Естествена и изкуствена радиоактивност на природните води. Реферат: по физика на тема: „Естествена и изкуствена радиоактивност

ГОУ гимназия № 1505.

Есе по физика по темата:

"Естествена и изкуствена радиоактивност"

(адаптиран текст)

Ученици от 10 "Б" клас

Кравцова Галина.

Ръководител:

Дмитриев Генадий Владимирович

2009 г., Москва.

Въведение.

Част 1. Историята на откриването на радиоактивността.

Част 2. Физика на ядрото.

Глава 1 .

Структурата на атомното ядро.

Ядрени сили.

Енергията на свързване на ядрото.

Изотопи.

Глава 2

закон радиоактивно разпадане.

Видове радиоактивни емисии и разпад.

Глава 3

естествена радиоактивност.

изкуствена радиоактивност.

Ядрено оръжие.

Ядрен реактор.

Част 3. Въздействието на ниски дози радиация върху живия организъм.

газоразряден брояч.

Брояч на Гайгер-Мюлер.

балонна камера.

Камера на Уилсън.

Дозиметър и радиометър.

Заключение.

Въведение.

Темата на моята работа е измерване на радиационния фон на територията на гимназията. Разбира се, съмнявам се, че работим в помещения, в които радиоактивният фон значително надвишава санитарните норми. Но механизмите на действие на ниските дози радиация върху човешкото тяломалко проучени. Това е като със слънцето: ако грее малко по-слабо, всички ще измръзнем до смърт, а ако няма дори част от озоновия слой, ще умрем от повишено количество радиация. Твърде много, както и твърде малко, не е добре. Но къде започва многото и къде свършва малкото? Не си поставям за задача да проверявам това. Целите ми включват по-подробно запознаване с материала, свързан с радиацията (която се дели на естествена и изкуствена), с помощта на радиометър да измервам нивото на радиация в различни честотни диапазони, да съставям таблици и да сравня резултатите от тях със санитарните норми. Доколкото знам, SNIP често променят нормите и ще бъде доста трудно да се сравняват резултатите с тях, но искам да направя това и ще се опитам да извлека максимума точни резултатисравнения. Смятам да направя маси. Броят им зависи от това колко чувствителен е радиометърът, който мога да получа и дали имам достатъчно време да разгледам помещенията на гимназията с включена и изключена апаратура. Представям самото резюме като текст, който не надхвърля много училищен курси най-ясно, според мен, обяснявайки основните въпроси на темата.

Част 1.

Историята на откриването на радиоактивността.

На 1 март 1896 г. френският физик А. Бекрел открива, чрез почерняване на фотографска плака, излъчването на невидими лъчи със силна проникваща сила от уранова сол. Скоро той установява, че самият уран също има свойството да излъчва. Тогава той откри такова свойство в тория.

Радиоактивност (от латинското радио - излъчвам, radus - лъч и activus - ефективен), това име е получено открит феноменкоето се оказа привилегия на най тежки елементипериодична система на Д. И. Менделеев.

През 1898 г. други френски учени Мария Склодовска-Кюри и Пиер Кюри изолират две нови вещества от минерала уран, радиоактивни в много Повече ▼отколкото уран и торий По този начин бяха открити два неизвестни преди това радиоактивни елемента - полоний и радий, а Мария в допълнение открива (независимо от немския физик Г. Шмид) явлението радиоактивност в торий. Между другото, тя е първата, която предлага термина радиоактивност. Учените стигнаха до извода, че радиоактивността е спонтанен процес, който възниква в атомите на радиоактивните елементи. За 10 години съвместна работа те направиха много за изучаването на този феномен. Беше самоотвержен труд в името на науката – в зле оборудвана лаборатория и при липса на необходимите средства. Пиер установява спонтанното отделяне на топлина от радиевите соли. Изследователите са получили този препарат от радий през 1902 г. в количество от 0,1 g. За да направят това, те отнеха 45 месеца усилена работа там и повече от 10 000 операции по химическо обогатяване и пречистване. През 1903 г. семейство Кюри и А. Бекерел са удостоени с Нобелова награда по физика за откритието си в областта на радиоактивността. Общо повече от 10 Нобелови наградипо физика и химия (А. Бекерел, П. и М. Кюри, Е. Ферми, Е. Ръдърфорд, Ф. и И. Жолио-Кюри, Д. Хавиши, О. Ган, Е. Макмилан и Г. Сиборг , U .Libby и други). В чест на съпрузите Кюри получи името си изкуствено получено трансуранов елементс сериен номер 96 - курий.

В началото на 20 век учените вече знаеха, че атомът съдържа отрицателно заредени електрони. Въпреки това, преобладаващото схващане беше, че атомът е нещо като положително заредена фина решетка, пълна с отрицателно заредени стафидени електрони, и моделът беше наречен "модел на стафидена решетка" (Модел на Томпсън).

През 1898 г. английският учен Е. Ръдърфорд (ученик на Томпсън) започва да изучава явлението радиоактивност. През 1903 г. Е. Ръдърфорд доказва погрешното предположение на своя учител Томпсън за неговата теория за структурата на атома и през 1908-1911 г. провежда експерименти по разсейване на частици (хелиеви ядра) от метално фолио. Използвайки естествен източник радиоактивно излъчване, Ръдърфорд построи "пистолет", който дава насочен и фокусиран поток от частици. Пистолетът представляваше оловна кутия с тесен процеп, вътре в който беше поставен радиоактивен материал. Благодарение на това частиците този случайалфа частици, състоящи се от два протона и два неутрона), излъчени от радиоактивното вещество във всички посоки с изключение на една, бяха абсорбирани от оловния екран и само насочен лъч от алфа частици излетя през процепа. По-нататък по пътя на лъча имаше още няколко оловни екрана с тесни прорези, които отрязваха частици, които се отклоняваха от строго определена посока. В резултат на това идеално фокусиран лъч от алфа частици полетя към целта, а самата цел беше много тънък лист златно фолио. Алфа лъчът я удари. След като се сблъскат с атомите на фолиото, алфа частиците продължават пътя си и удрят луминисцентен екран, монтиран зад мишената, на който се записват проблясъци, когато алфа частици го ударят. По тях експериментаторът би могъл да прецени в какво количество и колко алфа частиците се отклоняват от посоката праволинейно движениев резултат на сблъсъци с атоми на фолиото.

Ръдърфорд забеляза, че никой от неговите предшественици дори не се опита да провери дали някои алфа частици се отклоняват под много големи ъгли. Моделът на решетката със стафиди просто не позволяваше съществуването на толкова плътни и тежки структурни елементи в атома, че да могат да отклоняват бързите алфа частици под значителни ъгли, така че никой не си направи труда да тества тази възможност. Ръдърфорд помоли един от своите студенти да преоборудва инсталацията, така че да може да се наблюдава разсейването на алфа частици при големи ъгли на отклонение, за да се елиминира напълно тази възможност.

