Что такое радиоактивность как образуется естественная радиоактивность
Моя попытка просто и понятно рассказать о том, что такое естественная радиоактивность
Недавно ко мне обратились с предложением написать научно-популярную статью о том, что такое радиация, искусственная и естественная радиоактивность, насколько высока вероятность столкнуться в быту с повышенными уровнями радиации и т.д.
Статью я в итоге написала, хоть и мучилась несколько дней, так как понятия не имею, как пишутся такие статьи. Раньше, когда работала в Курчатове, я написала несколько чисто научных статей в разных научных сборниках, а вот с научно-популярными пока не сталкивалась.
Все когда-нибудь бывает в первый раз 
Этот год – у меня рекордсмен по тому, что происходит со мной впервые.
Как только моя статья выйдет, обязательно дам ссылку на нее. А пока я решила поделиться своим материалом с вами, мои читатели, и скорее популярно, нежели научно, рассказать несколько фактов об этом очень интересном природном явлении.
Пока запланировала три статьи, но, если будут заинтересованные и много вопросов, то с удовольствием продолжу публикации на эту тему. Сама по себе она настолько многогранна, что можно хоть всю жизнь рассказывать о ней.
Сегодня я хочу рассказать, что такое радиация и естественная радиоактивность, в каких дозах радиация на самом деле опасна, и насколько у рядовых граждан велик риск столкнуться с потенциально-опасными дозами радиации в обычной жизни.
Что это такое, основные термины
Если совсем коротко и упрощенно, радиоактивность – это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием частиц.
Этими частицами могут быть альфа-частицы, бета и гамма. Названы они так, потому что, если их поместить в магнитное поле, то они будут отклоняться в нем в разные стороны.
Соответственно, процессы испускания частиц так и будут называться: альфа-распад, бета-распад, испускание нейтронов, деление тяжелых ядер и т.д.
Кстати, значок радиоактивности и произошел от этих трех основных видов радиоактивного излучения. Три лепестка, три вида излучения из одного ядра. Вот так изображается знак радиоактивности:
Слыша или читая о радиоактивности, вы можете столкнуться с выражением «ионизирующее излучение». Что это такое? Ничего сложного здесь нет – это всего лишь поток вот этих самых частиц. А ионизирующим оно названо потому, что они, попадая в тело, разрушают молекулы, из которых оно состоит, превращают их в заряженные частицы ионы. Это, кстати, и является основным опасным свойством радиации, приводящим к печальным последствиям для организма.
Отсюда и произошли термины «ионизация», «ионизирующее излучение» и другие им подобные.
Помню, когда только начала работать в радиохимической лаборатории, друзья подшучивали надо мной, не свечусь ли я в темноте.
А от некоторых знакомых, работающих с радиацией, я слышала шутки на тему, что к таким людям нужно обращаться «ваша светлость» и «ваше сиятельство» или добавлять к фамилии приставку «фон».
Так что, профессиональный юмор существует даже в такой, казалось бы, несмешной области как работа с радиоактивным излучением. Можете даже заглянуть в гимн дозиметристов.
История открытия
Кто открыл радиоактивность? Эта история началась в конце 19 века, когда в 1886 году французский физик Анри Беккерель совершенно случайно обнаружил естественную радиацию — испускание ураном неизвестного проникающего излучения, названного им радиоактивным. Этот термин произошел от латинского слова «радиус» — луч, то есть материал излучал, испускал неизвестные в то время науке лучи.
Потом, кстати, ввели единицу измерения активности, названную в честь этого ученого – Беккерель. Сейчас она широко используется.
Этим открытием заинтересовались супруги Мария и Пьер Кюри (сейчас Кюри – еще одна из единиц измерения радиоактивности), которые и открыли впоследствии несколько естественных радиоактивных элементов-радионуклидов: радий, полоний и актиний.
Открытие радиоактивности входит в список самых значимых открытий в истории человечества.
Природная радиация
Да, открытые Кюри элементы были представителями естественной радиоактивности! Почему-то у многих людей сейчас сложилось мнение, что радиация – это нечто искусственное, придуманное человеком себе на погибель. А на самом деле это – природное явление, на много миллионов лет старше человека.
