Радиоактивные вещества примеры



Содержание

  1. Радиоактивность
  2. Изотопы
  3. Радиоактивные превращения
  4. Радиоактивный распад
  • альфа-распад
  • бета-распад
  • нейтронный распад
  1. «Цепочки» распада
  2. Деление ядер атомов
  3. Цепная реакция деления
  4. Характеристики радиоактивных превращений
  5. Единицы измерения в дозиметрии
  • экспозиционная доза
  • поглощённая доза
  • эквивалентная доза
  • эффективная эквивалентная доза

  1. Источники поступления радионуклидов в окружающую среду
  2. Области применения радионуклидных источников
  3. Влияние излучения на организм человека. Эффекты радиации

Радиоактивность

Это способность ядер атомов различных химических элементов разрушаться, видоизменяться с испусканием атомных и субатомных частиц высоких энергий. При радиоактивных превращениях, в подавляющем большинстве случаев, ядра атомов (а значит, и сами атомы) одних химических элементов превращаются в ядра атомов (в атомы) других химических элементов, либо один изотоп химического элемента превращается в другой изотоп того же элемента.

Атомы, ядра которых подвержены радиоактивному распаду или другим радиоактивным превращениям, называются радиоактивными.

Изотопы

(от греческих слов isos – «равный, одинаковый» и topos – «место»)

Это нуклиды одного химического элемента, т.е. разновидности атомов определенного элемента, имеющие одинаковый атомный номер, но разные массовые числа. 

Изотопы обладают ядрами с одинаковым числом протонов и различным числом нейтронов и занимают одно и то же место в периодической системе химических элементов. Различают стабильные изотопы, которые существуют в неизменном виде неопределенно долго, и нестабильные (радиоизотопы), которые со временем распадаются.


Известно около 280 стабильных и более 2000 радиоактивных изотопов у 116 природных и искусственно полученных элементов.

Нуклид (от латинского nucleus – «ядро») –  совокупность атомов с определенными значениями заряда ядра и массового числа.

Условные обозначения нуклида:  Условное обозначение нуклеида  , где Xбуквенное обозначение элемента, Zчисло протонов (атомный номер), Aсумма числа протонов и нейтронов (массовое число).

Даже у самого первого в таблице Менделеева и самого лёгкого атома – водорода, в ядре которого только один протон (а вокруг него вращается один электрон), имеется три изотопа.


Таблица менделеева

Радиоактивные превращения

Могут быть естественными, самопроизвольными (спонтанными) и искусственными. Спонтанные радиоактивные превращения – процесс случайный, статистический.

Все радиоактивные превращения сопровождаются, как правило, выделением из ядра атома избытка энергии в виде электромагнитного излучения.

Гамма-излучение – это поток гамма-квантов, обладающих большой энергией и проникающей способностью.

Рентгеновское излучение – это так же поток фотонов – обычно с меньшей энергией. Только «место рождения» рентгеновского излучения не ядро, а электронные оболочки. Основной поток рентгеновского излучения возникает в веществе при прохождении через него «радиоактивных частиц» («радиоактивного излучения» или «ионизирующего излучения»).

Основные разновидности радиоактивных превращений:

  • радиоактивный распад;
  • деление ядер атомов.

Это испускание, выбрасывание с огромными скоростями из ядер атомов «элементарных» (атомных, субатомных) частиц, которые принято называть радиоактивным (ионизирующим) излучением.

При распаде один изотоп данного химического элемента превращается в другой изотоп того же элемента.

Для естественных (природных) радионуклидов основными видами радиоактивного распада являются альфа- и бета-минус-распад.

Названия «альфа» и «бета» были даны Эрнестом Резерфордом в 1900 году при изучении радиоактивных излучений.

Для искусственных (техногенных) радионуклидов, кроме этого, характерны также нейтронный, протонный, позитронный (бета-плюс) и более редкие виды распада и ядерных превращений (мезонный, К-захват, изомерный переход и др.).

Альфа-распад

Это испускание из ядра атома альфа-частицы, которая состоит из 2 протонов и 2 нейтронов.

Альфа-частица имеет массу 4 единицы, заряд +2 и является ядром атома гелия (4He).


Альфа распад

В результате испускания альфа-частицы образуется новый элемент, который в таблице Менделеева расположен на 2 клетки левее, так как количество протонов в ядре, а значит, и заряд ядра, и номер элемента стали на две единицы меньше. А масса образовавшегося изотопа оказывается на 4 единицы меньше.

Альфараспад – это характерный вид радиоактивного распада для естественных радиоактивных элементов шестого и седьмого периодов таблицы Д.И. Менделеева (уран, торий и продукты их распада до висмута включительно) и особенно для искусственных – трансурановых – элементов.

То есть этому виду распада подвержены отдельные изотопы всех тяжёлых элементов, начиная с висмута.

Альфа-распад 1


Так, например, при альфа-распаде урана всегда образуется торий, при альфа-распаде тория – радий, при распаде радия – радон, затем полоний и наконец – свинец. При этом из конкретного изотопа урана-238 образуется торий-234, затем радий-230, радон-226 и т. д.

Скорость альфа-частицы при вылете из ядра от 12 до 20 тыс. км/сек.

