Лабораторне заняття №1

Тема: Параметри і одиниці вимірювання радіації

Мета: Ознайомитись та вивчити основні параметри радіоактивності та специфічні одиниці вимірювання радіації

Завдання 1. Ознайомитись з технікою безпеки при виконанні лабораторних робіт з радіоекології

Завдання 2. Вивчити типи іонізуючих випромінювань

Завдання 3. Вивчити фізичну сутність основних параметрів та одиниць, які використовуються в радіоекології

Матеріали: інструкція з техніки безпеки, методичні рекомендації, підручники.

На допомогу студенту

1) Ознайомитись з технікою безпеки при виконанні лабораторних робіт з радіоекології та поставити свій підпис в журналі інструктажів.

 

2) Іонізація – це перетворення нейтральних атомів чи молекул на частинки, які несуть позитивний чи негативний заряд. Очевидно, кількість енергії, що передана атому або молекулі, має перевищувати енергію зв’язку електрона з атомом чи молекулою.

Якщо кількість енергії, що передана випромінюванням електрону, позначити як ∆Е, а енергію зв’язку електрона з атомом чи молекулою – як Е_е, то енергія звільненого електрона W становитиме:

 

                               W=∆Е - Е_е                                             (1)

Основними типами радіоактивного випромінювання є: альфа-, бета-, нейтронне (група корпускулярних випромінювань), рентгенівське і гамма-випромінювання (група хвильових). Корпускулярні представляють собою потоки невидимих елементарних частинок, які мають масу і діаметр. Хвильові випромінювання мають квантову природу. Вони представляють електромагнітні хвилі в надкороткохвильовому діапазоні.

        Альфа-випромінювання представляє собою потік альфа-часток, які розповсюджуються з початковою швидкістю близько 20 тис. км/с. Це ядра атомів гелію, які складаються з двох протонів та двох нейтронів. Основним джерелом α –променів є важкі радіонукліди, зокрема ²²⁶Ra, ²²²Rn, ²¹⁰Po, ізотопи U. Їх іонізуюча здатність величезна, а оскільки на кожний акт іонізації витрачається певна кількість енергії, то їх проникаюча здатність незначна: довжина пробігу в повітрі складає 3-11 см,  а в рідких і твердих середовищах – соті долі міліметра. Лист щільного паперу повністю їх затримує. Зовнішнє опромінення альфа-частками практично нешкідливе, але надходження їх всередину організму дуже небезпечне.

              Бета – випромінювання – потік β-часток (прискорених електронів або позитронів), які  залежно від енергії випромінювання можуть поширюватись із швидкістю, близькою до швидкості світла (300 тис. км/с). Заряд бета-часток менший, а швидкість більша, ніж у альфа-часток, тому вони мають меншу іонізуючу, але більшу проникаючу здатність. Довжина пробігу складає в повітрі до 20 м, у воді  і живих тканинах – до 3 см, в металі до 1 см. Джерелами гамма-випромінювання є ¹⁴ С, ⁴⁰К, ¹³¹І, ⁹⁰Sr.

         Нейтронне випромінювання представляє собою потік нейтронів, швидкість поширення яких досягає 20 тис. км/с. При ядерних аваріях більша частина нейтронів виділяється за короткий проміжок часу, легко проникають в живу тканину. Тому нейтронне випромінювання володіє сильною вражаючою дією при зовнішньому опроміненні. Період існування вільного нейтрона складає 12,5 хвилин.

              Гамма-випромінювання – це короткохвильове електромагнітне випромінювання, яке випускають ядра атомів при радіоактивних перетвореннях. Воно, як правило, супроводжує  бета – розпад, рідше – альфа – розпад. Представляє собою електромагнітне поле з довжиною хвилі 10^-8 – 10^-11 см, випускається окремими квантами і поширюється із швидкістю світла. Іонізуюча здатність його значно менша, ніж у бета-часток, і тим більше – у альфа – часток. Але гамма-випромінювання має найбільшу проникаючу здатність і в повітрі може поширюватись на сотні метрів. Джерелами гамма-випромінювання є ⁶⁰ Со, ¹³⁷Сs.

        Рентгенівське випромінювання (Х-промені) має аналогічну фізичну природу  і властивості, як і гамма-випромінювання. Їх розрізняють перш за все за способом отримання, і на відміну від гамма-променів, вони мають позаядерне походження.

        

3) Атомне ядро, що підлягає радіоактивному розпаду, називається материнським, а нове ядро, що виникло в результаті – дочірнім. Період напіврозпаду – проміжок часу, за який в середньому кількість нерозкладених ядер зменшується в 2 рази (позначається Т_1/2). Періоди напіврозпаду дуже різноманітні – від десятимільйонних долей секунди – до багатьох мільярдів років.

         Кількість ядер, які не розпались (N), радіоактивного ізотопу за період часу t визначається за формулою:

                                           N=N_o˙e^-λt,                                                     (1)

         де: N_o – кількість ядер в початковий період часу;

е – основа натурального логарифму;

λ – постійна радіоактивного розпаду.

         Постійна радіоактивного розпаду може бути виражена через період напіврозпаду:

                                            λ = 0,693/Т_1/2                                                 (2)

Кількість ядер, які розпались за одиницю часу (розпадів за секунду), називають активністю (А) радіоактивної речовини  і визначають за формулою:

                                          А = λ·N                                                            (3)

 

За одиницю активності прийнято кюрі. Отже, кюрі – це така кількість радіоактивної речовини, в якій відбувається 37 млрд. розпадів ядер атомів за секунду: 1 кюрі (Кі) = 3,7 · 10 ¹⁰ розп/с. Подружжя Кюрі встановило, що саме в 1 г радію за 1 с відбувається така кількість розпадів (питома активність).       В системі СІ одиницею вимірювання є  Беккерель - 1 кюрі (Кі) = 3,7 * 10 ¹⁰ Бк.

Рівень радіації (потужність дози) характеризує інтенсивність випромінювання (як правило - гамма-випромінювання). Це доза, яка створюється за одиницю часу і характеризує швидкість накопичення дози (радіаційний фон). Вимірюється в рентгенах за годину (Р/год).

Ступінь забруднення радіоактивними речовинами характеризується щільністю забруднення, яка вимірюється кількістю радіоактивних розпадів атомів за одиницю часу на одиниці поверхні, в одиниці маси чи об’єму. Вимірюється в Кі/км² (Кі/кг, Кі/л) або Бк/ км² (Бк/кг, Бк/л).

 

Дайте письмові відповіді на запитання

1. Особливості правил техніки безпеки при роботі з джерелами радіоактивного випромінювання.

2.Чим відрізняються корпускулярні випромінювання від  хвильових?

3. Як Ви розумієте поняття проникаюча та іонізуюча здатність? Який між ними взаємозв’язок?

4. Що означають вислови: період напіврозпаду стронцію 30 років і період напіврозпаду йоду 12 днів?

4. Перерахуйте елементарні заходи по захисту від радіації.