Раздел 2 Источники ионизирующих излучений и загрязнений окружающей среды радиоактивными веществами

Таблица нуклидов

Эта таблица нуклидов содержит все известные науке нуклиды. Количество протонов (атомный номер) увеличивается слева направо, а нейтронов — сверху вниз, то есть вертикальные столбцы включают все изотопы химического элемента, а горизонтальные строки — изотоны.

Период полураспада нуклида показан цветом его ячейки (смотрите расшифровку цветов справа на примере гадолиния). Цветные рамки показывают время жизни наиболее стабильных ядерных изомеров.

Интересный факт: не существует стабильных или хотя бы долгоживущих нуклидов с массовыми числами 5 и 8.

Таблица известных нуклидов

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Таблица нуклидов» в других словарях:

таблица нуклидов — nuklidų lentelė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. chart of nuclides; table of nuclides vok. Nuklidtafel, f rus. таблица нуклидов, f pranc. table des nuclides, f … Fizikos terminų žodynas

Магические числа (физика) — Таблица нуклидов с указанными магическими числами. В ядерной физике магические числа ряд натуральных чётных чисел, соотв … Википедия

Актиноиды — Общие сведения Состав группы торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий … Википедия

Изотопы — Ядерная физика … Википедия

Изотоп — Ядерная физика Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция Основные термины Атомное ядро · Изотопы · Изобары · Период полураспада · Ма … Википедия

Плутоний — 94 Нептуний ← Плутоний → Америций Sm ↑ Pu … Википедия

Нуклид — В Викисловаре есть статья «нуклид» Нуклид (лат. nucleus «ядро» и др. греч … Википедия

Уран-232 — Таблица нуклидов Общие сведения Название, символ Уран 232, 232U Нейтронов 140 Протонов 92 Свойства нуклида Атомная масса 232,0371562(24)[1] … Википедия

Радиоактивный изотоп — Нуклид (лат. nucleus «ядро») вид атомов, характеризующийся определёнными массовым числом, атомным номером и энергетическим состоянием их ядер, и имеющий время жизни, достаточное для наблюдения. Официальное рекомендуемое определение термина по… … Википедия

Нуклиды — Нуклид (лат. nucleus «ядро») вид атомов, характеризующийся определёнными массовым числом, атомным номером и энергетическим состоянием их ядер, и имеющий время жизни, достаточное для наблюдения. Официальное рекомендуемое определение термина по… … Википедия

Источник

Раздел 2. Источники ионизирующих излучений и загрязнений окружающей среды радиоактивными веществами

2.2. Естественные источники ионизирующего излучения

2.2.2. Природные (естественные) радиоактивные вещества

Встречающиеся в природе радиоактивные элементы принято называть естественными. Большинство из них – тяжелые элементы с порядковыми номерами от 81 до 96. Природные радиоактивные элементы путем альфа- и бета-распада превращаются в другие радиоактивные изотопы. Эта цепь радиоактивных превращений называется радиоактивным рядом или семейством.

Тяжелые естественные радиоизотопы образуют четыре радиоактивных семейства: урана-радия; тория; актиния; нептуния. Массовые числа членов урано-радиевого ряда всегда четные и подчиняются закону: А = 4n + 2, где n изменяется от 51 до 59. Для ториевого ряда массовые числа четные и определяются по формуле: А = 4n, где n изменяется от 52 до 58. Для актиниевого ряда массовые числа элементов всегда нечетные и могут быть определены по формуле: А = 4n + 3, где n изменяется от 51 до 58. Массовые числа элементов ряда нептуния нечетные и определяются по формуле: А = 4n + 1, где n изменяется от 52 до 60.

Родоначальники каждого семейства характеризуются очень большими периодами полураспада (см. табл. 2), которые сопоставимы с временем жизни Земли и всей Солнечной системы.

Таблица 2 – Родоначальники естественных радиоактивных семейств

Период полураспада – T_физ., годы

Самый большой период полураспада у тория (14 млрд лет), поэтому он со времени аккреации Земли сохранился почти полностью. Уран-238 распался в значительной степени, распалась подавляющая часть урана-235, а изотоп нептуния-232 распался весь. По этой причине в земной коре много тория (почти в 20 раз больше урана), а урана-235 в 140 раз меньше, чем урана-238. Поскольку родоначальник четвертого семейства (нептуний) со времени аккреации Земли весь распался, то в горных породах его почти нет. В ничтожных количествах нептуний обнаружен в урановых рудах. Но происхождение его вторичное и обязано бомбардировке ядер урана-238 нейтронами космических лучей. Сейчас нептуний получают с помощью искусственных ядерных реакций. Для эколога он не представляет интереса.

Периоды полураспада и типы распада членов естественных радиоактивных рядов приведены в таблице 2.