Детекторът беше екран, покрит с натриев сулфид, материал, който излъчва флуоресцентна светкавица, когато алфа частица го удари. Каква беше изненадата не само на ученика, който директно проведе експеримента, но и на самия Ръдърфорд, когато се оказа, че някои частици се отклоняват под ъгъл до 180 °!

В рамките на установения модел на атома резултатът не може да бъде интерпретиран: в решетката със стафиди просто няма нищо, което да отразява мощна, бърза и тежка алфа частица. Ръдърфорд беше принуден да заключи, че в атома по-голямата част от масата е концентрирана в невероятно плътно вещество, разположено в центъра на атома. А останалата част от атома се оказа с много порядъци по-малка плътност, отколкото изглеждаше преди. От поведението на разпръснатите алфа частици също следва, че в тези свръхплътни центрове на атома, които Ръдърфорд нарича ядра, е концентриран и целият положителен електрически заряд на атома, тъй като само силите на електрическо отблъскване могат да причинят разсейване на частиците при ъгли, по-големи от 90 °.

Картината на атома, начертана от Ръдърфорд въз основа на резултатите от експеримента, ни е добре известна днес. Атомът е изграден от свръхплътно, компактно ядро, което носи положителен заряд, и отрицателно заредени леки електрони около него. По-късно учените поставят солидна теоретична основа под тази картина, но всичко започва с прост експеримент с малка проба радиоактивен материал и парче златно фолио.

Експериментите за разсейване на частици убедително показаха, че почти цялата маса на атома е концентрирана в много малък обем - атомното ядро, чийто диаметър е около 100 000 пъти по-малък от диаметъра на атома.

Повечето от частиците летят покрай масивното ядро, без да го докосват, но понякога частица се сблъсква с ядрото и след това може да отскочи обратно.

Така първото му фундаментално откритие в тази област е откриването на нехомогенността на излъчването на урана. Така понятието лъчи за първи път навлиза в науката за радиоактивността. Той също предложи имена: разпад и частица. Малко по-късно е открит друг компонент на радиацията, обозначен с третата буква от гръцката азбука: гама лъчи. Това се случи малко след откриването на радиоактивността. В продължение на много години тези частици са се превърнали в незаменим изследователски инструмент за Е. Ръдърфорд атомни ядра. През 1903 г. той открива нов радиоактивен елемент - спонтанното разпадане на тория. През 1901-1903 г., заедно с английския учен Ф. Соди, той провежда изследвания, които водят до откриването на естествената трансформация на елементи (например радий в радон) и развитието на теорията за радиоактивния разпад на атомите. , немският физик K. Faience и F. Soddy независимо от приятел формулират правилото за изместване, което описва поведението на ядрото по време на алфа разпадане. През пролетта на 1934 г. в "Докладите на Парижката академия на науките" се появява статия, озаглавена " нов типрадиоактивност“. Неговите автори Ирен Жолио-Кюри и нейният съпруг Фредерик Жолио-Кюри откриха, че борът, магнезият и алуминият, облъчени с алфа-частици, сами по себе си стават радиоактивни и излъчват позитрони, докато се разпадат. Така е открита изкуствената радиоактивност. Като резултат ядрени реакции(например при облъчване различни елементиобразуват се алфа частици или неутрони). радиоактивни изотопиелементи, които не съществуват в природата. В много случаи самите продукти на радиоактивно разпадане се оказват радиоактивни и тогава образуването на стабилен изотоп се предшества от верига от няколко акта на радиоактивно разпадане. Така че навън общ бройДнес са известни около 2000 радиоактивни изотопа, около 300 са естествени, а останалите са получени изкуствено, в резултат на ядрени реакции. Няма фундаментална разлика между изкуственото и естественото лъчение.

През 1934 г. И. и Ф. Жолио-Кюри, в резултат на изучаване на изкуственото лъчение, откриват нови варианти на α-разпадане - емисия на позитрони, които първоначално са предсказани от японските учени Х. Юкава и С. Саката. И. и Ф. Жолио-Кюри извършват ядрена реакция, чийто продукт е радиоактивен изотоп на фосфор с масово число 30. Оказа се, че той излъчва позитрон. Този тип радиоактивна трансформация се нарича бета разпад (което означава, че бета разпадът е излъчване на електрон).

Впоследствие редица учени различни страни(J.Duning, V.A.Karnaukhov, G.N.Flerov, I.V.Kurchatov и др.) откриват сложни трансформации, включително бета-разпадане, включително излъчването на забавени неутрони.

Един от първите учени в бившия СССР, който започна да изучава физиката на атомните ядра като цяло и радиоактивността в частност, беше академик IV Курчатов. През 1934 г. той открива феномена на разклоняване на ядрените реакции, причинени от неутронна бомбардировка, и изследва изкуствената радиоактивност на редица химични елементи. През 1935 г., когато бромът беше облъчен с неутронни потоци, Курчатов и неговите сътрудници забелязаха, че радиоактивните бромни атоми, възникващи в този процес, се разпадат с две различни скорости. Такива атоми бяха наречени изомери, а явлението, открито от учените, изомерия.

Науката е установила, че бързи неутрониспособни да унищожават уранови ядра. В този случай се освобождава много енергия и се образуват нови неутрони, способни да продължат процеса на делене на уранови ядра. По-късно беше открито, че атомните ядра на урана могат да бъдат разделени без помощта на неутрони. Така беше установено спонтанно (спонтанно) делене на уран. В чест на изключителния учен в областта на ядрената физика и радиоактивността 104-ият елемент от периодичната система на Менделеев е наречен курчатовий.

От 1943 г. Курчатов оглавява научна работасвързани с атомния проблем. Под негово ръководство е построен първият циклотрон в Москва (1944 г.) и първият в Европа. атомен реактор(1946), създава първата съветска атомна бомба(1949) и първият в света термоядрена бомба(1953 г.), построява първата в света промишлена атомна електроцентрала (1954 г.) и най-голямата инсталация за изследване на осъществяването на контролирани термоядрени реакции (1958 г.).

Откриването на радиоактивността огромно въздействиевърху развитието на науката и технологиите, Той бележи началото на ера на интензивно изучаване на свойствата и структурата на веществата. Откриват се нови перспективи в енергетиката, индустрията, военната медицина и други области човешка дейностблагодарение на овладяването на ядрената енергия, те бяха оживени чрез откриването на способността на химичните елементи към спонтанни трансформации. Въпреки това, наред с положителните фактори за използване на свойствата на радиоактивността в интерес на човечеството, могат да се дадат и примери за тяхната отрицателна намеса в нашия живот. Те включват ядрени оръжия във всичките им форми, останки от кораби и ядрени подводници и атомни оръжия, погребване на радиоактивни отпадъци в морето и на сушата, аварии при атомни електроцентралии други, и директно за Украйна, използването на радиоактивност в ядрената енергия доведе до трагедията в Чернобил.

Част 2. Физика на ядрото.

Структурата на атомното ядро.

След експериментите на Ръдърфорд върху разсейването на частици (хелиеви ядра) стана ясно, че моделът на атома "кифличка със стафиди" е несправедлив. Също така, въз основа на своите експерименти, ученият изложи теория за планетарната структура на атома. Той се състои в това, че има ядро ​​с малък размер (положително заредено), около което се въртят електрони*. Тъй като общите заряди на протоните и електроните са равни, а зарядът на неутрона е нула, атомът няма заряд, т.е. той е неутрален. Това е познатият ни модел на атома. Радиусът на атома е приблизително 10 -10 m, а масата е 10 -22 g. Почти цялата маса на атома е концентрирана в плътен (приблизително 18 . 10 17 g/cm 3) ядро.

И така, атомното ядро. Скоро след откриването на неутрона се издига хипотеза за протонно-неутронната структура на ядрото. Според тази идея всички ядра са изградени от протони** и неутрони*** . Заедно те се наричат ​​нуклеотиди.

*Ел ектрон- отрицателно заредена частица, която е в черупките на атомното ядро. Химичните свойства на атома се определят от електроните около ядрото, особено тези, принадлежащи към външните обвивки.

**ПротонПоложително заредена частица, намираща се в ядрото на атома. Има маса равна на масатанеутрон и 1840 пъти по-тежък от електрон. Неговият заряд е равен по абсолютна стойност на заряда на електрона.

***Неутрон- неутрално заредена частица, която е част от атомното ядро. Неутронът се състои от 2 частици: протон и електрон, но те не могат да бъдат разделени в ядрото. Но ако един неутрон бъде "отстранен" от ядрото, тогава той ще се разпадне на компоненти за 10 минути. защото Тъй като масата на електрона е много малка, масата на неутрона е приблизително равна на масата на протона.

Броят на протоните в атомното ядро ​​е равен на зарядното число Z. Броят на неутроните е N. Тяхната сума се нарича масово число и се обозначава с буквата А:

А = З + н (1)

Масата на ядрото се измерва в атомни единицимаси. 1a.u.m. приблизително равна на масата на протона (масата на ядрото на атома на хелия) => A=1a.u.m. . броя на нуклеотидите. Тези. A е приблизителната маса на ядрото в amu.

Една от основните характеристики на атомното ядро ​​е неговият електрически заряд. Електрически заряд на атома е равно на произведениетоелементарен електрически заряд e към сериен номер Z химичен елементв таблицата на Д. И. Менделеев:

р = Зе (2)

Също толкова важен параметър е масата на атомното ядро. Масите на атомите и атомните ядра се измерват с помощта на масспектрограф. Положителните йони на изследваното вещество се ускоряват от електрическо поле.Специално устройство позволява в процепа да навлязат само йони с определена скорост V. През процепа йонният сноп влиза във вакуумната камера. Тази камера е разположена между полюсите на магнита; векторът на магнитната индукция е перпендикулярен на вектора на скоростта на йоните. Както е известно, върху електрически заредена частица, движеща се с

Фиг. 1 масспектрографскорост V в напречно магнитно поле с индукция B, силата на Лоренц действа под прав ъгъл спрямо векторите на скоростта на заряда и индукцията на магнитното поле; модулът на тази сила е Е = qU AT. Под действието на силата на Лоренц йонът се движи по окръжност, чийто радиус R се определя от съотношението mU ²/ Р = qU б .

След като са описали полукръг, всички йони с еднаква маса попадат на едно място върху фотографска плака. Масата на йона се определя от известните стойности на индукцията на магнитното поле, скоростта, заряда на йона и радиуса на окръжността:

mU 2 /R=qUB => m=qUBR/U 2 =>

м = qBR / U . (3)

Ядрени сили.

Тъй като атомните ядра са доста стабилни, протоните и неутроните трябва да се задържат вътре в ядрото от някои сили, и то много големи. Какви са тези сили? До началото на двадесети век учените познаваха само два вида сили: гравитационни и електромагнитни. Определено можем да кажем, че не е така гравитационни сили. Те са твърде слаби за това. Изчисленията показват, че силата на гравитационното привличане, действаща между два протона в ядрото, е приблизително 1036 пъти по-малка от силата на отблъскване на Кулон между тях. Стабилността на ядрото също не може да бъде обяснена електромагнитни силипоради факта, че има електрическо отблъскване между еднакво заредени протони. Неутроните изобщо нямат електрически заряд. Следователно между нуклоните действат някои други сили. Тези сили бяха наречени ядрени.

Свойствата на ядрените сили са проучени доста добре. Двете основни свойства на тези сили са техният характер с малък обсег и сила. Съвременните експерименти позволиха да се установи, че на разстояние 10 -15 m от центъра на протона ядрените сили са приблизително 35 пъти по-големи от кулоновите и 10 38 пъти по-големи от гравитационните. Въпреки това, с увеличаване на разстоянието, ядрените сили намаляват много бързо и на разстояния, по-големи от 1,4 * 10 -15 m, тяхното действие може да бъде пренебрегнато.

Енергията на свързване на ядрото.

Важна роляв ядрена физикаиграе концепцията за ядрена свързваща енергия. Енергията на свързване позволява да се обясни стабилността на ядрата, да се установи какви процеси водят до освобождаване на ядрена енергия. Нуклоните в ядрото се държат здраво от ядрени сили. За да се премахне нуклонът от ядрото, е необходимо да се свърши много работа, т.е. да се каже на ядрото голяма сумаенергия.

Енергията на свързване на ядрото се разбира като енергията, която е необходима за пълното разделяне на ядрото на отделни нуклони. Въз основа на закона за запазване на енергията* може също да се твърди, че енергията на свързване е равна на енергията, която се отделя при образуването на ядрото от отделни частици. Енергията на свързване на атомните ядра е много висока.

Точните измервания на масите на атомните ядра показват, че масата на всяко ядро, съдържащо Z протони и N неутрони, е по-малка от сумата на масите на същия брой свободни протони и неутрони:

м аз < Зм п + Nm n (4)

Има така наречения масов дефект. Тя е равна (с противоположен знак) на енергията на свързване на нуклоните в ядрото. Значението му е, че масовата разлика

Δ м = Зм п + Н m n - м аз (5)

положителен. Например за хелия масата на ядрото е с 0,75% по-малка от сумата от масите на два протона и два неутрона. Съответно, за един мол хелий, Δm = 0,03 g.

Колкото по-голям е дефектът на масата, толкова по-висок е E st, следователно толкова по-стабилно е ядрото. Масовият дефект се измерва в amu.

Намаляването на масата на ядрото по време на образуването му от нуклони означава, че енергията на тази система от нуклони също намалява със стойността на енергията на свързване E st:

д Св. = Δmc ²= ( Зм п + Nm n - м аз ) ° С ² (6)

*Закон за запазване на енергиятазаявява, че енергията не може да бъде създадена или унищожена, а може само да преминава от една форма в друга.

