Читайте также:
|
Наиболее впечатляющим компонентом этой гонки являлись ядерные испытания в открытых средах, к которым вскоре добавились и испытания «средств доставки» — межконтинентальных ракет.
Ядерная энергия проявила себя не только посредством радиационного воздействия на биосферу: радиации и радионуклидов, но и как фактор, кардинальным образом изменяющий ландшафты.
Известным примером являются места из расплавленных пород, образовавшиеся в результате взрыва на Новой Земле самой мощной в мире водородной бомбы – 50 Мт.
Развернуто:
α-распад- это ядерные превращения, при которых наряду с сильными взаимодействиями существенную роль играют и электромагнитные взаимодействия. Наблюдать его удается только при распаде тяжелых ядер, начиная с 144 60Nd (кинетическая энергия α частиц 1,83 МэВ). Или ядерное превращене, приводящее к уменьшению числа нуклонов в нуклиде на два протона и два нейтрона.
Это вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание альфа-частицы. При этом массовое число уменьшается на 4, а атомный номер — на 2. Альфа-распад обычно происходит в тяжелых ядрах, где велико электростатическое отталкивание между протонами. Альфа-частица испытывает туннельный переход через кулоновский барьер в ядре, поэтому альфа-распад является существенно квантовым процессом. Пример альфа-распада для изотопа 238U:
Ядра, подвергающиеся α-распаду, характеризуются Т1/2 > 10-7 с. Среди радионуклидов, распадающихся за счет слабых взаимодействий, т.е. за счет β-распада, известные самые короткоживущии радионуклиды имеют Т1/2 > 10-2 с. В случае α и β распадов значения периодов полураспада по крайней мере примерно в 1016 раз превышают характерное ядерное время ~10-23с, позволяет объединить в один класс — нуклоностабильных ядер — как стабильные нуклиды так и радионуклиды. Всего таких нуклидов может быть несколько тысяч, а в настоящее время известно около двух тысяч.
Важным свойством альфа-распада является то, что при небольшом изменении энергии альфа-частиц периоды полураспада меняются на многие порядки. Так у 232Th Qa = 4.08 МэВ, T1/2 = 1.41·1010 лет, а у 218Th Qa = 9.85 МэВ, T1/2 = 10 мкс. Изменению энергии в 2 раза соответствует изменение в периоде полураспада на 24 порядка.
Из-за своей массы и заряда альфа-частицы обладают большой ионизирующей способностью и низкой проникающей способностью.
Пробег α-частиц незначителен: в ткани человеческого тела они проникают на десятые или сотые доли миллиметра
α-распад сопровождается гамма-излучением.
β- распад – это ядерное превращение, при котором число нуклонов в ядре не изменяется, но меняется заряд ядра. β- распад имеет место начиная с трития и наблюдается у радионуклидов всех элементов. Бе́та-распа́д— тип радиоактивного распада, обусловленного слабым взаимодействием и изменяющего заряд ядра на единицу. При этом ядро может излучать бета-частицу (электрон или позитрон). β- распад бывает 3-х видов:
электронный β- - распад характерен как для естественных, так и для искусственных радионуклидов, которые имеют излишек нейтронов. Этот распад в основном характерен для тяжелых радиоактивных изотопов. Электронному β--распаду подвергается около 46 % всех радиоактивных изотопов. При этом один из нейтронов превращается в протон, а ядро испускает электрон и антинейтрино. Массовое число ядра, равное общему числу нуклонов в ядре, не меняется, и ядропродукт представляет собой изобар исходного ядра, стоящий от него по соседству справа в периодической системе элементов.
В β- − -распаде слабое взаимодействие превращает нейтрон в протон, при этом испускаются электрон и антинейтрино: 
позитронный β+ - распад. Наблюдается у некоторых искусственных радиоактивных изотопов, у которых в ядре имеется излишек протонов. Он характерен для 11 % радиоактивных изотопов, находящихся в первой половине таблицы Д.И.Менделеева (Z<45). При позитронном β - распаде один из протонов превращается в нейтрон, заряд ядра и, соответственно, атомный номер уменьшаются на единицу, а массовое число остается без изменений. Ядро испускает позитрон и нейтрино.