Естественные радиоактивные семейства обладают рядом общих особенностей, которые заключаются в следующем:

1. Родоначальники каждого семейства характеризуются большими периодами полураспада, находящимися в пределах 10 8 -10 10 лет.

2. Каждое семейство имеет в середине цепи превращений изотоп элемента, относящийся к группе благородных газов (эманацию).

3. За радиоактивными газами следуют твердые короткоживущие элементы.

4. Все изотопы трех радиоактивных семейств распадаются двумя путями: альфа- и бета-распадами. Причем короткоживущие ядра семейств испытывают конкурирующие альфа- и бета-распад, тем самым образуя разветвления рядов. Если при альфа- и бета-распадах ядра не переходят сразу в нормальное состояние, то эти акты сопровождаются гамма-излучением.

Ряды заканчиваются стабильными изотопами свинца с массовыми числами 206, 208 и 207, соответственно, для уранового, ториевого, актиноуранового ряда.

Семейства урана-радия и тория являются активными гамма-излучателями по сравнению с семейством актиния, мощность дозы гамма-излучения которого весьма невелика.

Таким образом, в радиоактивных семействах имеются альфа-, бета- и гамма-излучатели, причем мощность дозы каждого излучения в разных семействах неодинакова. Общее число излучателей того или иного рода для разных семейств приведено в таблице 3.

Таблица 3 – Количество излучателей естественных рядов

В ряду урана-238 всего 19 радионуклидов и один стабильный изотоп – свинец-206. Наиболее важные альфа-излучатели этого семейства: уран-238, уран-234, торий-230, радий-226, радон-222, полоний-218, полоний-214 и полоний-210. Относительное количество других альфа-излучателей ряда невелико, поэтому они не представляют практического интереса.

К числу существенных бета-излучателей ураново-радиевого ряда относятся: протактиний-234, свинец-214, висмут-214 и висмут-210. Причем, бета-излучение протактиния-234 составляет около 50% от
бета-излучения всех изотопов семейства.

Основную долю (97,9%) в мощность гамма-излучения этого семейства вносят продукты распада радия-226 (свинец-214 и висмут-214) и радона-218 (полоний-214). Торий-234 и протактиний-234 – продукты распада родоначальника семейства (урана-238), дают около 2,1% общей мощности гамма-излучения. Вклад остальных членов ряда в суммарную интенсивность гамма-квантов ничтожно мал.

В ряду актиния находится 14 радиоизотопов и один стабильный изотоп – свинец-207. Поскольку в природном уране актиноурана (урана-235) очень мало, альфа-излучение актиниевого семейства составляет не более 5%, а гамма-излучение – около 1,25% от интенсивности соответствующих лучей ураново-радиевого ряда.

Ряд тория содержит 12 радионуклидов и один стабильный изотоп – свинец-208. Главными альфа-излучателями здесь являются: торий-232,
торий-228, радий-224, радон-220, полоний-216, висмут-212 и полоний-212.

К основным бета-излучателям в ториевом ряду относятся: актиний-228, свинец-212, висмут-212 и таллий-208.

Основной вклад в гамма-излучение ряда тория вносят продукты распада тория-228 (полоний-216, свинец-212, висмут-212 и таллий-208). Их доля – 60,2% всей интенсивности гамма-квантов. Остальная мощность гамма-излучения (39,8%) принадлежит продукту распада радия-228 (актинию-228). Доля остальных гамма-излучателей в общей мощности гамма-излучения ничтожна.

Ниже приведена краткая характеристика важнейших радиоизотопов, входящих в естественные семейства.

Уран (U). Химический элемент с порядковым номером 92. Имеет три природных изотопа 238 U, 235 U и 234 U. Период полураспада первого 4,5×10 9 лет, второго – 7,13×10 8 лет, третьего – 2,52×10 5 лет. Их относительную распространенность в рудах можно выразить так: 99,28; 0,71; 0,006% соответственно.

Этот серебристо-белый металл открыт Клапротом в 1789 году. По внешнему виду металлический уран напоминает железо. Он окисляется в воздухе до самовоспламенения и горит ярким пламенем. Плотность урана 19 г/см 3 , температура плавления 1133°С. Хорошо растворяется в минеральных кислотах.

Уран широко распространен в земной коре. Он содержится в горных породах, почве, воде озер, рек и морей.

Уран-238 является родоначальником уранового семейства. В первичных минералах он практически всегда находится в равновесии со своими короткоживущими продуктами распада, а также со своим долгоживущим изотопом – ураном-235.

Уран-235 (актиноуран) является родоначальником актиноуранового семейства, которое в природе всегда сопутствует семейству урана-238. Актиноуран открыт сравнительно недавно (в 1935 г.), т.е. значительно позднее продуктов его распада, чем и объясняется несоответствие названий актиниевого семейства и его родоначальника.