Бета-распад

Бета-распад – наиболее распространённый вид радиоактивного распада (и вообще радиоактивных превращений), особенно среди искусственных радионуклидов.

У каждого химического элемента есть, по крайней мере, один бета-активный, то есть подверженный бета-распаду изотоп.

Пример естественного бета-активного радионуклида – калий-40 (Т1/2=1,3×109 лет), в природной смеси изотопов калия его содержится всего 0,0119%.

Кроме К-40, значимыми естественными бета-активными радионуклидами являются также и все продукты распада урана и тория, т.е. все элементы от таллия до урана.


Бета-распад включает в себя такие виды радиоактивных превращений, как:

– бета-минус распад;

– бета-плюс распад;

– К-захват (электронный захват).

Бета-минус распад – это испускание из ядра бета-минус частицы – электрона, который образовался в результате самопроизвольного превращения одного из нейтронов в протон и электрон.

При этом бета-частица со скоростью до 270 тыс. км/сек (9/10 скорости света) вылетает из ядра. И так как протонов в ядре стало на один больше, то ядро данного элемента превращается в ядро соседнего элемента справа – с большим номером.

Бета минус распад


При бета-минус распаде радиоактивный калий-40 превращается в стабильный кальций-40 (стоящий в соседней клетке справа). А радиоактивный кальций-47 – в стоящий справа от него скандий-47 (тоже радиоактивный), который, в свою очередь, также путём бета-минус распада превращается в стабильный титан-47.

Бета-плюс распад – испускание из ядра бета-плюс частицы – позитрона (положительно заряженного «электрона»), который образовался в результате самопроизвольного превращения одного из протонов в нейтрон и позитрон.

В результате этого (так как протонов стало меньше) данный элемент превращается в соседний слева в таблице Менделеева.

 Бета распад

Например, при бета-плюс распаде радиоактивный изотоп магния магний-23 превращается в стабильный изотоп натрия (стоящего слева) – натрий-23, а радиоактивный изотоп европия – европий-150 превращается в стабильный изотоп самария – самарий-150.


Нейтронный распад

Нейтронный распад – испускание из ядра атома нейтрона. Характерен для нуклидов искусственного происхождения.

При испускании нейтрона один изотоп данного химического элемента превращается в другой, с меньшим весом. Так, например, при нейтронном распаде радиоактивный изотоп лития – литий-9 превращается в литий-8, радиоактивный гелий-5 – в стабильный гелий-4.

Нейтронный распад

Если стабильный изотоп йода – йод-127 облучать гамма-квантами, то он становится радиоактивным, выбрасывает нейтрон и превращается в другой, тоже радиоактивный изотоп – йод-126. Это пример искусственного нейтронного распада.

«Цепочки» распада


«Цепочки» распада

В результате радиоактивных превращений могут образовываться изотопы других химических элементов или того же элемента, которые сами могут быть радиоактивными элементами.

   Т.е. распад некоего исходного радиоактивного изотопа может привести к некоторому количеству последовательных радио-активных превращений различных изотопов разных химических элементов, образуя т. н. «цепочки распада».

Например, торий-234, образующийся при альфа-распаде урана-238 превращается в протактиний-234, который в свою очередь снова в уран, но уже в другой изотоп – уран-234.

Заканчиваются же все эти альфа и бета-минус переходы образованием стабильного свинца-206. А уран-234 альфа-распадом – опять в торий (торий-230). Далее торий-230 путём альфа-распада – в радий-226, радий – в радон.

Деление ядер атомов

Это самопроизвольное, или под действием нейтронов, раскалывание ядра атома на 2 примерно равные части, на два «осколка».

При делении вылетают 2-3 лишних нейтрона и выделяется избыток энергии в виде гамма-квантов, гораздо больший, чем при радиоактивном распаде.

Если на один акт радиоактивного распада обычно приходится один гамма-квант, то на 1 акт деления приходится 8 -10 гамма-квантов!

Кроме того, разлетающиеся осколки обладают большой кинетической энергией (скоростью), которая переходит в тепловую.

Вылетевшие нейтроны могут вызвать деление двух-трёх аналогичных ядер, если те окажутся поблизости и если нейтроны попадут в них.

Таким образом, появляется возможность осуществления разветвляющейся, ускоряющейся цепной реакции деления ядер атомов с выделением огромного количества энергии.

Цепная реакция деления

Если позволить цепной реакции развиваться бесконтрольно, то произойдёт атомный (ядерный) взрыв.

Цепная реакция

Если цепную реакцию держать под контролем, управлять её развитием, не давать ускоряться и постоянно отводить выделяющуюся энергию (тепло), то эту энергию («атомную энергию») можно использовать для получения электроэнергии. Это осуществляется в атомных реакторах, на атомных электростанциях.

Характеристики радиоактивных превращений

Период полураспада (T1/2) – время, в течение которого половина радиоактивных атомов распадается и их количество уменьшается в 2 раза.

Периоды полураспада у всех радионуклидов разные – от долей секунды (короткоживущие радионуклиды) до миллиардов лет (долгоживущие).

Активность – это количество актов распада (в общем случае актов радиоактивных, ядерных превращений) в единицу времени (как правило, в секунду). Единицами измерения активности являются беккерель и кюри.

Беккерель (Бк) – это один акт распада в секунду (1 расп./сек).

Кюри (Ки) – 3,7×1010 Бк (расп./сек).

Единица возникла исторически: такой активностью обладает 1 грамм радия-226 в равновесии с дочерними продуктами распада. Именно с радием-226 долгие годы работали лауреаты Нобелевской премии французские учёные супруги Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри.

Закон радиоактивного распада

  Изменение активности нуклида в источнике с течением времени зависит от периода полураспада данного нуклида по экспоненциальному закону:

Aи (t) = Aи (0) × exp (-0,693 t / T1/2),

где Aи (0) – исходная активность нуклида;
Aи (t)  – активность спустя время t;

      T1/2    –  период полураспада нуклида.

Зависимость между массой радионуклида (без учета массы неактивного изотопа) и его активностью выражается следующим соотношением:

Зависимость между массой радионуклида

где  mи   – масса радионуклида, г;

       T1/2 –  период полураспада радионуклида, с;

       Aи  –  активность радионуклида, Бк;

       А   –   атомная масса радионуклида.

Проникающая способность радиоактивного излучения.

Пробег альфа-частиц зависит от начальной энергии и обычно колеблется в пределах от 3-х до 7 (редко до 13) см в воздухе, а в плотных средах составляет сотые доли мм (в стекле – 0,04 мм).

Альфа-излучение не пробивает лист бумаги и кожу человека. Из-за своей массы и заряда альфа-частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью, они разрушают всё на своём пути, поэтому альфа-активные радионуклиды являются наиболее опасными для человека и животных при попадании внутрь.

Пробег бета-частиц  в  веществе из-за малой массы (~ в 7000 раз

Меньше массы альфа-частицы), заряда и размеров значительно больше. При этом путь бета-частицы в веществе не является прямолинейным. Проникающая способность также зависит от энергии.

Проникающая способность бета-частиц, образовавшихся при радиоактивном распаде, в воздухе достигает 2÷3 м, в воде и других жидкостях измеряется сантиметрами, в твёрдых телах – долями см.

В ткани организма бета-излучение проникает на глубину 1÷2 см.

Кратность ослабления n- и гамма-излучений.

Наиболее проникающими видами излучения являются нейтронное и гамма-излучение. Их пробег в воздухе может достигать десятков и сотен метров (также в зависимости от энергии), но при меньшей ионизирующей способности.

В качестве защиты от n- и гамма-излучения применяют толстые слои из бетона, свинца, стали и т. п. и речь ведут уже о кратности ослабления.

По отношению к  изотопу кобальта-60 (Е = 1,17 и 1,33 Мэв) для 10-кратного ослабления гамма-излучения требуется защита из:

  • свинца толщиной порядка 5 см;
  • бетона около 33 см;
  • воды – 70 см.

Для 100-кратного ослабления гамма-излучения требуется защита из  свинца толщиной 9,5 см; бетона – 55 см; воды – 115 см.

Единицы измерения в дозиметрии

Доза (от греческого – «доля, порция») облучения.

Экспозиционная доза (для рентгеновского и гамма-излучения) – определяется по ионизации воздуха.

Единица измерения в системе СИ – «кулон на кг» (Кл/кг) – это такая экспозиционная доза рентгеновского или гамма-излучения, при создании которой в 1 кг сухого воздуха образуется заряд ионов одного знака, равный 1 Кл.

Внесистемной единицей измерения является «рентген».

 1 Р = 2,58×10-4 Кл/кг.

По определению 1 рентген (1Р)  – это такая экспозиционная доза при поглощении которой в 1 см3 сухого воздуха образуется 2,08×109 пар ионов.

Связь между двумя этими единицами следующая:

                                                 1 Кл/кг = 3,68 ·103 Р.

Экспозиционной дозесоответствует поглощенная доза в воздухе 0,88 рад.

Доза

Поглощённая доза – энергия ионизирующего излучения, поглощенная единичной массой вещества.

Под энергией излучения, переданной веществу, понимается разность между суммарной кинетической энергией всех частиц и фотонов, попавших в рассматриваемый объем вещества, и суммарной кинетической энергией всех частиц и фотонов, покидающих этот объем. Следовательно, поглощенная доза учитывает всю энергию ионизирующего излучения, оставленную в пределах этого объема, независимо от того, на что эта энергия потрачена.

Единицы измерения поглощенной дозы:

Грэй (Гр) – единица поглощённой дозы в системе единиц СИ. Соответствует энергии излучения в 1 Дж, поглощённой 1 кг вещества.

Рад – внесистемная единица поглощённой дозы. Соответствует энергии излучения 100 эрг, поглощённой веществом массой 1 грамм.

1 рад = 100 эрг/г = 0,01 Дж/кг = 0,01 Гр.

Биологический эффект при одинаковой поглощенной дозе оказывается различным для разных видов излучения.

Например, при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение оказывается гораздо опаснее, чем фотонное или бета-излучение. Это связано с тем, что альфа-частицы создают на пути своего пробега в биологической ткани более плотную ионизацию, концентрируя таким образом вредное воздействие на организм в определенном органе. При этом весь организм испытывает на себе значительно большее угнетающее действие излучения.

Следовательно, для создания одинакового биологического эффекта при облучении тяжелыми заряженными частицами необходима меньшая поглощенная доза, чем при облучении легкими частицами или фотонами.