Позитрон, вылетев из ядра, срывает с оболочки атома «лишний» электрон или взаимодействует со свободным электроном, образуя пару «позитрон-электрон», которая мгновенно превращается в два γ - кванта с энергией, эквивалентной массе частиц. Процесс превращения пары «позитрон-электрон» в два γ -кванта получил название аннигиляции (уничтожения), а возникающее электромагнитное излучение - аннигиляционного. В данном случае происходит превращение одной формы материи (частиц вещества) в другую - γ – фотоны.
В β + -распаде протон превращается в нейтрон, позитрон и нейтрино: 
.Таким образом, в отличие от β − -распада, β + -распад не может происходить в отсутствие внешней энергии, поскольку масса самого нейтрона больше массы протона. β + -распад может случаться только внутриядер, где абсолютное значение энергии связи дочернего ядра больше энергии связи материнского ядра. Разность между двумя этими энергиями идёт на превращение протона в нейтрон, позитрон и нейтрино и на кинетическую энергию получившихся частиц.
Электронный К—захват. Это такой вид радиоактивного превращения, когда ядро атома захватывает электрон из ближайшего к ядру энергетического К-уровня (электронный К-захват) или, реже, в 100 раз - из L уровня. В результате один из протонов ядра нейтрализуется электроном превращаясь в нейтрон. Порядковый номер нового ядра становится на единицу меньше, а массовое число не изменяется. Ядро испускает антинейтрино. Освободившееся место, которое занимал в К или L-уровне захваченный электрон, заполняется электроном из более удаленных от ядра энергетических уровней. Избыток энергии, освободившийся при таком переходе, испускается атомом в виде характеристического рентгеновского излучения.
Электронный К-захват характерен для 25% всех радиоактивных ядер, но в основном для искусственных радиоактивных изотопов, расположенных в другой половине таблицы Д.И. Менделеева и имеющих излишек протонов (Z = 45 - 105). Только три естественных элемента претерпевают К-захват: калий-40, лантан-139, лютеций-176.
Некоторые ядра могут распадаться двумя или тремя способами: путем а и β - распада и К-захвата.Калий-40 подвергается, как уже отмечалось, электронному распаду 88% и К-захвату - 12%. Медь-64 превращается в никель (позитронный распад - 19%, К-захват - 42%; (электронный распад - 39%).
При электронном захвате электрон атома захватывается ядром с испусканием нейтрино:
Ионизирующая способность β - частиц значительно ниже, чем α - частиц. Степень ионизации зависит от скорости: меньше скорость — больше ионизация. На 1 см пути пробега в воздухе β - частица образует 50-100 пар ионов (1000-25000 пар ионов на всем пути в воздухе). β - частицы больших энергий, пролетая мимо ядра слишком быстро, не успевают вызвать такой же сильный ионизирующий эффект, как медленные β - частицы. При потере энергии электрон захватывается либо положительным ионом с образованием нейтрального атома, либо атомом с образованием отрицательного иона.
γ -излуче́ние, гамма-лучи (γ-лучи) — вид электромагнитного излучения с чрезвычайно маленькой длиной волны — < 5×10−3 нм и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами. Гамма-квантами являются фотоны высокой энергии. Обычно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 105 эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий. В области 1-100 кэВ гамма-излучение и рентгеновское излучение различаются только по источнику: если квант излучается в ядерном переходе, то его принято относить к гамма-излучению; если при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке — к рентгеновскому излучению. Очевидно, физически кванты электромагнитного излучения с одинаковой энергией не отличаются, поэтому такое разделение условно.
Гамма-излучение испускается при переходах между возбуждёнными состояниями атомных ядер (энергии таких гамма-квантов лежат в диапазоне от ~1 кэВ до десятков МэВ), при ядерных реакциях (например, при аннигиляции электрона и позитрона, распаде нейтрального пиона и т.д.), а также при отклонении энергичных заряженных частиц в магнитных и электрических полях (см. Синхротронное излучение).