Ядро урана-235 обладает замечательным свойством. Кроме спонтанного распада он способен делиться при захвате нейтрона с освобождением колоссальной энергии, поэтому является одним из ядерных горючих.

Уран, химически выделенный из руд (естественно, что это смесь всех трех природных изотопов урана) и приготовленный в виде окиси (U₃O₈), является стабильным источником альфа-излучения. Примерно через год после его выделения устанавливается радиоактивное равновесие между ураном-238 и короткоживущими бета-активными продуктами его распада. Тогда этот препарат может служить в качестве стабильного источника бета-излучения.

Уран связан с рудами осадочного, гидротермального и магматического происхождения. Он содержится более чем в 100 минералах. Среди них наиболее часты окислы урана, соли фосфорной, ванадиевой, кремниевой, мышьяковой, титановой и ниобиевой кислот. Наиболее важные промышленные руды урана представлены первичным минералом – уранинитом (урановой смолкой), представляющим собой окисел урана черного цвета. Кроме того есть множество вторичных минералов урана, которые называются урановыми слюдками. Наиболее распространенные из них:
торбернит – Си(UО₂)₂(PO₄)₂×nH₂О, отенит – Са(UO₂)₂(РО₄)₂×nН₂О,
карнотит – K₂(UО₂)₂(VО₄)₂×3H₂О, тюямунит – Ca(UO₂)₂(VO₄)₂×8H₂О.
Из урановых слюдок крупные промышленные скопления образуют только карнотит и тюямунит. Они же являются рудой для получения ванадия и радия.

Уран и радий в России впервые были получены из руды месторождения Тюя-Муюн в Фергане. Носителями этих металлов здесь оказались два минерала из группы урановых слюдок – тюямунит и ферганит. Первый минерал открыт К.А. Ненадкевичем в 1912 г., а второй – И.А. Антиповым в 1899 году.

Торий (Th). Химический элемент с порядковым номером 90. Это светло-серый металл с плотностью 11,72 г/см 3 и температурой плавления 1750°С, открытый Берцелиусом в 1828 году. Трудно поддается действию кислот. Он имеет 6 изотопов, из которых долгоживущие только два: торий-232 (Т_физ. = 1,39×10 10 лет) и ионий-230 (Т_физ. = 8×10 4 лет).

Скорость распада тория очень мала. За 14 миллиардов лет количество атомов тория-232 уменьшается только в 2 раза. Поскольку возраст Земли всего лишь 4,5 млрд лет, то можно полагать, что значительное количество этого элемента сохранилось со времени аккреации нашей планеты.

Руды тория по своему генезису являются магматическими. При разрушении таких месторождений образуются россыпи, обогащенные минералами тория. Основным источником тория служат пески, содержащие минерал монацит – (Се, La, Nd, Th) PО₄. Особенно богаты монацитом морские россыпи. Промышленное значение имеет также минерал торит – ThSiО₄.

Актиний (Ас). Химический элемент с порядковым номером 89. Серебристо-белый металл с температурой плавления 1050°С, имеющий два изотопа: актиний-227 (Т_физ. = 21,8 года) и мезоторий-228 (Т_физ. = 6,13 часа).

Актиний, претерпевая альфа- и бета-распад, образует одно из разветвлений ряда актиния. В основном он является бета-излучателем. Ядерных гамма-лучей этот радионуклид не имеет. В смеси с бериллием актиний служит для приготовления источников нейтронов. Актиний встречается в рудах урана и тория.

Радий (Ra). Химический элемент с порядковым номером 88. Это серебристо-белый блестящий металл с плотностью 6 г/см 3 и температурой плавления 700°С, открытый в начале XX века супругами Кюри, имеет 4 изотопа: радий-226 (Т_физ. = 1602 года), мезоторий-228 (Т_физ. = 6,7 года), актиний Х-223 (Т_физ. = 11,4 сут.) и торий Х-224
(Т_физ. = 3,64 сут.). По химическим свойствам радий близок к барию, изоморфно замещает последний в минералах: барите (сульфат бария) и витерите (карбонат бария). В природных водах радий встречается в виде хлорида.

В результате альфа-распада радия-226, сопровождаемого гамма-излучением, образуется радиоактивный газ – радон (эманация). В закрытом сосуде радон через 40 дней приходит в состояние радиоактивного равновесия с радием, находящимся в сосуде. После этого срока препарат можно использовать в качестве эталонного источника гамма-излучения.

Радон приходит в равновесие со своими короткоживущими продуктами распада (Ra A, Ra В, и Ra С) через 3 часа. Другой изотоп радия – мезоторий-1, обладает мягким бета-излучением, интенсивность гамма-излучения его невелика.