Но къде отиват енергията E St и масата Δm?

Когато ядрото се образува от частици, тези частици се устремяват една към друга с голямо ускорение поради действието на ядрените сили. Излъчените в този случай γ-кванти имат само енергия E St и маса

Δ м = д Св. / ° С ² (7)

Колко голяма е енергията на свързване, може да се съди по следния пример: образуването на 4 g хелий е придружено от освобождаване на същата енергия като изгарянето на 1,5-2 вагона въглища.

Изотопи.

В резултат на наблюдението Голям бройрадиоактивни трансформации се оказа, че има вещества, които са напълно идентични по своите химични свойства, но се разпадат по напълно различни начини. Нямаше как да ги разделят. На тази основа физикът Соди през 1911 г. излага теория за съществуването на елементи с еднакви химични свойства, но различни по своята радиоактивност. Тези елементи трябва да бъдат поставени в една и съща клетка на периодичната система на Менделеев. Соди ги нарече изотопи (т.е. заемащи едни и същи места).

Предположението на Соди беше потвърдено година по-късно, когато Томсън направи точни измервания на масата на неоновите йони, като ги отклони в електрически и магнитни полета. Томсън откри, че има два вида неонови атоми. Повечето отатоми има относителна маса 20. Но има малък брой атоми с относителна атомна маса 22. В резултат на това относителната атомна маса на сместа е 20,2. Така се оказа, че атомите с еднакви химични свойства имат различни маси.

Изотопите могат да бъдат или радиоактивни, или стабилни. Най-често те са радиоактивни. Но има и стабилни ядра. Например деутерият е нерадиоактивен изотоп на водорода, който има атомна масаравно на две. Но водородът има и друг изотоп, тритий, който е радиоактивен и има период на полуразпад от 12 години (има атомна маса от три).

Съществуването на изотопи доказва, че зарядът на атомното ядро ​​не определя всички свойства на атома, а само неговите Химични свойстваи тези физични свойства, които зависят от периферията електронна обвивкакато размери. Масата на атома и неговите радиоактивни свойства не се определят от поредния номер в периодичната таблица.

И така, изотопите са атоми на един и същ елемент (тъй като имат еднакъв брой протони и електрони) с различен номернеутрони и, следователно, с различни масови числа. Почти всички елементи, открити в природата, са смес различни изотопи. Изотопите на определен елемент имат еднакви химични свойства, но различни физични свойства (плътност, скорост на дифузия и др.).

Глава 2

Закон за радиоактивното разпадане.

Ръдърфорд, изследвайки трансформацията на радиоактивни вещества, установи емпирично, че тяхната активност намалява с времето. За всеки радиоактивно веществоима определен интервал от време, през който активността намалява наполовина. Този интервал се нарича полуживот. Времето на полуразпад T е времето, през което се разпада половината от наличния брой радиоактивни атоми, tk. намаляване наполовина на активността на лекарството може да се постигне чрез просто разделяне на две равни части.

Фиг.2 Нека намерим сега математическа формазаконът за радиоактивното разпадане. Пуснете броя на радиоактивните атоми начален моментвреме (t=0) е равно на N 0 . Тогава, след периода на полуразпад, това число ще бъде равно на N 0 /2. След друг подобен интервал от време това число ще стане равно на

½ * N 0 /2 = N 0 /4= N 0 /2 2 (8)

След времето t = nT, т.е. след n периоди на полуразпад T, радиоактивните атоми ще останат:

N = N0. 1/2n(9)

Тъй като

N = t/T (10)

N = N0. 2-t/T (11)

Това е основният закон на радиоактивния разпад. Според последната формула се намира броят на неразпадналите се атоми във всеки даден момент.

Периодът на полуразпад е основната величина, която определя скоростта на радиоактивно разпадане. Колкото по-кратък е полуживотът, толкова по-малко време живеят атомите, толкова по-бързо става разпадането. За различните вещества полуживотът има много различни стойности. Времето на полуразпад на радия е 1600 години. Има радиоактивни елементи с период на полуразпад милионни от секундата.

За да се определи времето на полуразпад по формулата, трябва да се знае броят на атомите N 0 в началния момент от време и да се изчисли броят на неразпадналите се атоми N след определен интервал от време.

Самият закон на радиоактивното разпадане е доста прост. Но физически смисълтози закон не е лесен за разбиране. Всъщност, според този закон, една и съща част от наличните атоми се разпада за всеки интервал от време (половината от атомите за периода на полуразпад). Така че с течение на времето скоростта на разпадане изобщо не се променя. Радиоактивните атоми не „остаряват“. По този начин радоновите атоми, които възникват по време на разпадането на радий, имат еднакъв шанс да претърпят радиоактивен разпад както непосредствено след образуването им, така и 10 минути след това. Вероятността за разпадане на едно ядро ​​за 1 s се нарича константа на разпадане и се означава с λ. За всяко ядро ​​на даден изотоп константата на разпадане е една и съща; ядрата на различните изотопи имат различни константи на разпад.

Ако има N ядра на радиоактивен изотоп с константа на разпадане λ, тогава в кратък интервал от време dt от тях броят на ядрата dN, пропорционален на λ, N и dt, трябва да претърпи радиоактивен разпад:

д N= - λ . н . дт (12)

Разпадането на всяко атомно ядро ​​е, така да се каже, не "смърт от старост", а "злополука" в живота му. За радиоактивните атоми (по-точно ядрата) няма понятие за възраст. Може да се определи само средният живот τ.

Животът на отделните атоми може да варира от части от секундата до милиарди години. Атом на уран, например, може да лежи тихо в земята в продължение на милиарди години и внезапно да експлодира, докато неговите съседи безопасно продължават да остават в същото състояние. Средната продължителност на живота τ е просто средната аритметична стойност на продължителността на живота Голям бройатоми от този тип. Той е право пропорционален на полуживота. Невъзможно е да се предвиди кога даден атом ще се разпадне. Само твърденията за средно поведение имат определено значение. голямо населениеатоми. Законът за радиоактивния разпад определя средния брой атоми, които се разпадат за определен интервал от време. Но винаги има неизбежни отклонения от средната стойност и колкото по-малък е броят на атомите в препарата, толкова по-големи са тези отклонения. Законът за радиоактивното разпадане е статистически закон.

Няма смисъл да се говори за определен закон на радиоактивен разпад за малък брой атоми. Този закон е валиден средно за голям брой частици.

Видове радиоактивни емисии и разпад .