Ионизирующая способность гамма-лучей характеризуется экспозиционной дозой излучения. Единицей экспозиционной дозы гамма-излучения является кулон на килограмм (Кл/кг). Согласно стандарту, кулон на килограмм — экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучений, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия па 1 кг сухого атмосферного воздуха производит в воздухе ионы, несущие заряд в один кулон электричества каждого знака.
Гамма-лучи обладают огромной проникающей способностью и малым ионизирующим действием.
Непосредственно ионизирующее излучение состоит из заряженных частиц (например, альфа частиц, протонов, электронов, позитронов и др).
Косвенно ионизирующими излучениями являются нейтроны, гамма кванты и рентгеновское излучение, которые непосредственно не могут производить с заметной вероятностью ионизацию и возбуждение среды и не могут в ней потерять свою энергию.
Естественная радиоактивность. Ионизирующее воздействие космического излучения. Радионуклиды естественного происхождения и образующиеся под воздействием космического излучения. Молекулярные аспекты биологического действия ионизирующих излучений и поражения на уровне клетки.
Любой организм на Земле подвергается воздействию характерного для данной местности радиационного фона. До 40-х гг. ХХ столетия — два фактора: космические лучи и распад радионуклидов естественного происхождения, находящихся как в среде обитания данного организма, так и в самом организме.
Космические лучи (КЛ) — поток ионизирующих частиц высокой энергии (~протоны), приходящие к Земле из космического пространства.
КЛ на верхней границе атмосферы называют первичным космическим излучением, а то излучение, которое регистрируется на уровне Земли — вторичным.
Космическое излучение довольно условно делят на две части: галактические КЛ (ГКЛ) и солнечные КЛ (СКЛ).
Ионизирующие излучения естественного и космического происхождения создают естественный радиационный фон (ЕРФ). Его величина изменяется на планете от места к месту примерно в 3 раза. В некоторых местах уровень облучения может быть в 10 больше среднего значения, а локально даже и в 100 раз.
В нижних слоях атмосферы мощности доз, создаваемые ионизирующей компонентой космического излучения, мало зависят от географической широты, но значительно меняются с высотой, удваиваясь примерно через каждые 1500 метров.
До нас доходит вторичное космическое излучение. Магнитосфера защищает от корпускулярного излучения.
ВКИ – нет альфа-частиц. И протонов, а есть нейтроны (они радиактивны).
Энергия, выделяемая при радиоактивном распаде, является одной из трех составляющих суммарной внутренней энергии Земли. Двумя другими являются: энергия, запасенная в результате процесса аккреции, и энергия, выделившаяся при перераспределении вещества внутри планеты, например, за счет разделения мантии и ядра. Внутренняя энергия определяет температуру внутренних областей Земли на всех стадиях ее эволюции.
Из примордиальных радионуклидов, доживших до настоящего времени, главными источниками тепловыделения являются: семейства 232Th, 235U, 238U, а также 40K и 87Rb.
На начальном этапе эволюции Земли определяющую роль играли более короткоживущие изотопы. Количество радиогенной энергии, выделившейся за ~4,5 млрд. лет существования Земли, ~1031 Дж.
В ходе процессов дифференциации, т. е. образования современной структуры Земли: ядра, мантии и земной коры, уран и торий, вероятно, концентрировались в жидких растворах в мантии, а затем выносились вверх и оказывались в конечном итоге в земной коре. Это приводило к тому, что кора становилась обогащенной такими элементами.
Континентальную кору обычно делят на верхнюю и нижнюю и для урана концентрация в нижней части коры составляет 0,7 млн-1, а в верхней 2,0 млн-1, при средней концентрации 1,7 млн-1.
В 1950году обнаружили солнечный ветер.
Солнце является источником солнечного ветра — непрерывного потока плазмы, распространяющегося приблизительно радиально от Солнца и заполняющего Солнечную систему до гелиоцентрических расстояний R ⊚ ~100 а. е.
Приближающийся к Земле солнечный ветер состоит в основном из протонов и электронов (концентрация частиц ~107 м-3, Т — 105 K), двигающихся со скоростью несколько сотен километров в секунду.
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 94 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |