента (радий и полоний), у которых излучение, аналогичное излучению урана, было значительно более сильным. Радиоактивность – способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению.
Радиоактивность представляет собой самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц. 2. После открытия радиоактивных элементов началось исследование физической природы их излучения. В 1899 г. Резерфорд, изучая ионизирующую способность радиоактивного излучения, обнаружил, что оно неоднородно и состоит из двух частей, которые он назвал α- и β-лучами. Ему удалось доказать, что α-лучи являются потоком ядер атомов гелия. В том же году А. Беккерель доказал, что β-лучи являются потоком электронов.
В 1903 г. Э. Резерфорд и его сотрудник Ф. Содди указали на то, что явление радиоактивности сопровождается превращением одного химического элемента в другой, например радия в радон. 1) Найдем правило, в соответствии с которым изменяются массовое и зарядовое числа ядра при α-распаде (испускании α-частиц). Превращения атомных ядер, которые сопровождаются испусканием α-частиц, называются α-распадом. Поскольку α-частица является ядром гелия, уравнение α-распада в общем виде можно записать так: Альфа-распад уменьшает массовое число на 4, а зарядовое число на 2, т. е. перемещает элемент на две клетки к началу периодической системы. Например, 2) При β-распаде ядра из него вылетает электрон. При этом общее число нуклонов в ядре остается прежним, то есть массовое число ядра не изменяется. Заряд же ядра увеличивается на е, так как электрон заряжен отрицательно. Превращения атомных ядер, которые сопровождаются испусканием электронов, называются β-распадом. При β-распаде: Бета-распад не изменяет массового числа, а зарядовое число увеличивает на 1, т.е. смещает элемент на одну клетку ближе к концу периодической системы. Например, α-распад и β-распад являются следствиями двух законов сохранения, выполняющихся при радиоактивных превращениях, – сохранения электрического заряда и массового числа: сумма зарядов (массовых чисел) продуктов распада равна заряду (массовому числу) исходного ядра. 3) При γ-излучении из ядра вылетает фотон, который не имеет электрического заряда. Число нуклонов при этом не изменяется. Следовательно, при γ-излучении зарядовое число ядра не изменяется, то есть ядро остается ядром того же самого химического элемента с тем же самым массовым числом.   ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...  Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...  ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
Химические элементы, обладающие радиоактивностью, называются радиоактивными элементами.
В 1900 г. французский физик П. Виллард установил, что в состав радиоактивного излучения входит и третья составляющая, которую он назвал γ-лучами. Изучение γ-лучей показало, что они представляют собой электромагнитные волны, длина которых меньше, чем у рентгеновских лучей. Таким образом, было установлено, что радиоактивное излучение состоит из α-, β- и γ-лучей.
.
.
.
.
Центрами конденсации становятся ионы, которые образует в рабочем пространстве камеры пролетевшая частица.
В 1952 г. американским ученым Д. Глейзером было предложено использовать для обнаружения треков частиц перегретую жидкость. В такой жидкости на ионах (центрах парообразования), образующихся при движении быстрой заряженной частицы, появляются пузырьки пара, дающие видимый трек. Камеры данного типа были названы пузырьковыми.
(13.6)