Известно около 300 природных радионуклидов, их еще называют изотопами (это слова-синонимы). Все природные радионуклиды совместно с космическим излучением образуют естественный природный фон ионизирующего изучения.
Таким образом, все мы постоянно круглосуточно подвергаемся действию земной, природной радиации, причем, это происходит как внешне, так и изнутри.
Внешняя природная радиоактивность обусловлена радионуклидами земной коры – в основном, это калий, уран и торий. К естественному источнику радиоактивности относится и космическое излучение. За счет этой природной радиации человек получает ежегодную дозу облучения около 0,3-0,6 мЗв (миллизиверт – единица измерения поглощенной дозы излучения, названа в честь шведского ученого Рольфа Зиверта).
Это что касается внешнего облучения, то есть того, которое воздействует на тело человека снаружи. Но есть еще и внутреннее, которое человек получает, вдыхая воздух. Наибольшую роль в этом виде облучения (примерно 75-80% от годовой индивидуальной дозы) играет радиоактивный газ радон, попадающий в атмосферу из земной коры, и продукты его распада.
Повышенное количество этого газа в воздухе может принести вред здоровью, именно поэтому ведется радиационный контроль строительных материалов, которые могут быть источниками радона, но есть способы, как бороться с ним. Возможно, в дальнейших статьях я расскажу подробнее об этом. Если вы заинтересовались, напишите в комментариях.
Радиоактивность человека
А вы думали, что мы, люди – белые и пушистые и ни каким боком не имеющие отношения к природной радиации? Как бы не так. Мы живем в радиоактивном мире, где даже тело человека обладает слабым уровнем радиации.
Даже если человека поместить в свинцовую камеру, изолируя его от действия природного излучения, то сам человек все равно будет радиоактивным.
Это обусловлено тем, что в состав тела человека входят, наравне со стабильными, и радиоактивные элементы, самые важные из них – калий, углерод и фосфор. Они даны человеку природой и, хотите вы того или нет, никуда вы от них не денетесь.
Немного отступлю от темы. Естественные радионуклиды содержатся не только в теле человека, но и во многих овощах и фруктах. Например, в бананах много калия, причем, не только стабильного, но и радиоактивного.
Поэтому существует даже такое шуточное понятие «банановый эквивалент», когда радиоактивность какого-либо продукта сравнивают с активностью одного банана.
Бояться этого не нужно, человеческий организм обладает потрясающей, данной природой способностью к саморегуляции – в результате обменных процессов в организме радиоактивный изотоп выводится без каких-либо серьезных последствий.
Многие годы, прошедшие с тех пор, как было открыто явление радиоактивности, ученые спорят, как же появилась жизнь на земле – благодаря радиации или вопреки ей. Полезны или опасны малые дозы радиации? Версий много, но точного ответа не знает никто.
Радиация в повседневной жизни
Как я и обещала в начале статьи, расскажу, в каких дозах радиация может быть опасна, и насколько у нас с вами велик риск столкнуться с высокими уровнями радиации в обычной жизни.
Чтобы было с чем сравнивать, возвращаю вас к дозе 0,3-0,6 мЗв, полученной от естественной радиации.
Кроме того, есть документ «Нормы радиационной безопасности (НРБ)». Он устанавливает основные пределы доз для техногенных источников облучения в нормальной и аварийной ситуации, природных источников (кроме космического излучения и калия в теле человека), а также для медицинских источников.
Согласно ему эффективная годовая доза техногенного облучения для населения не должна превышать 1 мЗв в год. Именно эта доза облучения считается безопасной для здоровья.
Вот от этих цифр и предлагаю отталкиваться в разговоре о потенциально опасных дозах радиации в обычной жизни.
НРБ – один из основных документов в законодательстве о радиоактивности.
У меня с ним связаны свои воспоминания, когда приходилось буквально заучивать его наизусть (особенно перед ежегодными экзаменами по радиационной безопасности).
Очень часто приходилось опираться именно на него в своей работе. Это была моя настольная книга, которую я когда-то для себя распечатала, переплела, делала в ней различные пометки, вклеивала закладки. В итоге, она стала практически живым существом, моим постоянным помощником в работе.
Итак, где обычный человек может столкнуться с повышенными дозами радиации?
Начнем с того, что это повышенный природный радиоактивный фон, который бывает в горах за счет горных пород. Как его сравнить с городским?
В среднем, радиационный фон в городе равен 20-30 микрорентген в час (по разным данным от 10 до 60). В горах эта цифра будет выше и может доходить до 100. Это не опасно для здоровья.
Исключением будет проживание на территориях урановых месторождений, но такие территории хорошо известны, и проживание на них запрещено.
Кстати, сюжеты с радиоактивными местами проживания периодически появляются в художественной литературе. Например, в книге Бориса Акунина « Пелагия и черный монах » монахи жили на острове, где были залежи урановой руды. В итоге, они постоянно болели и умирали.
Следующий фактор встречи с повышенной радиацией – строительные материалы, например, гранит, который обладает достаточно высокой природной активностью.
Сюда же можно отнести и другие стройматериалы, например, кальций-силикатный шлак, который является побочным продуктом при добыче фосфорных руд и также обладает высокой природной радиоактивностью. Кроме него – фосфогипс и некоторые виды глинозема.
Именно поэтому важен радиационный контроль материалов, используемых в строительстве. Кстати, это законодательно регулируется, есть специальные организации и оборудование для этого.
Если вы не уверены в том, из чего у вас построен дом, то можете обратиться в соответствующую организацию (в каждой стране она называется по-своему) и пригласить их для замеров.
В том числе, это может быть и частная организация, главное, обращайте внимание на то, чтобы у нее была лицензия на проведение таких работ.
Например, мне где-то с пол года назад попадалось объявление на моей любимой тумбе объявлений на трамвайной остановке о проведении замеров радиационного фона в жилых домах и квартирах. Стоило это тогда – 3000 тенге (около 600 российских рублей). Я тогда изрядно повеселилась и порадовалась предприимчивости неведомой мне организации – за пятиминутное дело взять такие деньги.
Следующий фактор — лечебные радоновые ванны, например, в той же Белокурихе. Получить дозу, опасную для здоровья, в них весьма проблематично, так как они хорошо изучены и принятие ванн строго нормируется по времени. Тем не менее, существуют противопоказания для проведения этих процедур, например, болезни сердца.
И, наконец, самый широко распространенный источник повышенной радиации – прохождение медицинских процедур. Это могут быть рентген-процедуры, лучевая терапия для лечения онкозаболеваний, некоторые виды медицинской диагностики с использованием радиоактивных элементов (например, брахитерапия).
Именно этот вид облучения дает самый большой вклад в дозу по сравнению с остальными источниками. Но это не значит, что нужно отказываться от прохождения, допустим флюорографии!
Во всех этих процедурах рассчитана доза необходимого облучения, а также учитывается, насколько оправдан риск для здоровья от проведения данной процедуры.
В НРБ указано, что, цитирую, «При проведении таких процедур годовая эффективная доза не должна превышать 1 мЗв, что сопоставимо с указанной выше эффективной дозой от техногенного облучения».
Именно поэтому нормируется количество таких процедур и противопоказания к ним, например, флюорографию делают 1 раз в год, она противопоказана на любых сроках беременности.
Сразу вспоминаю историю, случившуюся со мной в прошлом году.
В конце августа я заболела (простыла) и пошла в больницу по месту жительства за больничным, чтобы просто отлежаться дома несколько дней. Там врач-терапевт обнаружила в моей карточке, что я уже год не делала флюорографию и отправила меня на эту процедуру.
Я объяснила, что не могу ее пройти, так как через неделю у нас на работе будет плановый ежегодный медосмотр (на котором я как раз год назад делала снимок грудной клетки), где мы и будем это делать. Наша организация уже все оплатила, составила график прохождения медосмотра и т.д. Если я сейчас пройду эту процедуру, то услышу много интересного о себе от своего работодателя и его зря потраченных на меня деньгах.
Ответ врача меня поразил так, что я чуть не повернулась и не ушла без больничного: «Ничего страшного, еще раз пройдете!»
И это она говорит человеку, который работает на вредном производстве (что указано в моей карточке) и который и так по роду работы подвергается повышенному облучению.
Я была в шоке. Но все же настояла на своем. Теперь, после прохождения медосмотра, всегда беру у рентгенолога выписку о том, что я прошла флюорографию, вот, смотрите, вклейте этот бланк в мою карточку и не посылайте меня на эту процедуру только для «галочки», чтобы отчитаться, что у вас все пациенты ее прошли.