Эквивалентная доза – произведение поглощенной дозы на коэффициент качества излучения.

Единицы измерения эквивалентной дозы:

Зиверт (Зв) – это единица измерения эквивалентной дозы, любого вида излучения, которое создает такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр рентгеновского или гамма-излучения.

Следовательно, 1 Зв = 1 Дж/кг.   

Бэр (внесистемная единица) – это такое количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное 1 кг биологической ткани, при котором наблюдается тот же биологический эффект, что и при поглощенной дозе 1 рад рентгеновского или гамма-излучения.

   1 бэр = 0,01 Зв = 100 эрг/г.

Наименование «бэр» образовано по первым буквам словосочетания «биологический эквивалент рентгена».

До недавнего времени при расчёте эквивалентной дозы использовались «коэффициенты качества излучения» (К) – поправочные коэффициенты, учитывающие различное влияние на биологические объекты (различную способность повреждать ткани организма) разных излучений при одной и той же поглощённой дозе.

Сейчас эти коэффициенты в Нормах радиационной безопасности (НРБ-99) назвали – «взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при расчёте эквивалентной дозы (WR)».

Их значения составляют соответственно:

  • рентгеновское, гамма, бета-излучение, электроны и позитроны – 1;
  • протоны с Е более 2 Мэв – 5;
  • нейтроны с Е менее 10 кэв) – 5;
  • нейтроны с Е от 10 кэв до 100 кэв – 10;
  • альфа-частицы, осколки деления, тяжёлые ядра – 20 и т. д.

Эффективная эквивалентная доза – эквивалентная доза, рассчитанная с учётом разной чувствительности различных тканей организма к облучению; равна эквивалентной дозе, полученной конкретным органом, тканью (с учётом их веса), умноженной на соответствующий «коэффициент радиационного риска».

Эти коэффициенты используются в радиационной защите для учёта различной чувствительности разных органов и тканей в возникновению стохастических эффектов от воздействия излучения.

В НРБ-99 их называют «взвешивающими коэффициентами для тканей и органов при расчёте эффективной дозы» .

Для организма в целом этот коэффициент принят равным 1, а для некоторых органов имеет следующие значения:

  • костный мозг (красный) – 0,12; Ÿ гонады (яичники, семенники) – 0,20;
  • щитовидная железа – 0,05; Ÿ кожа – 0,01 и т. д.
  • лёгкие, желудок, толстый кишечник – 0,12.

Для оценки полной эффективной эквивалентной дозы, полученной человеком, рассчитывают и суммируют указанные дозы для всех органов.

Для измерения эквивалентной и эффективной эквивалентной доз в системе СИ используется та же единица – Зиверт (Зв).

1 Зв равен эквивалентной дозе, при которой произведение вели-чины поглощённой дозы в Грэях (в биологической ткани) на взвешивающие коэффициенты будет равно 1 Дж/кг.

Иными словами, это такая поглощённая доза, при которой в 1 кг вещества выделяется энергия в 1 Дж.

Внесистемная единица – Бэр.

Взаимосвязь между единицами измерения:

1 Зв = 1 Гр * К = 1 Дж/кг * К = 100 рад * К = 100 бэр

При К=1 (для рентгеновского, гамма-, бета-излучений, электронов и позитронов) 1 Зв соответствует поглощённой дозе в 1 Гр:

1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад = 100 бэр.

Ещё в 50-х годах было установлено, что если при экспозиционной дозе в 1 рентген воздух поглощает приблизительно столько же энергии, что и биологическая ткань.

Поэтому оказывается, что при оценке доз можно считать (с минимальной погрешностью), что экспозиционная доза в 1 рентген для биологической ткани соответствует (эквивалентна) поглощённой дозе в 1 рад и эквивалентной дозе в 1 бэр (при К=1), то есть, грубо говоря, что 1 Р, 1 рад и 1 бэр – это одно и то же.

При экспозиционной дозе 12 мкР/час за год получаем дозу 1 мЗв.

Кроме того, для оценки воздействия ИИ используют понятия:

Мощность дозы – доза, полученная за единицу времени (сек., час).

Фон – мощность экспозиционной дозы ионизирующего излучения в данном месте.

Естественный фон – мощность экспозиционной дозы ионизирующего излучения, создаваемая всеми природными источниками ИИ.

Источники поступления радионуклидов в окружающую среду

1. Естественные радионуклиды, которые сохранились до нашего времени с момента их образования (возможно, со времени образования солнечной системы или Вселенной), так как у них велики периоды полураспада, а значит, велико время жизни.

2. Радионуклиды осколочного происхождения, которые обра-зуются в результате деления ядер атомов. Образуются в ядерных реакторах, в которых осуществляется управляемая цепная реакция, а также при испытаниях ядерного оружия (неуправляемая цепная реакция).

3. Радионуклиды  активационного происхождения образуются из обычных стабильных изотопов в результате активации, то есть при попадании в ядро стабильного атома субатомной частицы (чаще – нейтрона), в результате чего стабильный атом становится радиоактивным. Получают активацией стабильных изотопов, помещая их в активную зону реактора, либо бомбардировкой стабильного изотопа в ускорителях элементарных частиц протонами, электронами и т.п.

Области применения радионуклидных источников

Источники  ИИ находят применение в промышленности, сельском хозяйстве, научных исследованиях и медицине. Только в медицине используются приблизительно сто изотопов для различных медицинских исследований, постановки диагноза, стерилизации и радиотерапии.

Во всем мире во многих лабораториях используются радиоактивные материалы для научных исследований. Термоэлектрические генераторы на радиоизотопах применяются для производства электроэнергии для автономного энергопитания различной аппаратуры в удаленных и труднодоступных районах (радио-и световые маяки, метеостанции).

Повсеместно в промышленности используются приборы, содержащие радиоактивные источники для контроля технологических процессов (плотно-, уровне- и толщиномеры), приборы неразру-шающего контроля (гамма-дефектоскопы), приборы для анализа состава вещества. Излучение используется для повышения размера и качества урожая.

Влияние излучения на организм человека. Эффекты радиации

Радиоактивные частицы, обладая огромной энергией и скоростью, при прохождении через любое вещество сталкиваются с атомами и молекулами этого вещества и приводят к их разрушению, ионизации, к образованию «горячих» ионов и свободных радикалов.

Так как биологические ткани человека на 70% состоят из воды, то в большой степени ионизации подвергается именно вода. Из ионов и свободных радикалов образуются вредные для организма соединения, которые запускают целую цепь последовательных биохимических реакций и постепенно приводят к разрушению клеточных мембран (стенок клеток и других структур).

Радиация по-разному действует на людей в зависимости от пола и возраста, состояния организма, его иммунной системы и т. п., но особенно сильно – на младенцев, детей и подростков. При воздействии радиации  скрытый (инкубационный, латентный) период, то есть время задержки до наступления видимого эффекта, может продолжаться годами и даже десятилетиями.

Воздействие радиации на организм человека и биологические объекты вызывает три различных отрицательных эффекта:

  • генетический эффект для наследственных (половых) клеток организма. Он может проявиться и проявляется только в потомстве;
  • генетико-стохастический эффект, проявляющийся для наследственного аппарата соматических клеток – клеток тела. Он проявляется при жизни конкретного человека в виде различных мутаций и заболеваний (в том числе раковых);
  • соматический эффект, а точнее – иммунный. Это ослабление защитных сил, иммунной системы организма за счёт разрушения клеточных мембран и других структур.

Источник: fireman.club

Список радиоактивных металлов

Название рус. Название eng. Самый стабильный изотоп Период распада
Технеций Technetium Tc-91 4.21 x 106 лет
Прометий Promethium Pm-145 17.4 года
Полоний Polonium Po-209 102 года
Астат Astatine At-210 8.1 часов
Франций Francium Fr-223 22 минут
Радий Radium Ra-226 1600 лет
Актиний Actinium Ac-227 21.77 лет
Торий Thorium Th-229 7.54 x 104 лет
Протактиний Protactinium Pa-231 3.28 x 104 лет
Уран Uranium U-236 2.34 x 107 лет
Нептуний Neptunium Np-237 2.14 x 106 лет
Плутоний Plutonium Pu-244 8.00 x 107 лет
Америций Americium Am-243 7370 лет
Кюрий Curium Cm-247 1.56 x 107 лет
Беркелий Berkelium Bk-247 1380 лет
Калифорний Californium Cf-251 898 лет
Эйнштейний Einsteinium Es-252 471.7 дней
Фермий Fermium Fm-257 100.5 дней
Менделевий Mendelevium Md-258 51.5 дней
Нобелий Nobelium No-259 58 минут
Лоуренсий Lawrencium Lr-262 4 часа
Резенфордий Rutherfordium Rf-265 13 часов
Дубний Dubnium Db-268 32 часа
Сиборгий Seaborgium Sg-271 2.4 минуты
Борий Bohrium Bh-267 17 секунд
Ганий Hassium Hs-269 9.7 секунд
Мейтнерий Meitnerium Mt-276 0.72 секунды
Дармштадий Darmstadtium Ds-281 11.1 секунды
Рентгений Roentgenium Rg-281 26 секунд
Коперниций Copernicium Cn-285 29 секунд
Унунтрий Ununtrium Uut-284 0.48 секунд
Флеровий Flerovium Fl-289 2.65 секунд
Унунпентий Ununpentium Uup-289 87 миллисекунд
Ливерморий Livermorium Lv-293 61 миллисекунда

Радиоактивные элементы делятся на естественные (существующие в природе) и искусственные (получаемые в результате лабораторного синтеза). Естественных радиоактивных металлов не много — это полоний, радий, актиний, торий, протактиний и уран. Их наиболее стабильные изотопы встречаются в природе, чаще в виде руды. Все остальные металлы из списка созданы человеком.

Самый радиоактивный металл

Самый радиоактивный металл на данный момент — ливерморий. Его изотоп Ливерморий-293 распадается всего за 61 милисекунду. Впервые этот изотоп был получен в Дубне, в 2000 году.

Другой очень радиоактивный металл — унунпентий. Изотоп унунпентий-289 имеет чуть больший период распада (87 милисекунд).

Из более-менее стабильных, практически применяемых веществ, самым радиоактивным металлом считается полоний (изотоп полоний-210). Это серебристый белый радиоактивный металл. Хотя его период полураспада достигает 100 и более дней, даже один грамм этого вещества раскаляется до 500°C, а излучение может мгновенно убить человека.