Изотопы радия широко распространены в горных породах и рудах, но в чрезвычайно малых концентрациях. На 3 тонны урана приходится 1 г равновесного радия. Поскольку в различных горных породах радий встречается в неодинаковых концентрациях, то это его свойство используется для диагностики петрографических разностей по гамма-лучам. Добывается радий из урановых руд. Он широко применяется в медицине для лучевой терапии.

Радон (Rn). Химический элемент с порядковым номером 86. Это тяжелый инертный радиоактивный газ с плотностью 9,73 г/л. Он бесцветен и хорошо растворяется в воде. Имеет 4 изотопа: радон-222
(Т_физ.=3,823 дня), радон-218 (Т_физ.=1,9´10 -2 с), торон-220 (Т_физ.=54,5 с) и актинон-219 (Т_физ. = 3,92 с). Все они принадлежат к группе благородных газов, обладают альфа-активностью и других излучений не имеют. Радоновая эманация является источником активных осадков. Радон в смеси с бериллием используется в научных исследованиях и медицине как источник нейтронов.

Астат (At). Химический элемент из группы галогенов с порядковым номером 85. В переводе с греческого «астат» означает «нестабильный», т.к. это единственный галоген, не имеющий стабильных изотопов. Все четыре изотопа астата радиоактивны: астат-210 (Т_физ. = 8,3 ч), астат-218 (Т_физ. = 2 с), астат-215 (Т_физ. = 1×10 -4 с) и астат-216 (Т_физ. =
= 3×10 -4 с).

В незначительных количествах астат входит во все три естественные радиоактивные семейства. Его изотопы альфа-активны. Небольшая часть астата претерпевает бета-распад.

Полоний (Ро). Химический элементе с порядковым номером 84. Это мягкий серебристо-белый металл с плотностью 9,3 г/см 3 и температурой плавления 254° С. Полоний имеет 8 радиоактивных изотопов: полоний-209 (Т_физ. = 103 года), полоний-210 (Т_физ. = 140 сут.), радий А-218 (Т_физ. = 3,05 мин), торий А-216 (Т_физ. = 0,158 с), актиний Ас-215 (Т_физ. = = 1,83 × 10 -3 с), радий-214 (Т_физ. = 1,55 × 10 -4 с), торий (Т_физ. = 3 × 10 -7 с), актиний (Т_физ. = 5 × 10 -3 с).

Полоний является чистым альфа-излучателем, что позволяет широко использовать его в лабораторных исследованиях. В смеси с бериллием он представляет собой лучший источник нейтронов.

Свинец (Рв). Химический элемент с порядковым номером 82. Представляет собой синевато-серый мягкий ковкий металл с плотностью 11,34 г/см 3 и температурой плавления 327,4°С, химически стойкий. Свинец имеет 3 устойчивых изотопа: свинец-206 (радий G), свинец-207 (актиний D), свинец-208 (торий D), и 4 радиоактивных: свинец-210 (радий D, Т = 22 года), свинец-212 (торий В, Т = 10,6 часа), свинец-211 (актиний В, Т = 36,1 мин), свинец-214 (радий В, Т = 26,8 мин).

Устойчивые изотопы свинца с массовыми числами 206, 207 и 208 являются конечными продуктами распада трех естественных радиоактивных рядов. Эти изотопы нерадиоактивны, но всегда присутствуют в радиоактивных рудах. Отношение количества нерадиоактивного свинца к содержанию радиоактивных элементов (урана, тория) в горных породах и рудах позволяет определить абсолютный возраст геологических образований. Остальные четыре изотопа свинца радиоактивны. Все они распадаются путем бета-излучения. Продукты распада радия D кроме бета-лучей выделяют альфа-лучи, поэтому из свинца-210 получают стандартные источники бета- и альфа-излучения.

Свинец применяют в качестве экранов и фильтров для гамма-излучения. Применение его для экранирования альфа- и бета-излучения нецелесообразно, поскольку в свинце всегда содержится некоторое количество радиоактивных изотопов, особенно радия D. В природе встречаются и другие радиоактивные изотопы свинца (с массовыми числами 200, 201 и 203), но количество их ничтожно.

Содержание свинца в земной коре значительно (1,6´10 -3 %), концентрируется он, главным образом, в сульфидных минералах, имеющих гидротермальное происхождение.

Естественные радиоизотопы, не входящие в радиоактивные семейства. Кроме естественных радиоактивных элементов, являющихся членами трех рассмотренных выше естественных рядов, в природе имеются изотопы, генетически не связанные между собой, но обладающие радиоактивностью. Количество таких радиоизотопов превышает 200, период полураспада их колеблется от долей секунды до миллиардов лет.

