Радиация

6. Счетчик Гейгера

Факт облучения мы замечаем слишком  поздно, когда ущерб уже нанесен. У нас нет органа чувств, который  предупреждал бы нас о радиации. Однако все три вида радиоактивного излучения можно обнаружить с  помощью счетчика Гейгера-Мюллера, названного так в честь его  создателей Ганса Гейгера и Вальтера Мюллера. Чаще его называют просто счетчиком  Гейгера.

Этот счетчик состоит из трубки, заполненной газом. Внутри трубки протянута  проволока, между проволокой и трубкой  создается высокое электрическое  напряжение. Проходя сквозь входное  окошко счетчика, радиоактивное излучение  выбивает электроны из атомов газа. При этом возникают положительно заряженные ионы газа, которые притягиваются  к отрицательно заряженной проволоке. Освободившиеся же электроны летят  к положительно заряженной поверхности  трубки. Возникающий при этом короткий импульс тока усиливается, и из динамика слышится щелчок.

 

7. Правило смещения

Ядра большинства  атомов – это довольно устойчивые образования. Однако ядра атомов радиоактивных  веществ в процессе радиоактивного распада самопроизвольно превращаются в ядра атомов других веществ. Так  в 1903 году Резерфорд обнаружил, что  помещенный в сосуд радий через  некоторое время превратился в радон. А в сосуде дополнительно появился гелий:  
→+

Удалось установить, что основные виды радиоактивного распада: альфа и бета-распад происходят согласно следующему правилу смещения:

При альфа-распаде излучается α-частица (ядро атома гелия). Из вещества с количеством протонов Z и нейтронов N в атомном ядре оно превращается в вещество с количеством протонов Z-2 и количеством нейтронов N-2 и, соответственно, атомной массой А-4:

^ZХ_А→^Z-2УA-₄ + ²Не₄

То есть происходит смещение образовавшегося  элемента на две клетки назад в  периодической системе.

Пример α-распада:

→+

Альфа-распад – это внутриядерный процесс. В составе тяжелого ядра за счет сложной картины сочетания ядерных и электростатических сил образуется самостоятельная α-частица, которая выталкивается кулоновскими силами гораздо активнее остальных нуклонов. При определенных условиях она может преодолеть силы ядерного взаимодействия и вылететь из ядра.

При бета-распаде излучается электрон (β-частица). В результате распада одного нейтрона на протон, электрон и антинейтрино, состав ядра увеличивается на один протон, а электрон и антинейтрино излучаются вовне:  

^ZХ_А→^Z+1У_A + ^-1е₀.

Соответственно, образовавшийся элемент  смещается в периодической системе  на одну клетку вперед.

Пример β-распада:

→+

Бета-распад – это внутринуклонный процесс. Превращение претерпевает нейтрон. Существует также бета-плюс-распад или позитронный бета-распад. При позитронном распаде ядро испускает позитрон и нейтрино, а элемент смещается при этом на одну клетку назад по периодической таблице.    Позитронный бета-распад обычно сопровождается электронным захватом.

 

^{При гамма-распаде  частицы не излучаются, и радиоактивные превращения атомов происходят за счет изменения энергии.}

 

^{Ядра  элементов, образовавшиеся в результате радиоактивного распада, чаще всего также оказываются радиоактивными и через некоторое время  снова распадаются. Процесс распада происходит до тех пор, пока не появится стабильное, не радиоактивное ядро.}

 

 

8. Период полураспада

Период полураспада  – время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер. Эта величина, обозначаемая T_1/2, является константой для данного радиоактивного ядра (изотопа). Величина T_1/2 наглядно характеризует скорость распада радиоактивных ядер и эквивалентна двум другим константам, характеризующим эту скорость: среднему времени жизни радиоактивного ядра τ и вероятности распада радиоактивного ядра в единицу времени λ.

   

 Период полураспада может  изменяться от миллиардных долей  секунды до 10¹⁹ и более лет.  
    Понятие периода полураспада можно применять и к элементарным частицам, испытывающим распад.