Что такое радиация

Всем известно, что радиация очень опасна и лучше держаться подальше от радиоактивного излучения. С этим трудно поспорить, хотя в реальности мы постоянно подвержены влиянию радиации, где бы не находились. В земле залегает довольно большое количество радиоактивной руды, а из космоса на Землю постоянно прилетают заряженные частицы.

Кратко говоря, радиация это самопроизвольное испускание элементарных частиц. От атомов радиоактивного вещества отделяются протоны и нейтроны,  «улетая» во внешнюю среду. Ядро атома при этом постепенно изменяется, превращаясь в другой химический элемент. Когда все нестабильные частицы отделяются от ядра, атом перестает быть радиоактивным. Например, торий-232 в конце своего радиоактивного распада превращается в стабильный свинец.

Наука выделяет 3 основных вида радиоактивного излучения

Альфа излучение(α) — поток альфа-частиц, положительно заряженных. Они сравнительно большие по размеру и плохо проходят даже через одежду или бумагу.

Бета излучение(β) — поток бета-частиц, негативно заряженных. Они довольно малы,  легко проходят через одежду и проникают внутрь клеток кожи, что наносит большой вред здоровью. Но бета-частицы не проходят через плотные материалы, такие как алюминий.

Гамма излучение(γ) — это высокочастотная электромагнитная радиация. Гамма-лучи не имеют заряда, но содержат очень много энергии. Скопление гамма-частиц излучает яркое свечение. Гамма-частицы проходят даже через плотные материалы, что делает их очень опасными для живых существ. Их останавливают только самые плотные материалы, например, свинец.

Все эти виды излучения так или иначе присутствуют в любой точке планеты. Они не представляют опасности в малых дозах, но при высокой концентрации могут причинить очень серьезный ущерб.

Изучение радиоактивных элементов

Первооткрывателем радиоактивности является Вильгельм Рентген. В 1895 году этот Прусский физик впервые наблюдал радиоактивное излучение. На основе этого открытия был создан знаменитый медицинский прибор, названый в честь ученого.

В 1896 г изучение радиоактивности продолжил Анри Беккерель, он экспериментировал с солями урана.

В 1898 г Пьер Кюри в чистом виде получил первый радиоактивный металл — Радий. Кюри хоть и открыл первый радиоактивный элемент, однако, не успел толком его изучить. И выдающиеся свойства радия привели к быстрой гибели ученого, который беспечно носил свое «детище» в нагрудном кармане. Великое открытие отомстило своему первооткрывателю — Кюри умер в возрасте 47 лет от мощной дозы радиоактивного облучения.

В 1934 г был впервые синтезирован искусственный радиоактивный изотоп.

Сейчас изучением радиоактивности занимаются множество ученых и организаций.

Добыча и синтез

Даже естественные радиоактивные металлы не встречаются в природе в чистом виде. Их синтезируют из урановой руды. Процесс получения чистого металла чрезвычайно трудоемок. Состоит он из нескольких стадий:

  • концентрирование (дробление и выделение осадка с ураном в воде);
  • выщелачивание — то есть, перевод уранового осадка в раствор;
  • выделение чистого урана из полученного раствора;
  • перевод урана в твердое состояние.

В итоге, из тонны урановой руды можно получить всего несколько граммов урана.

Синтез искусственных радиоактивных элементов и их изотопов проходит в специальных лабораториях, в которых создаются условия для работы с подобными веществами.

Практическое применение

Чаще всего, радиоактивные металлы используют для выработки энергии.

Ядерные реакторы — это устройства, использующие уран для нагревания воды и создания потока пара, который вращает турбину, с помощью чего вырабатывается электричество.

Вообще, сфера применения радиоактивных элементов довольно широка. Они используются для изучения живых организмов, диагностирования и лечения болезней, выработки энергии и для мониторинга промышленных процессов. Радиоактивные металлы являются основой для создания ядерного оружия — самого разрушительного оружия на планете.

Источник: metall4all.ru

РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА — вещества, содержащие в своем составе радионуклиды.

Радиоактивные вещества могут представлять собой радиоактивные изотопы хим. элементов (см. Изотопы), смеси радиоактивных и стабильных изотопов, хим. соединения, в состав которых включены радионуклиды, а также вещества, содержащие радионуклиды в качестве примеси или добавки (см. Меченые соединения, Радиоактивные препараты, Радиофармацевтические препараты).

Свойства Радиоактивных веществ определяются содержанием в них радионуклидов, их способностью самопроизвольно распадаться с испусканием, напр., альфа-, бета-частиц, гамма-квантов (см. Альфа-излучение, Альфа-распад, Бета-излучение, Бета-распад, Гамма-излучение, Радиоактивность).

Радиоактивные вещества в зависимости от происхождения содержащихся в них радионуклидов делят на две группы: природные (естественные) и искусственные, получаемые с помощью ядерных реакций.