Интерес для эколога представляют изотопы с большим периодом полураспада: калий-40, рубидий-87, самарий-147, углерод-14, лютеций-176 и рений-187. Радиоактивный распад ядер этих элементов представляет собой изолированный акт, т.е. после распада образуется устойчивый дочерний изотоп. Как видно из таблицы 4, все перечисленные ядра подвержены бета-распаду, за исключением самария, который претерпевает альфа-распад.

Таблица 4 – Естественные радиоактивные изотопы, не входящие в семейства

Источник



Радиоизотопные источники бета-излучения

Как уже отмечалось в п. 1.3 неустойчивые изотопы лёгких и средних элементов преимущественно подвержены бета-распаду. Если ядро имеет избыток нейтронов, то один из них испускает β — -частицу (т.е. электрон) и антинейтрино , превращаясь в протон. При этом порядковый номер изотопа увеличивается на единицу, а массовое число остаётся прежним, т.е. исходный элемент превращается в другой элемент с той же атомной массой. Если же ядро имеет избыток протонов, то происходит β + -распад, т.е. один из протонов испускает позитрон (β + -частицу) и нейтрино и превращается в нейтрон. При этом порядковый номер изотопа уменьшается на единицу, а массовое число остаётся прежним. Таким образом, при β-распаде мы всегда имеем превращение исходных элементов в соседние по порядковому номеру элементы, но с прежней атомной массой.

Испускаемые при β-распаде электроны и позитроны объединяются в одну группу бета-частиц. Они имеют равные массы и равные по абсолютной величине, но противоположные по знаку электрические заряды, т.е. позитрон является античастицей по отношению к электрону. Энергия, выделяемая при β-распаде, распределяется случайным образом между β-частицей и нейтрино (антинейтрино). Поэтому бета-излучение имеет сплошной спектр, т.е. энергия испускаемых β-частиц имеет непрерывное распределение от нуля до некоторой граничной энергии Е_макс , определяемой энергией, выделяемой нуклоном при β-распаде. Для различных изотопов она различна, но не превышает 10 МэВ. Энергичные позитроны взаимодействуют с веществом аналогично электронам. Лишь когда позитроны практически полностью потеряют свою энергию, они аннигилируют с электронами, высвобождая энергию в виде гамма-квантов, энергия которых в соответствии с соотношением Эйнштейна равна Е_γ = 2m_ec 2 , где m_e – масса электрона, с – скорость света в вакууме, что соответствует 1,022 МэВ.

Поскольку β-частицы являются заряженными частицами, то при прохождении через любое вещество они активно взаимодействуют с электронными оболочками атомов этого вещества и быстро теряют свою кинетическую энергию, после чего электроны захватываются атомами, приводя к их ионизации (образуются отрицательные ионы), а позитроны аннигилируют с ближайшими атомными электронами (что также приводит к ионизации этих атомов, образуя положительные ионы) с испусканием гамма-квантов с энергией 1,022 МэВ. Поэтому β-частицы имеют невысокую проникающую способность, что позволяет достаточно легко обеспечить эффективную защиту от прямого β-излучения. Основную опасность представляют β-активные аэрозоли, легко переносимые потоками воздуха и попадающие внутрь организма при дыхании, а также вместе с пылью оседающие на кожных покровах человека.

Поскольку радиоактивные изотопы подавляющего большинства элементов подвержены именно β-распаду, то любой мощный источник ионизирующего излучения (и, особенно, нейтронного излучения) приводит к появлению в окружающем пространстве радиоактивных изотопов тех веществ, которые окружают этот источник, включая и аэрозоли, которые всегда находятся в окружающей воздушной среде во взвешенном состоянии и в ещё большей концентрации в виде осевшей пыли покрывают поверхности всех окружающих предметов. Подавляющее большинство этих вторичных радиоактивных изотопов подвержены именно β-распаду и вместе с пылью различными путями могут попадать внутрь организма, приводя к тяжёлым последствиям. Поэтому защита от радиоактивных аэрозолей и во взвешенном, и в конденсированном состоянии представляет одну из важнейших задач обеспечения радиационной безопасности. Для определения концентрации β-активных аэрозолей в воздухе и загрязнения β-активными веществами кожных покровов и одежды персонала, а также поверхностей различных предметов создаются специальные приборы. Для их градуировки и испытаний очевидно необходимы образцовые источники β-излучения с известной активностью и средней энергией излучения.

Характеристики некоторых наиболее широко используемых радиоизотопных β-источников приведены в таблице 2.4 [3, 8] . В начале этой таблице приводятся изотопы, которые имеют только один β-переход (их называют «чистыми» β-излучателями), а в конце таблицы приведены изотопы имеющие по нескольку β-переходов.

