Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию - Фелленберг Г.
ISBN 5-03-002857-9
Скачать (прямая ссылка):
8.1. Что такое радиоактивность?
Естественная радиоактивность встречается у элементов с атомным номером более 83. Скопление положительных зарядов в атомном ядре делает ядро настолько неустойчивым, что оно испускает либо а-частицы, т.е. ядра гелия (два протона и два нейтрона), либо /9-частицы (электроны). При этом атомные ядра приходят в возбужденное состояние и при обратном переходе в нормальное состояние испускают рентгеновские или 7-лучи.
При выбросе ядра гелия (а-лучи) возникает ядро нового элемента, положительный заряд ядра которого меньше на 2 единицы, а масса на 4 единицы меньше первоначального значения. Так, например, при радиоактивном распаде радия образуется радон:
он
он
I2Rn + JHe
(8.1)
206
8. Радиоактивность
При испускании /З-частицы (электрона) из атомного ядра образуется новый элемент, у которого положительный заряд ядра на 1 больше исходного, а масса ядра практически не изменяется. Примером служит изотоп свинца, который превращается в ядро висмута
V24Pb-V34Bi + е" (8.2)
(/З-частииа)
В результате а- и ?- распада родоначальников естественных рядов, т.е. U-238, U-235 и Th-232, сначала образуются нестабильные ядра элементов, которые при дальнейшем распаде образуют ядра новых элементов вплоть до образования стабильной формы.
Ядерное излучение обладает большой энергией. Энергия «-излучения лежит в пределах 4—9 МэВ, ^-излучения — 0,5—2 МэЗ и у-излучения — 0,1—2 МэВ.
Высокая энергия ядерного излучения постепенно расходуется при его прохождении через воздух, воду и другие среды при встрече с атомами среды. При каждом столкновении происходит возбуждение атомов среды, ионизация молекул или превращение в другой элемент за счет ядерной реакции. При возбуждении атома электрон электронной оболочки временно переходит на более высокий энергетический уровень, откуда он возвращается в первоначальное положение, выделяя энергию возбуждения. Эта энергия может расходоваться на химические реакции или дать световую вспышку, как это происходит в сцинтилляционных счетчиках. Например, свечением возбужденных молекул азота объясняется светло-синее свечение внутри атомного реактора, заполненного топливными элементами. Если электроны атома выбиваются из электронных оболочек, образуя пару ион + + е ", то имеет место процесс ионизации.
В то время как возбуждение и ионизация происходят достаточно часто, очень редко имеют место превращения ядер, так как для этого необходим контакт бомбардирующей частицы с ядром, размеры которого крайне малы по сравнению с общими размерами атома. В естественных условиях ядерные реакции вызываются нейтронами или ядрами гелия (а-частицы).
Чем больше размеры имеет частица, образующаяся при распаде ядра, тем вероятнее ее столкновение на своем пути с другими атомами или молекулами и тем быстрее она потеряет энергию. Длина пробега частицы определяется числом столкновений и зависит от энергии и вида частицы или у-кванта. Фотоны у-излучения при незначительной плотности ионизации имеют значительно
8.1. Что такое радиоактивность
207
большую длину пробега, чем ядра гелия (а-частицы); 0-частицы занимают как по плотности ионизации, так и по длине пробега промежуточное положение. В воздухе длина пробега у-излучения составляет в зависимости от энергии у-лучей от нескольких метров до нескольких километров. Это излучение свободно проходит через мягкие ткани организма, такая же картина наблюдается и в случае нейтронов. Длина пробега /3-частиц в воздухе составляет 150—850 см, в мягких тканях растений и животных они проникают всего лишь на несколько мм. Длина пробега ядер гелия в воздухе равна 2,5—9 см, в ткани они проникают только на доли мм. Поскольку а- и /3-излучение отдают всю энергию в тканях организма на коротком отрезке пути, то очевидно, что они наносят тяжелейшие повреждения клеткам вблизи от места их проникновения*.
Присутствие радионуклида в тканях организма тем опаснее, чем чаще происходит ядерный распад. За единицу активности радионуклида принят беккерель (Бк), эта единица соответствует 1 акту распада в секунду.
Поглощенную дозу излучения выражают числом образованных пар ионов. Для рентгеновского и гамма-излучения за единицу был принят рентген (P). Один рентген соответствует такому облучению, при котором в 1 см3 образуется 2,082 млрд (2,082•1O9) ионных пар, что эквивалентно образованию 1 электростатической единицы электричества в 1 см3.
Поглощенная тканями организма доза излучения зависит от биологической активности излучения и измеряется с помощью рад (от англ. radiation absorbed dose), т.е. как поглощенная доза излучения, приходящаяся на определенное количество облученного материала, причем 1 рад соответствует энергии 0,01 Дж/кг. Как правило, сейчас вместо рад используют другую единицу — грей (Гр)**. Между этими единицами действует следующее соотношение: 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.
Облучение живых тканей может осуществляться различными видами излучений, которые характеризуются различной плотностью ионизации. Поэтому для оценки биологического действия на ткани необходимо учитывать различия механизма переноса энергии для разных видов излучения. Для каждого вида излучений было экспериментально установлено его биологическое действие, от