Р. в. широко применяются в народном хозяйстве, а также в медицине и биологии в качестве радиоактивных индикаторов, источников ионизирующего излучения (см.) или источников энергии. В основе использования Р. в. как радиоактивных индикаторов (или меченых соединений) лежит тождественность хим. свойств изотопов одного и того же элемента, что позволяет применять Р. в. в медицине для изучения разнообразных процессов в органах и системах организма (см. Радиоизотопное исследование). В науке, технике и в народном хозяйстве Р. в. применяются в качестве индикаторов при изучении многих физ.-хим. процессов (напр., коррозии, диффузии, реакций обмена), для контроля за качеством и точностью различных технологических операций. В хим. производстве для ускорения процессов полимеризации под воздействием облучения или радиационной стерилизации некоторых лекарственных средств и изделий мед. назначения (см. Стерилизация) внедрены в практику мощные источники гамма-излучения. В мед. радиологии и онкологии Р. в. нашли применение для диагностики и лечения различных заболеваний (см. Лучевая терапия, Радиоизотопная диагностика). Р. в., в частности 238Pu, в качестве источника энергии, применяются в искусственных водителях ритма — пейсмекерах (см.).

Биол, действие Р. в. связано с ионизацией атомов и молекул в органах и тканях живого организма. При воздействии Р. в. на организм человека в количествах (дозах), превышающих предельно допустимые величины (см. Предельно допустимая доза излучения), возможно возникновение радиационной патологии (см. Лучевая болезнь, Лучевые повреждения). Известны четыре пути воздействия Р. в. на организм: дистантный — от Р. в., расположенных или распределенных вне тела человека; контактный; ингаляционный и пероральный (алиментарный). Степень и выраженность биол, действия Р. в., попавших на кожный покров или внутрь организма, зависят от поглощенной дозы излучения, к-рая определяется количеством Р. в., видом и энергией излучения радионуклида, скоростью его распада, особенностями метаболизма в организме. Поведение Р. в. в местах поступления и внутри организма определяется его агрегатным состоянием, растворимостью, способностью к гидролизу, комплексообразованию и ионному обмену.

Одним из важных параметров метаболизма Р. в. является коэффициент резорбции (всасывания), количественно характеризующий долю Р. в., проникшую в кровь и лимфу, от общего количества Р. в., попавшего на кожу или поступившего в орга низм через органы дыхания и жел.-киш. тракт. Напр., радионуклиды элементов 1 группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева, находясь в водных растворах и биол, средах преимущественно в ионном состоянии, практически полностью резорбируются в кровь из верхних дыхательных путей, легких и жел.-киш. тракта, равномерно распределяются по органам и тканям и выделяются из организма с мочой. В то же время радионуклиды редкоземельных элементов и трансплутониевые элементы обладают низким коэффициентом резорбции (0,0005—0,01), величина к-рого существенно зависит от хим. формы поступившего соединения. Эти элементы после резорбции в кровь избирательно накапливаются в печени и в костной ткани.

При работе с Р. в. одним из основных путей возможного поступления в организм является ингаляционный. Отложение Р. в. в легочной ткани зависит от размера (дисперсности) частиц, содержащихся во вдыхаемом воздухе, и их растворимости. Для большинства Р. в. характерна выраженная неравномерность (органотропность) распределения в органах и тканях. В зависимости от преимущественного накопления Р. в. в тех или иных органах и тканях их разделяют на остеотропные, гепатотропные, тиреотропные и т. п. Этим обстоятельством в значительной мере определяются особенности биол, действия инкорпорированных Р. в. Напр., при попадании внутрь организма больших количеств равномерно распределяющихся Р. в. развивается типичный острый лучевой синдром, а при попадании в организм органотропных Р. в. — радиационная патология с преимущественным поражением органа депонирования (см. Критический орган). В случае длительного воздействия или при поступлении в организм сравнительно небольших количеств Р. в. возникает хрон, неспецифическое воспаление в органах преимущественного депонирования с исходом в склеротические процессы, напр, пневмосклероз (см.), цирроз печени (см.), нефросклероз (см.) или злокачественные опухоли (см.).

Профилактика поражений радиоактивными веществами надежно обеспечивается соблюдением норм радиационной безопасности (см.), правил работы с радиоактивными материалами и источниками ионизирующего излучения, а также комплексом инженерно-технических решений в области противорадиационной защиты и контроля (см. Дозиметрический контроль, Противолучевая защита). Нормы радиационной безопасности (НРБ) основаны на принятых предельно допустимых дозах облучения и регламентируют поступление и содержание Р. в. в организме.

Для удаления Р. в. с поверхности кожи разработаны и внедрены в практику эффективные средства дезактивации кожи, действие которых основано на механизмах адсорбции, комплексообразования и ионного обмена (см. Дезактивация). Для предотвращения резорбции Р. в. в жел.-киш. тракте рекомендуется применение ионообменных сорбентов, напр, адсобара и полисурьмина для поглощения радиоактивных изотопов стронция, бария, радия, а также ферроцина — для связывания цезия и др. Для стимуляции выведения из организма резорбированных радионуклидов применяются различные комплексоны (см.), напр, пентацин, унитиол, оксатиол и др.

Библиография:

Атомная наука и техника в СССР, под ред. И. Д. Морохова и др., М., 1977;

Булдаков Л. А. и др. Проблемы токсикологии плутония, М., 1969, библиогр.; Ильин Л. А. Основы защиты организма от воздействия радиоактивных веществ, М., 1977; Неотложная помощь при острых радиационных воздействиях, под ред. Л. А. Ильина, М., 1976, библиогр.; Отдаленные последствия лучевых поражений, под ред. Ю. И. Москалева, М., 1971; Пархоменко Г. М., Егорова М. С. и Копаев В. В. Гигиена труда при работе с трансплутониевыми элементами, М., 1974, библиогр.; Петросьянц А. М. Проблемы атомной науки и техники, М., 1979.