 

^{9. Закон радиоактивного распада}

 

Каждый  радиоактивный элемент можно  охарактеризовать промежутком времени Т, в течение которого распадается половина ядер, имевшихся в момент начала отсчета времени. Период полураспада- основная константа радиоактивного элемента. Период полураспада характеризует скорость распада. Например: радий ₈₈Ra²²⁶ имеет период полураспада Т=1600 лет; торий ₉₀Th²³¹ -25.64 часа; полоний ₈₄Po²¹² -3·10^-7 сек. 
Выведем закон радиоактивного распада. Обозначим N-число ядер в момент времени t. Очевидно:

при t=0	N=N0
t=T	n=N0/2
t=2T	N=N0/2·2=N0/4=N0/22
t=3T	N=N0/23
-	-
t=n·T	N=N0/2n

Так как n=t/T, то   N=N₀·2^-t/T.  Это и есть закон радиоактивного распада. За время t распадается число ядер, равное DN=N₀-N=N₀(1-2^-t/T)

 

10. Атомные электростанции

Уже несколько десятилетий ученые применяют знания об атомном ядре в технических целях. На ядерных  взаимодействиях основана работа атомных  электростанций. Они используют энергию, высвобождающуюся при распаде крупного атомного ядра, например, уранового, на два меньших.

Эта энергия происходит из энергии  связи, удерживающей нуклоны в ядре. Таким образом, сильные ядерные  взаимодействия используются на АЭС  для выработки электроэнергии. Из одного килограмма урана-235 можно получить столько энергии, сколько из 280 миллионов  килограммов каменного угля.

Так можно сберегать полезные ископаемые и бороться с парниковым эффектом. Тем не менее, проблемы с возникающими при этом радиоактивными отходами и другие опасности служат поводом для горячих дискуссий. Печально известна Чернобыльская катастрофа 1986 года, когда на АЭС расплавилась активная зона реактора и ситуация вышла из-под контроля.

Последствия были ужасными, и по сей  день из-за большого периода полураспада  в том районе сохраняется радиоактивное  загрязнение. Физик-ядерщик Роберт Оппенгеймер, разработчик первой атомной  бомбы, раскаялся, что опубликовал  свои результаты. И сегодня каждая новая технология проверяется на предмет применимости в военных  целях, что грозит созданием страшного  оружия массового уничтожения.

 

11. О вредности радиоактивного излучения

Первой  его жертвой и стала М. Склодовская-Кюри. Она умерла в1934 г. от тяжелого заболевания  крови. Впервые природу воздействия  радиации на живой организм установили в 1925 году русские ученые Р.С.Филиппов и Р.А Надсон, изучая дрожжи. Два  года спустя их открытие подтвердил американский генетик Г.Д.Меллер на дрозофиле. Оказалось, что радиоактивное излучение оказывает сильное мутагенное воздействие на живые клетки, многократно ускоряя их спонтанные мутации.  
Работа Киевского Института нейрохирургии с ликвидаторами ЧАЭС показала, что даже незначительные дозы радиации приводят к массовой гибели нервных клеток, а это, прежде всего, мозга. При чем, действие радиации не направлено именно на нейроны. Радиация является причиной общих нарушений в организме, в том числе и обмена веществ (те же мутации), а это ведет к заболеванию головного мозга, получившему название «послерадиационная энцефалопатия».

 

 

Заключение

 

Таким образом, в комплексе  нельзя категорично  сказать о вреде или пользе радиоактивного излучения. Радиация является огромной силой, способной разрушать  живые клетки  и вызывать  мутации  в них. Но, несмотря на это,  ее излучение  используют в рентгенографии и в  лечении злокачественных раковых  опухолей. Главное - знать природу явления радиоактивности, а потом, вооружившись этими знаниями грамотно  использовать их для соблюдения мер безопасности и для лечения больных.