И, последнее, с чем еще может столкнуться человек – это облучение во время полета на самолете. Это связано с природным космическим излучением. Здесь дозы невелики и законодательно регламентируются для пилотов самолетов.
Некоторые из читателей могут спросить: а как насчет проживания вблизи атомных станций? Ведь они являются источниками повышенного облучения.
На это можно ответить так. Исследования показывают, что по реальному воздействию на среду обитания человека атомная промышленность стоит на 20 месте. Гораздо больший риск для здоровья исходит от химического загрязнения окружающей среды – около 30% риска. В промышленных городах, имеющих металлургические и химические предприятия, всегда высок уровень онкозаболеваний именно из-за химических факторов, воздействующих на человека.
Дополнительная годовая доза облучения человека, живущего вблизи атомной станции, равна дозе, которую человек получает при однократном рентгеновском снимке зубов.
А вот благодаря ТЭЦ, имеющимся в каждом городе, в воздух поступают углерод, азот, сера и тяжелые металлы, которые активно включаются в жизненный цикл человека и приносящие вред здоровью.
Атомная станция Темелин, Чехия, 2009 год
Заключение
Подводя итоги, можно сказать, что в повседневной жизни у человека практически не существует опасности подвергнуться повышенному облучению, особенно незаметно для него.
Основной вклад в дозу облучения от искусственных источников радиации вносят медицинские процедуры.
Еще раз подчеркну, что это касается именно радиоактивного облучения, но не электромагнитного, инфракрасного, низко- и высокочастотного и другого. Не путайте его, как это сделала когда-то очень неуважаемая мной Елена Малышева.
Вот такая большая получилась сегодня статья. Надеюсь, она была полезна для вас, вы больше узнали о радиации и естественной радиоактивности.
До встречи в следующей статье и не позволяйте радиофобии портить себе жизнь! Удачи!
Радиоактивность вокруг нас: естественная и искусственная радиоактивность
Радиоактивность вокруг нас: естественная и искусственная радиоактивность
Искусственная радиоактивность
Естественная радиация была всегда: до появления человека, и даже нашей планеты. Радиоактивно всё, что нас окружает: почва, вода, растения и животные. В зависимости от региона планеты уровень естественной радиоактивности может колебаться от 5 до 20 микрорентген в час. По сложившемуся мнению, такой уровень радиации не опасен для человека и животных, хотя эта точка зрения неоднозначна, так как многие ученые утверждают, что радиация даже в малых дозах приводит к раку и мутациям. Правда, в связи с тем, что повлиять на естественный уровень радиации мы практически не можем, нужно стараться максимально оградить себя от факторов, приводящих к значительному превышению допустимых значений.
Существует три основных источника естественной радиации:
1. Космическое излучение и солнечная радиация — это источники колоссальной мощности, которые в мгновение ока могут уничтожить и Землю, и всё живое на ней. К счастью, от этого вида радиации у нас есть надёжный защитник — атмосфера. Впрочем, интенсивная человеческая деятельность приводит к появлению озоновых дыр и истончению естественной оболочки, поэтому в любом случае следует избегать воздействия прямых солнечных лучей. Интенсивность влияния космического излучения зависит от высоты над уровнем моря и широты. Чем выше Вы над Землей, тем интенсивнее космическое излучение, с каждой 1000 метров сила воздействия удваивается, а на экваторе уровень излучения гораздо сильнее, чем на полюсах.
Вспышки на солнце — один из источников «естественного» радиационного фона.
Ученые отмечают, что именно с проявлением космической радиации связаны частые случаи бесплодия у стюардесс, которые основное рабочее время проводят на высоте более десяти тысяч метров. Впрочем, обычным гражданам, не увлекающимися частыми перелетами, волноваться о космическом излучении не стоит.
Уровень радиации в салоне самолета на высоте 10 000 метров превышает естественный в 10 раз.
2. Излучение земной коры. Помимо космического излучения радиоактивна и сама наша планета. В её поверхности содержится много минералов, хранящих следы радиоактивного прошлого Земли: гранит, глинозём и т.п. Сами по себе они представляют опасность лишь вблизи месторождений, однако человеческая деятельность ведёт к тому, что радиоактивные частицы попадают в наши дома в виде стройматериалов, в атмосферу после сжигания угля, на участок в виде фосфорных удобрений, а затем и к нам на стол в виде продуктов питания.
Известно, что в кирпичном или панельном доме уровень радиации может быть в несколько раз выше, чем естественный фон данной местности. Таким образом, хоть здание и может в значительной мере уберечь нас от космического излучения, но естественный фон легко превышается от использования опасных материалов. Уберечься от таких «сюрпризов» можно, только используя дозиметры.
Это единственный способ померить уровень радиации в бытовых условиях и не приобретать опасные с радиационной точки зрения материалы.
3. Радон — это радиоактивный инертный газ без цвета, вкуса и запаха. Он в 7,5 раз тяжелее воздуха, и, как правило, именно он становится причиной радиоактивности строительных материалов. Радон имеет свойство скапливаться под землей в больших количествах, на поверхность же он выходит при добыче полезных ископаемых или через трещины в земной коре.
Радон активно поступает в наши дома с бытовым газом, водопроводной водой (особенно, если её добывают из очень глубоких скважин), или же просто просачивается через микротрещины почвы, накапливаясь в подвалах и на нижних этажах. Снизить содержание радона, в отличие от других источников радиации, очень просто: достаточно регулярно проветривать помещение и концентрация опасного газа уменьшится в несколько раз.
Мало кто слышал о том, что любой строительный материал может стать источником радиоактивного излучения.
Чем это опасно для человека и животных? На самом деле, радиация не опасна, если она ограничена небольшой дозой.
К сожалению, современные дорогостоящие материалы нередко имеют высокую степень радиации. Встречаются случаи, когда одна деревянная конструкция несет в себе до 60% допустимой дозы облучения.
В состав многих строительных материалов могут входить радиоактивные уран 238, калий 40 и торий 232, а также прочие радионуклеиды. В любом случае, конечным продуктом распада подобных элементов будет радон 222. Минеральные глины и калиевые, а также полевые шпаты обычно имеют повышенное содержание радионуклеидов.
Наиболее сильное радиоактивное излучение способен давать графит. У данного материала уровень излучения может достигать 30 рентген в час, а в жилых помещениях общий радиационный фон от локальных источников не может превышать 60 рентген в час. Проще говоря, и излучение от графита нельзя назвать критичным, хоть оно довольно опасно для человека. При нагревании данного материала начинает выделяться радон. Следовательно, уровень радиации сильно повышается. Если вы решили использовать в качестве материала облицовки камина графит, то это необходимо учесть.
Наконец, наиболее безопасным материалом сегодня признан мрамор. Кроме того, можно обратиться к искусственному камню. Если вы хотите использовать графит, то лучше применять его для наружной облицовки здания.
Даже обычный кирпич выделяет радон. Все бы ничего, но этот же газ выделяет земная кора, а через трещины в домах он просачивается в помещение. Получается, что уровень концентрации вредного газа значительно повышается.
Радиация может попадать в наш организм как угодно, часто виной этому становятся предметы, не вызывающие у нас никаких подозрений.
Единственный способ обезопасить себя от радиации— обратиться к специалистам ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Красноярском крае».
Специалисты радиационно-гигиенической лаборатории много лет работают на благо и здоровее населения всего края.
Виды исследований по показателям радиационной безопасности, выполняемые лабораторией:
– дозиметрические измерения (альфа-, бета-, гамма-излучение, рентгеновское, нейтронное) – территорий открытой местности, земельные участки, помещения, металлолом, рабочие места, в том числе индивидуальный эквивалент дозы персонала группа А термолюминесцентным методом, радиационный выход рентгеновских излучателей медицинских рентгенодиагностических аппаратов;
— гамма-спектрометрические исследования – определение удельной активности техногенных и природных радионуклидов в пищевых продуктах, строительных материалах, почвах, отходах, изделиях из древесины, донных отложениях ;
Более подробно можно узнать на нашем официальном сайте, пройдя по ссылке: http://fbuz24.ru/Sections/laboratory-Radiation-hygienic-studies
Мы сами ответственны за свою жизнь и здоровье. Защитите себя от радиации!
ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Красноярском крае» в городе Красноярске: ул. Сопочная, 38
тел. 8 (391) 202-58-33 (многоканальный)
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.