Источник: xn--90aw5c.xn--c1avg

По оценкам ученых, за пределы разрушенного реактора выпало всего около четырех процентов радиоактивного топлива одного энергоблока (всего на Чернобыльской станции их было четыре). Этого хватило, чтобы проживание людей на пяти тысячах квадратных километров территории стало невозможным, чтобы возникла необходимость бросать целые города, села и деревни. И это только в самом эпицентре катастрофы.

Радиация попала и в верхние слои атмосферы, что привело к распространению ядовитой копоти практически по всему миру. На европейских атомных станциях сработали системы защиты.

Смертоносные облака несколько недель загрязняли пассажирские самолеты. Известны факты, когда в больших аэропортах проводили дезактивацию летательных аппаратов, осуществлявших авиарейсы из США в Европу. Именно эти колоссальные последствия сделали взрыв на чернобыльской станции самой широкомасштабной техногенной катастрофой за всю историю человечества.

Эта катастрофа в истории «мирного атома» беспрецедентна и по количеству радиоактивных веществ, поступивших в окружающую среду — порядка 50 млн Кюри. Много это или мало? Чтобы стало понятно, приведем такой пример. Чернобыльскую катастрофу часто сравнивают с трагедией в Хиросиме. А для придания еще большей драматичности говорят, что взрыв ядерного реактора в 50 раз сильнее взрыва ядерной бомбы, сброшенной на японский город. Это не вполне корректное сравнение. Справедливо сравнивать не мощность, а активность радиационного загрязнения окружающей среды. Так вот, выброс при взрыве на ЧАЭС действительно в 50 раз активнее, чем радиоактивный выброс от хиросимской бомбы.

А вот мощность взрывного устройства в бомбе составляла 10-15 тысяч тонн тринитротолуола в тротиловом эквиваленте. После ее взрыва высвободился лишь 1 млн Кюри радиоактивных веществ. Это равно одной тонне радия, то есть при аварии в Чернобыле в окружающую среду, образно выражаясь, вылетело пятьдесят тонн радия.

По остальным факторам, сопутствующим взрыву ядерной бомбы (ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и электромагнитный импульс), чернобыльская катастрофа с атомной бомбардировкой Хиросимы конкурировать не может. Например, ударная волна возле ЧАЭС была столь мала, что в зданиях, отстоящих от эпицентра взрыва на 200- 300 метров, даже стекла в окнах уцелели.

Куда же осели 4% опасной и невидимой радиации, которую исторг из себя взорвавшийся реактор? По оценкам ученых, 1,5 % находятся в пределах территории, получившей впоследствии название чернобыльской зоны отчуждения. За ее черту на территорию Украины, Беларуси, России и других сопредельных стран поступило также не больше 1,5%. Около 1% радиоактивных веществ сосредоточено непосредственно на территории промышленной площадки Чернобыльской АЭС, а остальная часть (96%) ядерного топлива укрыта под конструкциями Саркофага.

Необычайный интерес ученых вызвали сами радиоактивные выпадения, поскольку они кардинально отличаются от всего, что было изучено до катастрофы. С того момента, как изобрели ядерное оружие и начали проводить первые испытания, параллельно искали и методы борьбы с последствиями радиационного поражения. И нашли: за сорок лет была разработана стратегия, с помощью которой даже после обмена ядерными ударами государства могли жить и выращивать необходимую сельхозпродукцию. В США и СССР существовали целые институты, разрабатывающие подобные технологии.

Но после аварии на ЧАЭС наука столкнулась с новым типом радиоактивных выпадений. Оказалось, что в составе чернобыльской пыли присутствовали так называемые горячие частицы — высокоактивные частички ядерного реактора. В момент взрыва температура достигала нескольких тысяч градусов. Такие экстремальные условия породили вещества с не известными доселе свойствами. Например, ученые обнаружили частицы с трансурановыми элементами, которые, в отличие от остальных, крайне плохо смываются дождем с поверхности земли и растений. Но самое удивительное не в этом! Мельчайшие частицы ядерного топлива оказались вплавленными в оболочку из стали, песка и бетона — материалов, из которого был построен реактор. Смертоносный «блендер» все перемешал и выдал человечеству нечто новое.

Горячие частицы имеют микроскопические размеры, достигают лишь тысячных долей миллиметра, но обладают высокой радиоактивностью. Они почти не растворяются в воде и биологических жидкостях (например, в крови человека), потому легко могут попасть в организм с водой, загрязненными продуктами питания или с воздухом. При своих микроскопических размерах горячие частицы способны создавать в легких или желудке человека большие очаги облучения, а это, в свою очередь, нередко приводит к серьезным заболеваниям или даже к раку. Такие выводы сделали на основе изучения воздействия горячих частиц на организмы животных. Для этого коров и свиней содержали на полигоне возле села Чистогаловка, а поблизости работали машины, которые специально поднимали зараженную пыль вверх, чтобы та попадала в легкие животных.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Следующая глава >

Источник: document.wikireading.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.