Когато мощни източници на радиация се появиха в ръцете на изследователите, те успяха да се запознаят по-добре със свойствата на радиоактивното излъчване. В първите проучвания по тази тема най Активно участиеЪрнест Ръдърфорд е приет от съпрузите Мария и Пиер Кюри, А. Бекерел и много други. Първо са изследвани проникващата способност на лъчите и влиянието на магнитното поле върху излъчването. Оказа се, че излъчването е нехомогенно, а представлява смесица от някакви "лъчи". Откриването на радиоактивността е пряко свързано с откритието на Рентген. Той разбра новият видлъчи, които се наричат ​​рентгенови лъчи. Досега в повечето страни те се наричат ​​така, но в Германия и Русия се приема предложението на немския биолог Рудолф Алберт фон Кьоликер да се наричат ​​рентгенови лъчи. Тези лъчи се получават, когато електрони (катодни лъчи), движещи се бързо във вакуум, се сблъскат с препятствие. Известно е, че когато катодните лъчи ударят стъкло, то излъчва видима светлина - зелена луминесценция. Рентген забеляза, че в същото време от зеленото петно ​​върху стъклото излизат други невидими лъчи. Това се случи случайно: в тъмна стая светеше екран наблизо, покрит с бариев тетрацианоплатинат Ba (по-рано се наричаше бариев платинов цианид). Това вещество дава ярко жълто-зелено сияние под действието на ултравиолетови, както и катодни лъчи. Но катодните лъчи не попаднаха на екрана и освен това, когато устройството беше покрито с черна хартия, екранът продължи да свети. Рентген скоро открива, че радиацията преминава през много непрозрачни вещества, причинявайки почерняване на фотографска плака, увита в черна хартия или дори поставена в метална кутия. Лъчите преминаха през много дебела книга, през смърчова дъска, през алуминиева плоча... Рентген разбра възможностите на своето откритие: „Ако държите ръката си между изпускателната тръба и екрана“, пише той, „тогава можете да видите тъмните сенки на костите на фона на по-светлите очертания на ръката ." Това беше първото рентгеново изследване в историята.

Пиер Кюри открива, че когато магнитно поле действа върху радиево лъчение, някои лъчи се отклоняват, докато други не. Известно е, че магнитното поле отклонява само заредени летящи частици, както положителни, така и отрицателни в различни страни. Чрез посоката на отклонението се уверихме, че отклонените β-лъчи са отрицателно заредени. Допълнителни експерименти показаха, че няма фундаментална разлика между катодните и β-лъчите, от което следва, че те представляват поток от електрони. Отклоняващите лъчи имаха по-силна способност да проникват различни материали, а не отклоняващи се, лесно се поглъщаха дори от тънко алуминиево фолио - така например се държеше излъчването на новия елемент полоний.

Фиг.3 отклонение различни видовелъчи в магнитно поле.При използване на по-силни магнити се оказа, че α-лъчите също се отклоняват, само че по-слабо от β-лъчите и в другата посока. Следователно те са били положително заредени и са имали голяма маса (както по-късно се установява, масата на алфа частица е 7740 пъти по-голяма от масата на електрона).

Това явление е открито за първи път през 1899 г. от А. Бекерел и Ф. Гизел. По-късно се оказа, че α-частиците са ядрата на атомите на хелия със заряд +2 и маса 4 a.m.u. Когато през 1900 г. френският физик Пол Вилард изследва по-подробно отклонението на α- и β-лъчите, той открива в излъчването на радий трети тип лъчи, които не се отклоняват в най-силните магнитни полета.

Този тип радиация се нарича гама лъчи. Гама лъчите се оказаха подобни на рентгеновите лъчи, т.е. те са електромагнитно излъчване, но с по-къси дължини на вълните и повече енергия.

Дълго време не беше ясно откъде идват всички тези лъчи. В продължение на няколко десетилетия природата на радиоактивното лъчение и неговите свойства бяха изяснени от работата на много физици и бяха открити нови видове радиоактивност.

Алфа лъчите излъчват главно ядрата на най-тежките и следователно по-малко стабилни атоми (в периодичната таблицате се намират след оловото). Обикновено има няколко групи α-частици, всяка от които има строго определена енергия. Така почти всички алфа частици, излъчени от 226 Ra ядра, имат енергия от 4,78 MeV * (мегаелектронволта) и малка част от алфа частици с енергия от 4,60 MeV. Друг изотоп на радия, 221 Ra, излъчва четири групи α-частици с енергии от 6,76, 6,67, 6,61 и 6,59 MeV. Това показва наличието в ядрата на няколко енергийни нива, тяхната разлика съответства на енергията на γ-лъчите, излъчени от ядрото. Известни са и "чисти" излъчватели на α-частици** (например 222 Rn).

Алфа частиците имат най-силен йонизиращ ефект: сблъсквайки се с други атоми в газ, течност или твърдо вещество, те „откъсват“ електрони от тях, създавайки заредени частици. В този случай α-частиците губят енергия много бързо: те се задържат дори от лист хартия. Във въздуха α-лъчението на радия преминава само 3,3 cm, α-лъчението на тория - 2,6 cm и т.н. В резултат на това α-частицата, която е загубила своята кинетична енергия, "улавя" два електрона и се превръща в атом на хелий. При улавянето на електрони се отделя огромна енергия (повече от 7600 kJ/mol).

Много голям кинетична енергияалфа частиците ви позволява да ги "видите" с просто око. Това е демонстрирано за първи път през 1903 г английски физик

*1 eV =1,6 . 10 -19 J => 1MeV=1,6 . 10 -13 Дж

**"Чист"излъчватели на α-частици – вещества, които излъчват само α-частици.

и химика Уилям Крукс. Той залепен за върха на иглата едва видими за окотозърно радиева сол и фиксира иглата в широка стъклена тръба. В единия край на тази тръба, недалеч от върха на иглата, беше поставена пластина, покрита със слой фосфор (за слой служи цинков сулфид), а в другия край имаше лупа. Ако погледнете луминофора на тъмно, можете да видите: цялото зрително поле е осеяно с мигащи и незабавно умиращи искри. Всяка искра е резултат от удара на една α-частица. Крукс нарича това устройство спинтарископ (от гръцки spintharis - искра и skopeo - гледам, наблюдавам). С помощта на това прост методпреброяване на α-частици, бяха проведени редица изследвания, например беше възможно да се определи доста точно константата на Avogadro * по този метод.

Тъй като протоните и неутроните се държат заедно в ядрото от ядрени сили, не беше ясно как една α-частица, състояща се от два протона и два неутрона, може да напусне ядрото. Отговорът е даден през 1928 г. от американския физик Джордж Гамов. Според законите квантова механикаα-частиците, както всички частици с малка маса, имат вълнова природаи следователно те имат някаква малка вероятност да бъдат извън ядрото, на малка (около 6 . 10–12 cm) разстояние от него. Веднага щом това се случи, кулоновото отблъскване от много близко положително заредено ядро ​​започва да действа върху частицата.

Алфа разпадът е главно тежки ядра. Известни са повече от 200. Известни са и по-леки алфа излъчватели, главно атоми на редки земни елементи. Но защо от ядрото излитат точно α-частици, а не отделни протони? Качествено това се обяснява с печалбата на енергия при α-разпадане (α-частиците са стабилни). Количествената теория на α-разпада е създадена едва през 80-те години на миналия век.