Характеристики β-излучения некоторых наиболее широко

применяемых радиоактивных нуклидов

В первой колонке приводится реакция распада, включая дочерний продукт. Если дочерний продукт является стабильным, то он подчёркивается. Во второй колонке – период полураспада Т_1/2; в третьей – разность энергий между основными состояниями материнского и дочернего ядер Q, кэВ. В четвёртой и последующих колонках – данные об энергетическом спектре: Е_βi – граничная частота β-спектра i-го β-перехода, т.е. максимальная энергия непрерывного спектра i-го β-перехода; n _βi ,% – выход β-частиц i-го β-перехода в процентах; – средняя энергия спектра β-излучения i-го β-перехода на 1 β-частицу, кэВ/β-частица (средняя энергия β-частиц, определяемая по энергетическому спектру β-излучения i-го β-перехода); – средняя энергия спектра β-излучения на 1 распад ядра, кэВ/распад (средняя энергия β-частиц, определяемая по энергетическому спектру β-излучения данного радионуклида).

Графический вид спектров некоторых β-активных нуклидов, из перечисленных в таблице 2.4, приведен на рисунке 2.7 [3]. Здесь по оси ординат отложены значения спектральной плотности, пронормированные на 100 распадов (т.е. число β-частиц, приходящихся на энергетический интервал в 1 кэВ, излучаемых за 100 β-распадов). Из графиков следует, что на начальных участках спектральная плотность либо близка к равномерной, либо слабо растёт, затем идёт участок с более или менее плавным снижением спектральной плотности, а ближе к конечным участкам, где энергия β-частиц приближается к максимальной для данного изотопа спектральная плотность падает очень круто (почти вертикально).

Рис. 2.7. Энергетические спектры некоторых β-активных нуклидов

Источник

Радиоактивные изотопы

• Радионукли́ды, радиоакти́вные нукли́ды (менее точно — радиоакти́вные изото́пы, радиоизото́пы) — нуклиды, ядра которых нестабильны и испытывают радиоактивный распад. Большинство известных нуклидов радиоактивны (стабильными являются лишь около 300 из более чем 3000 нуклидов, известных науке). Радиоактивны все нуклиды, имеющие зарядовое число Z, равное 43 (технеций) или 61 (прометий) или большее 82 (свинец); соответствующие элементы называются радиоактивными элементами. Радионуклиды (главным образом бета-неустойчивые) существуют у любого элемента (то есть для любого зарядового числа), причём у любого элемента радионуклидов существенно больше, чем стабильных нуклидов.

Поскольку бета-распад любого типа не изменяет массовое число A нуклида, среди нуклидов с одинаковым значением массового числа (изобаров) существует как минимум один бета-стабильный нуклид, отвечающий минимуму на зависимости избытка массы атома от заряда ядра Z при данном A (изобарической цепочке); бета-распады происходят по направлению к этому минимуму (β−-распад — с увеличением Z, β+-распад и электронный захват — с уменьшением Z), спонтанные переходы в обратном направлении запрещены законом сохранения энергии. Для нечётных A такой минимум один, тогда как для чётных значений A бета-стабильных нуклидов может быть 2 и даже 3. Большинство лёгких бета-стабильных нуклидов стабильны также и по отношению к другим видам радиоактивного распада и, таким образом, являются абсолютно стабильными (если не принимать во внимание до сих пор никем не обнаруженный распад протона, предсказываемый многими современными теориями-расширениями Стандартной Модели).

Начиная с А = 36 на чётных изобарических цепочках появляется второй минимум. Бета-стабильные ядра в локальных минимумах изобарических цепочек способны испытывать двойной бета-распад в глобальный минимум цепочки, хотя периоды полураспада по этому каналу очень велики (1019 лет и более) и в большинстве случаев, когда такой процесс возможен, он экспериментально не наблюдался. Тяжёлые бета-стабильные ядра могут испытывать альфа-распад (начиная с A ≈ 140), кластерный распад и спонтанное деление.

Большинство радионуклидов получаются искусственным путём, однако существуют и природные радионуклиды, к которым относятся:

радионуклиды с большими периодами полураспада (>5·107 лет, например уран-238, торий-232, калий-40), которые не успели распасться с момента нуклеосинтеза за время существования Земли, 4,5 млрд лет;

* радиогенные радионуклиды — продукты распада вышеуказанных долгоживущих радионуклидов (например, радон-222 и другие радионуклиды из рядов радия, тория и актиния);

* космогенные радионуклиды, возникающие в результате действия космического излучения (тритий, углерод-14, бериллий-7 и др.).

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

К седьмо́му пери́оду периоди́ческой систе́мы относятся элементы седьмой строки (или седьмого периода) периодической системы химических элементов. Строение периодической таблицы основано на строках для иллюстрации повторяющихся (периодических) трендов в химических свойствах элементов при увеличении атомного числа: новая строка начинается тогда, когда химические свойства повторяются, что означает, что элементы с аналогичными свойствами попадают в один и тот же вертикальный столбец. Седьмой период содержит.

Источник

Виды радиоактивных излучений

Навигация по статье:

Радиация и виды радиоактивных излучений, состав радиоактивного (ионизирующего) излучения и его основные характеристики. Действие радиации на вещество.

Что такое радиация

Для начала дадим определение, что такое радиация:

В процессе распада вещества или его синтеза происходит выброс элементов атома (протонов, нейтронов, электронов, фотонов), иначе можно сказать происходит излучение этих элементов. Подобное излучение называют — ионизирующее излучение или что чаще встречается радиоактивное излучение, или еще проще радиация. К ионизирующим излучениям относится так же рентгеновское и гамма излучение.

Радиация — это процесс излучения веществом заряженных элементарных частиц, в виде электронов, протонов, нейтронов, атомов гелия или фотонов и мюонов. От того, какой элемент излучается, зависит вид радиации.

Ионизация — это процесс образования положительно или отрицательно заряженных ионов или свободных электронов из нейтрально заряженных атомов или молекул.

Радиоактивное (ионизирующее) излучение можно разделить на несколько типов, в зависимости от вида элементов из которого оно состоит. Разные виды излучения вызваны различными микрочастицами и поэтому обладают разным энергетическим воздействие на вещество, разной способностью проникать сквозь него и как следствие различным биологическим действием радиации.

Альфа, бета и нейтронное излучение — это излучения, состоящие из различных частиц атомов.

Гамма и рентгеновское излучение — это излучение энергии.

Альфа излучение

• излучаются: два протона и два нейтрона
• проникающая способность: низкая
• облучение от источника: до 10 см
• скорость излучения: 20 000 км/с
• ионизация: 30 000 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: высокое

Альфа (α) излучение возникает при распаде нестабильных изотопов элементов.

Альфа излучение — это излучение тяжелых, положительно заряженных альфа частиц, которыми являются ядра атомов гелия (два нейтрона и два протона). Альфа частицы излучаются при распаде более сложных ядер, например, при распаде атомов урана, радия, тория.

Альфа частицы обладают большой массой и излучаются с относительно невысокой скоростью в среднем 20 тыс. км/с, что примерно в 15 раз меньше скорости света. Поскольку альфа частицы очень тяжелые, то при контакте с веществом, частицы сталкиваются с молекулами этого вещества, начинают с ними взаимодействовать, теряя свою энергию и поэтому проникающая способность данных частиц не велика и их способен задержать даже простой лист бумаги.

Однако альфа частицы несут в себе большую энергию и при взаимодействии с веществом вызывают его значительную ионизацию. А в клетках живого организма, помимо ионизации, альфа излучение разрушает ткани, приводя к различным повреждениям живых клеток.

Из всех видов радиационного излучения, альфа излучение обладает наименьшей проникающей способностью, но последствия облучения живых тканей данным видом радиации наиболее тяжелые и значительные по сравнению с другими видами излучения.

Облучение радиацией в виде альфа излучения может произойти при попадании радиоактивных элементов внутрь организма, например, с воздухом, водой или пищей, а также через порезы или ранения. Попадая в организм, данные радиоактивные элементы разносятся током крови по организму, накапливаются в тканях и органах, оказывая на них мощное энергетическое воздействие. Поскольку некоторые виды радиоактивных изотопов, излучающих альфа радиацию, имеют продолжительный срок жизни, то попадая внутрь организма, они способны вызвать в клетках серьезные изменения и привести к перерождению тканей и мутациям.

Радиоактивные изотопы фактически не выводятся с организма самостоятельно, поэтому попадая внутрь организма, они будут облучать ткани изнутри на протяжении многих лет, пока не приведут к серьезным изменениям. Организм человека не способен нейтрализовать, переработать, усвоить или утилизировать, большинство радиоактивных изотопов, попавших внутрь организма.

Нейтронное излучение

• излучаются: нейтроны
• проникающая способность: высокая
• облучение от источника: километры
• скорость излучения: 40 000 км/с
• ионизация: от 3000 до 5000 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: высокое

Нейтронное излучение — это техногенное излучение, возникающие в различных ядерных реакторах и при атомных взрывах. Также нейтронная радиация излучается звездами, в которых идут активные термоядерные реакции.

Не обладая зарядом, нейтронное излучение сталкиваясь с веществом, слабо взаимодействует с элементами атомов на атомном уровне, поэтому обладает высокой проникающей способностью. Остановить нейтронное излучение можно с помощью материалов с высоким содержанием водорода, например, емкостью с водой. Так же нейтронное излучение плохо проникает через полиэтилен.

Нейтронное излучение при прохождении через биологические ткани, причиняет клеткам серьезный ущерб, так как обладает значительной массой и более высокой скоростью чем альфа излучение.