Нарича се правило за изместване и звучи така: по време на α-разпадане ядрото губи положителен заряд 2e и масата му намалява с приблизително 4 a.m.u. В резултат на това елементът се измества с 2 клетки до началото на периодичната таблица. Символично може да се напише така:

М З х - М - 4 З -2 Y + 4 2 Той (12)

*Константа на Авогадроравно на 6,02 . 10 23 mol -1

Бета разпадът се наблюдава както при тежките, така и при леките ядра. Леките частици (бързите електрони) имат по-висока проникваща способност. Така че във въздуха β-частиците могат да летят на няколко десетки сантиметра, в течност и твърди вещества- от части от милиметъра до около 1 см. Енергията на излъчените от ядрото електрони може да варира почти от нула до някаква стойност, максимална за даден радионуклид. Обикновено средна енергияβ-частиците са много по-малки от тези на α-частиците. Дълго време не беше ясно как от еднакви атоми на един и същи елемент излитат частици с различна скорост. Когато структурата на атома и атомното ядро ​​стана ясна, нова гатанка: откъде идват β-частиците, излъчвани от ядрото - все пак в ядрото няма електрони. След откриването на неутрона през 1932 г. от английския физик Джеймс Чадуик,

Руските физици Дмитрий Дмитриевич Иваненко и Игор Евгениевич Там и независимо един от друг немският физик Вернер Хайзенберг предполагат, че атомните ядра се състоят от протони и неутрони. В този случай β-частиците трябва да се образуват в резултат на вътрешноядрения процес на трансформация на неутрон в протон и електрон. Следователно β-разпадането се наблюдава главно в ядра с излишък от неутрони.

Превръщането на неутрон в протон по време на β-разпадане практически не променя масата на нуклида, но увеличава ядрения заряд с единица. Следователно се образува нов елемент, изместен в периодична системаедна клетка вдясно. Символично може да се напише така:

М З х - М З +1 Y + 0 -1 д (13)

Както алфа, така и бета разпадът се придружава от излъчване на гама лъчи.

Гама радиация – Това е късовълново електромагнитно излъчване. На кантара електромагнитни вълниграничи с трудно рентгенови лъчи, заемащи областта на по-високите честоти. Гама лъчението има изключително къса дължина на вълната и в резултат на това изразени корпускулярни свойства, т.е. държи се като поток от частици (γ-кванти) . Гама радиацията се получава от разпадането на радиоактивни ядра, елементарни частици, както и при преминаването на бързи заредени частици през материята.

Придружавайки разпадането на радиоактивните ядра, гама-лъчението се излъчва по време на прехода на ядрото от по-възбудено енергийно състояние към по-малко възбудено или основно състояние.

AT междузвездно пространствогама лъчение възниква в резултат на сблъсък на кванти от по-меко дълговълново електромагнитно лъчение, като светлина, с електрони, ускорени от магнитни полета космически обекти. В този случай бързият електрон предава своята енергия електромагнитно излъчванеи видимата светлина се превръща в по-твърда гама радиация.

Подобно явлениеТова се случва и на Земята, когато високоенергийни електрони, произведени в ускорителите, се сблъскат с фотони на видимата светлина в интензивни лъчи светлина, създадени от лазери. Електронът предава енергия на светлинен фотон, който се превръща в γ-квант. На практика е възможно да се преобразуват отделни фотони на светлината във високоенергийни гама-кванти.

Гама-лъчението не се отклонява от електрически и магнитни полета, има относително слаба йонизираща способност и много висока проникваща способност (например преминава през слой олово с дебелина 5 cm). Основните процеси, които протичат при взаимодействието на гама-лъчение с материята, са фотоелектричното поглъщане (фотоелектричен ефект *) и образуването на двойки електрон-позитрон.

Примери за разпадане: 1) α-разпадане 235 92 U- 231 90 Th + 4 2 He

2) β-разпадане 14 6 C - 14 7 N + 0 -1 e

3) γ-разпадане 1 0 n + 238 92 U - 239 92 U + γ

*Вътрешен f отоефекте процесът, при който атомът абсорбира гама лъч и излъчва електрон. Тъй като един електрон е изваден от една от вътрешните обвивки на атома, празното пространство се запълва с електрони от горните обвивки. И фотоелектричният ефект е придружен от характерно рентгеново лъчение.

Маса 1. Радиационни параметри

	Природата	Зареждане	Един от източниците	Абсорбира се	Йонизация	отклонение в електрически и магнитно поле	опасно за здравето
	хелиево ядро (2 протона, 2 неутрона)		Америций-241	лист хартия		много слаб	ниско до влизане в тялото
	Електрон с висока енергия		Стронций-90	5 мм алуминиев лист			Уврежда клетките и ДНК
	Електромагнитни вълни		кобалт-60	25 mm оловен лист (намалете интензитета наполовина)	много слаб		опасно при висока интензивност

*Йонизация- процесът на образуване на отрицателни и положителни йони и свободни електрониот електрически неутрални атоми и молекули.

Глава 3

естествена радиоактивност.

Естествената радиоактивност (или фоновата радиация) е следствие от спонтанното разпадане на естествени радиоизотопи, присъстващи в скалите и живата материя. Расте с дълбочина поради околните скали и с височина поради влиянието на космически лъчи. Някои области може да имат висока естествена радиоактивност поради скали (напр. магмени скали като гранит), които излъчват газ радон.

Естествените радионуклиди могат да бъдат разделени на две големи групи- първични, т.е. тези, които са се образували едновременно със стабилната материя на Земята, и космогенни, които постоянно се образуват в резултат на ядрени реакции под въздействието на космическата радиация или идват с извънземна материя. Очевидно сега в околната среда присъстват само тези първични радионуклиди, чийто период на полуразпад е съизмерим с възрастта на Земята.

Таблица 2. Основни първични радионуклиди

Радионуклид		Дял в естествената смес от изотопи, %
	5 10 10

Три първични радионуклида - 238 U, 235 U и 232 Th - са предците на естествения радиоактивен ред*. С течение на времето се установява вековно равновесие в естествената радиоактивна серия - състояние, при което

Фиг.4 Пример за образуване на естествени радиоактивни серии.Коя радиоактивност (! Но не броят на ядрата!) Всички членове на поредицата са равни един на друг.

Секуларно равновесие между радионуклидите се установява, ако полуживотът на родителския радионуклид е голям в сравнение с полуживота на дъщерния.

Натрупването на дъщерен радионуклид се подчинява на закона

A \u003d A 0 (1-ви -λ T ) (14)

къде - активност на дъщерния радионуклид, A 0 - активност на родителския радионуклид, λ - константа на радиоактивен разпад на дъщерния радионуклид, t - времето, изминало от началото на натрупването на дъщерния радионуклид (приема се, че в началния момент присъства само родителският нуклид).

изкуствена радиоактивност.

Изотопи, които се разпадат с излъчването на позитрон, не се срещат в природата. Такива

*радиоактивни чинове(радиоактивни семейства) - редици от генетично свързани радиоактивни нуклиди, в които всеки следващ възниква в резултат на α- или β-разпад на предишния.

изотопите са получени за първи път изкуствено през 1934 г. от Ф. и И. Жолио-Кюри. Те установиха, че когато се облъчват с поток от алфа частици, ядрата на алуминиевия изотоп 27 13 Al се превръщат в ядра на фосфорния изотоп 30 15 P, докато се излъчват свободни неутрони:

27 13 Ал + 4 2 Той = 30 15 П + 1 0 н (15)

Изкуствено полученият изотоп на фосфор 30 15 P се оказва радиоактивен; ядрото му се разпада с излъчване на позитрон:

30 15 П = 30 14 Si + 0 1 д + 0 0 v e (16)

Последвалите експерименти за бомбардиране на атомни ядра на стабилни изотопи с алфа-частици, протони, неутрони и други частици показаха, че изкуствени радиоактивни изотопи могат да бъдат получени от почти всички елементи.

Сред изотопите на леките елементи (до калция) тези, в които съдържанието на протони и неутрони е приблизително еднакво, са стабилни. Ядрата, в които броят на неутроните е значително по-голям от броя на протоните, се оказват нестабилни по отношение на електронния бета-разпад. Изотопите с излишък на протони над броя на неутроните в ядрото изпитват позитронен бета-разпад.

Влизат изкуствени радионуклиди околен святв резултат на тестване на ядрено оръжие, ядрени експлозииизвършвани за мирни цели, както и дейностите на предприятия от ядрения горивен цикъл. Авиационни инциденти с ядрени оръжияна борда, смъртта на подводници, оборудвани с ядрени електроцентралии ядрени оръжия. В продължение на няколко години много страни, включително СССР, изхвърляха течни радиоактивни отпадъци в моретата и реките и наводняваха отработени ядрени инсталации. Авариите също допринасят за техногенната радиоактивност на околната среда изкуствени спътнициЗеми с ядрени източници на енергия. Развитието на ядрената енергетика също доведе до факта, че радионуклидите са навлизали и продължават да навлизат в околната среда, както по време на нормалната експлоатация на атомните електроцентрали, така и в резултат на извънредни ситуации, от които аварията в АЕЦ Чернобил 26 април 1986 г

Ядрено оръжие.

Всеки от неутроните, излъчени от ядрото по време на процеса на делене, може на свой ред да причини делене на съседното ядро, което също излъчва неутрони, които могат да причинят по-нататъшно делене. В резултат на това броят на делящите се ядра нараства много бързо. Получава се верижна реакция. Ядрената верижна реакция е реакция, при която частиците, които я предизвикват (неутрони), се образуват като продукти на тази реакция.

Фиг.5 Верижна ядрена реакция.Верижната реакция е придружена от освобождаване на огромна енергия. При деленето на всяко ядро ​​се отделят около 200 MeV. При пълното делене на всички ядра, присъстващи в 1 g уран, се освобождава енергия от 2,3 x 10 4 kWh.Това е еквивалентно на енергията, получена при изгаряне на 3 тона въглища или 2,5 тона нефт.

Но за осъществяването на верижна реакция не можете да използвате никакви ядра, които се делят под въздействието на неутрони. По ред причини от срещаните в природата ядра са подходящи само ядрата на изотопа на урана с масово число 235, т.е. 23892U.

За да протече верижна реакция, не е необходимо всеки неутрон непременно да предизвиква ядрено делене. Необходимо е само средният брой освободени неутрони в дадена маса уран да не намалява с времето.

Това условие ще бъде изпълнено, ако факторът на размножаване на неутрони k е по-голям от или равно на едно. Коефициентът на размножаване на неутрони е съотношението на броя на неутроните във всяко "поколение" към броя на неутроните от предишното "поколение". Смяната на поколенията се разбира като ядрено делене, при което неутроните от старото "поколение" се абсорбират и се раждат нови неутрони.

Ако k1, тогава броят на неутроните се увеличава с времето или остава постоянен и верижната реакция продължава. За к<1 число нейтронов убывает и цепная реакция невозможна.

Коефициентът на умножение се определя от следните четири фактора:

1) улавяне на бавни неутрони от уранови ядра с последващо делене и улавяне на бързи неутрони (също с последващо делене);

2) улавяне на неутрони от уранови ядра без делене;

3) улавяне на неутрони от продукти на делене, модератор и конструктивни елементи на съоръжението;

4) излизане на неутрони от делящия се материал навън.

Само първият процес е придружен от увеличаване на броя на неутроните (главно поради деленето на 235 92 U). Всичко останало води до тяхната загуба. Верижна реакция в чистия изотоп 238 92 U е невъзможна, тъй като в този случай k<1 (число нейтронов, поглощаемых ядрами без деления, больше числа нейтронов, вновь образующихся за счет деления ядер).

За да протича еднаква верижна реакция, коефициентът на размножаване на неутрони трябва да бъде намален до единица. Това равенство трябва да се поддържа с голяма точност. Вече при k=1,01 експлозията ще настъпи почти мигновено.

В атомна бомба протича неконтролирана верижна реакция с висок коефициент на размножаване на неутрони.

За да се получи почти мигновено освобождаване на енергия (експлозия), реакцията трябва да протече на бързи неутрони (без използването на модератори). Експлозивът е чист уран или плутоний. За да възникне експлозия, размерите на делящия се материал трябва да надвишават критичните размери. Това се постига или чрез бързо свързване на две парчета делящ се материал с подкритични размери, или чрез рязко компресиране на едно парче до размер, при който изтичането на неутрони през повърхността намалява толкова много, че размерите на парчето се оказват суперкритични.

Ориз. 6 Схема на атомната бомба.

И двете се извършват с конвенционални експлозиви. При ядрен взрив се образуват продукти на делене, ядрен синтез и неутронно активиране.

При деленето на тежки ядра под действието на неутрони се образуват стотици различни радионуклиди с различен период на полуразпад. Съотношението на продуктите на делене зависи от природата на делящия се радионуклид и енергията на неутрона. Разпределението на дъщерните продукти по масови числа има два максимума, разположени в интервалите 85-105 и 130-150. Реакциите на ядрен синтез протичат по време на експлозията на термоядрени оръжия. В този случай, по-специално, сливането на ядрата на деутерий и тритий се случва с образуването на алфа частица и неутрон. Когато бомба избухне, температурата достига десетки милиони келвини. При тази температура налягането рязко се повишава и се образува мощна взривна вълна. В същото време се генерира мощно излъчване. Продуктите на верижната реакция от експлозия на бомба са силно радиоактивни и опасни за живите организми.