Бета излучение

• излучаются: электроны или позитроны
• проникающая способность: средняя
• облучение от источника: до 20 м
• скорость излучения: 300 000 км/с
• ионизация: от 40 до 150 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: среднее

Бета (β) излучение возникает при превращении одного элемента в другой, при этом процессы происходят в самом ядре атома вещества с изменением свойств протонов и нейтронов.

При бета излучении, происходит превращение нейтрона в протон или протона в нейтрон, при этом превращении происходит излучение электрона или позитрона (античастица электрона), в зависимости от вида превращения. Скорость излучаемых элементов приближается к скорости света и примерно равна 300 000 км/с. Излучаемые при этом элементы называются бета частицы.

Имея изначально высокую скорость излучения и малые размеры излучаемых элементов, бета излучение обладает более высокой проникающей способностью чем альфа излучение, но обладает в сотни раз меньшей способность ионизировать вещество по сравнению с альфа излучением.

Бета радиация с легкостью проникает сквозь одежду и частично сквозь живые ткани, но при прохождении через более плотные структуры вещества, например, через металл, начинает с ним более интенсивно взаимодействовать и теряет большую часть своей энергии передавая ее элементам вещества. Металлический лист в несколько миллиметров может полностью остановить бета излучение.

Если альфа радиация представляет опасность только при непосредственном контакте с радиоактивным изотопом, то бета излучение в зависимости от его интенсивности, уже может нанести существенный вред живому организму на расстоянии несколько десятков метров от источника радиации.

Если радиоактивный изотоп, излучающий бета излучение попадает внутрь живого организма, он накапливается в тканях и органах, оказывая на них энергетическое воздействие, приводя к изменениям в структуре тканей и со временем вызывая существенные повреждения.

Некоторые радиоактивные изотопы с бета излучением имеют длительный период распада, то есть попадая в организм, они будут облучать его годами, пока не приведут к перерождению тканей и как следствие к раку.

Гамма излучение

• излучаются: энергия в виде фотонов
• проникающая способность: высокая
• облучение от источника: до сотен метров
• скорость излучения: 300 000 км/с
• ионизация: от 3 до 5 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: низкое

Гамма (γ) излучение — это энергетическое электромагнитное излучение в виде фотонов.

Гамма радиация сопровождает процесс распада атомов вещества и проявляется в виде излучаемой электромагнитной энергии в виде фотонов, высвобождающихся при изменении энергетического состояния ядра атома. Гамма лучи излучаются ядром со скоростью света.

Когда происходит радиоактивный распад атома, то из одних веществ образовываются другие. Атом вновь образованных веществ находятся в энергетически нестабильном (возбужденном) состоянии. Воздействую друг на друга, нейтроны и протоны в ядре приходят к состоянию, когда силы взаимодействия уравновешиваются, а излишки энергии выбрасываются атомом в виде гамма излучения

Гамма излучение обладает высокой проникающей способностью и с легкостью проникает сквозь одежду, живые ткани, немного сложнее через плотные структуры вещества типа металла. Чтобы остановить гамма излучение потребуется значительная толщина стали или бетона. Но при этом гамма излучение в сто раз слабее оказывает действие на вещество чем бета излучение и десятки тысяч раз слабее чем альфа излучение.

Основная опасность гамма излучения — это его способность преодолевать значительные расстояния и оказывать воздействие на живые организмы за несколько сотен метров от источника гамма излучения.

Рентгеновское излучение

• излучаются: энергия в виде фотонов
• проникающая способность:высокая
• облучение от источника: до сотен метров
• скорость излучения: 300 000 км/с
• ионизация: от 3 до 5 пар ионов на 1 см пробега
• биологическое действие радиации: низкое

Рентгеновское излучение — это энергетическое электромагнитное излучение в виде фотонов, возникающие при переходе электрона внутри атома с одной орбиты на другую.

Рентгеновское излучение сходно по действию с гамма излучением, но обладает меньшей проникающей способностью, потому что имеет большую длину волны.

Рассмотрев различные виды радиоактивного излучения, видно, что понятие радиация включает в себя совершенно различные виды излучения, которые оказывают разное воздействие на вещество и живые ткани, от прямой бомбардировки элементарными частицами (альфа, бета и нейтронное излучение) до энергетического воздействия в виде гамма и рентгеновского излечения.

Каждое из рассмотренных излучений опасно!

Сравнительная таблица с характеристиками различных видов радиации

Как видно из таблицы, в зависимости от вида радиации, излучение при одной и той же интенсивности, например в 0.1 Рентген, будет оказать разное разрушающее действие на клетки живого организма. Для учета этого различия, был введен коэффициент k, отражающий степень воздействия радиоактивного излучения на живые объекты.

Чем выше «коэффициент k» тем опаснее действие определенного вида радиции для тканей живого организма.

Видео: Виды радиации

Источник