Атомни бомби бяха използвани от Съединените щати в края на Втората световна война срещу Япония. През 1945 г. те са хвърлени върху японските градове Хирошима и Нагасаки.

Тези актове на масово унищожаване на хора не са причинени от военна необходимост, тъй като по това време капитулацията на Япония вече е предрешена. Със създаването на ядрено оръжие победата във войната стана невъзможна. Ядрената война е в състояние да доведе човечеството до унищожение, затова народите по целия свят упорито се борят за забраната на ядрените оръжия. Тестовете на ядрени оръжия в атмосферата се превърнаха в основния източник на изкуствена радиоактивност в околната среда (до 95%). Изхвърлянето на радионуклиди се е случило нехомогенно по повърхността на планетата. Около 76% от глобалните утайки на стронций-90 са настъпили в северното полукълбо, където са извършени 90% от общия брой тестове. Максимумът на глобалните отлагания настъпва при 40-50° с.ш.

По време на подземни ядрени експлозии повечето от радионуклидите остават в кухината на експлозията, но в много случаи радиоактивните газове и други летливи продукти от експлозията се освобождават в атмосферата.

В термоядрената (водородна) бомба източникът на висока температура, която е необходима за термоядрен синтез, е експлозията на атомна бомба (уранова или плутониева), поставена вътре в термоядрена бомба. Техническите възможности за увеличаване на енергията на експлозията на тези бомби не са ограничени по никакъв начин.

Пример за верижна реакция: 239 92 U → 239 93 Np + 0 -1 e

239 93 Np → 239 9 4 Pu + 0 -1 e

Атомен реактор.

Урановите ядра, особено тези от изотопа 235 92 U, улавят най-ефективно бавните неутрони. Вероятността за улавяне на бавни неутрони с последващо ядрено делене е стотици пъти по-голяма от тази на бързите. Ето защо в ядрените реактори, захранвани с естествен уран, неутронните модератори се използват за увеличаване на „коефициента на размножаване на неутрони

Фиг.7 Атомен реактор.

Основните елементи на ядрен реактор: ядрено гориво (235 92 U, 239 92 Pu, 238 92 U и др.), Забавител на неутрони (тежка или обикновена вода, графит и др.), охлаждаща течност за отстраняване на енергията, генерирана по време на работа на реактора (вода, течен натрий и др.) и устройство за контрол на скоростта на реакцията (в работното пространство на реактора се въвеждат пръти, съдържащи кадмий или бор, вещества, които абсорбират добре неутроните).

Отвън реакторът е заобиколен от защитна обвивка, която забавя

γ-лъчение и неутрони. Корпусът е от бетон с железен пълнеж.

Най-добрият модератор е тежката вода. Самата обикновена вода улавя неутрони и се превръща в тежка вода. Графитът, чиито ядра не абсорбират неутрони, също се счита за добър модератор.

Коефициентът на умножение k може да стане равен на единица само ако размерите на реактора и съответно масата на урана надвишават определени критични стойности. Критичната маса е най-малката маса на делящ се материал, при която може да протече ядрена верижна реакция.

При малки размери изтичането на неутрони през повърхността на активната зона на реактора (обемът, в който са разположени урановите пръти) е твърде голямо.

С увеличаване на размера на системата, броят на ядрата, участващи в деленето, се увеличава пропорционално на обема, а броят на загубените неутрони поради изтичане се увеличава пропорционално на повърхностната площ.

Следователно чрез увеличаване на размера на системата е възможно да се постигне стойност на коефициента на умножение k приблизително равна на 1. Системата ще има критични размери, ако броят на загубените неутрони поради улавяне и изтичане е равен на броя на неутрони, получени в процеса на делене. Критичните размери и съответно критичната маса се определят от вида на ядреното гориво, модератора и конструктивните особености на реактора.

За чист (без модератор) уран 235 92 U, имащ формата на топка, критичната маса е приблизително равна на 50 kg. В този случай радиусът на топката е приблизително 9 см (уранът е много тежко вещество). Използвайки неутронни модератори и берилиева обвивка, отразяваща неутрони, беше възможно да се намали критичната маса до 250 g.

Реакторът се управлява от пръти, съдържащи кадмий или бор. При изнесени пръти от активната зона на реактора k>1 и при напълно прибрани пръти k<1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

злополуки.

В момента пет мъртви атомни подводници (две американски и три вътрешни) почиват на дъното на Атлантическия океан, които са потенциални източници на изкуствени радионуклиди. Въпреки това, както показват дългосрочните наблюдения на атомната подводница "Комсомолец", потънала в Норвежко море, потокът на радионуклиди от корпуса на лодката е изключително бавен, освен това много радионуклиди се абсорбират здраво от дънните утайки, така че че потъналите атомни подводници, очевидно, представляват сериозна опасност за околната среда.не представляват.

През 1968 г. на 11 км западно от военновъздушната база Туле, близо до бреговете на Гренландия, се разбива американски самолет B-52, носещ четири ядрени бойни глави. В резултат на експлозията на самолета съдържащият се в боеприпасите плутоний се смесва с лед, а също така частично влиза под леда с фрагменти от бойни глави. В резултат около 1 TBq плутоний попадна в дънните утайки. През 1966 г. два самолета на ВВС на САЩ се сблъскват във въздуха над бреговете на Испания. В резултат на това паднаха четири термоядрени бомби: три паднаха на брега, една падна в Средиземно море. Тези инциденти обаче не доведоха до сериозни последици за околната среда, тъй като по-голямата част от плутония беше отстранена в резултат на навременна работа по дезактивация.

През 1964 г. американски навигационен спътник се разби: той не влезе в орбита и падна в Индийския океан. Сателитът се захранва от изотопен източник на енергия. Сателитният инцидент доведе до разпръскването на 629 TBq от 238 Pu в атмосферата. Около 95% от този плутоний падна на повърхността на Земята до края на 1970 г. Падането на спътника доведе до значителна промяна в съотношението на плутониеви изотопи в глобалните отпадъци.

Аварията на съветския спътник Космос-954 през 1978 г. доведе до изпускане на продукти на делене от бордовия ядрен реактор в околната среда. Приблизително три четвърти от общото количество радионуклиди, разсеяни в горните слоеве на атмосферата. Падането на отломки се случи в Северна Америка.

Известни са редица аварии в предприятията от ядрения горивен цикъл. Например в Селафийлд през 1957 г. имаше авария в изследователски реактор с разтопяване на активната зона.

На 27 септември 1957 г. в Kyshtym (област Челябинск) се случи авария в завод за преработка на радиоактивни отпадъци, където имаше около 60 водоохлаждащи се резервоара от неръждаема стомана с обем 250 m 3 всеки с високо радиоактивни отпадъци. В резултат на прекъсване на подаването на охлаждаща вода е възникнал взрив с мощност 5-10 kt. Евакуирани са 23 населени места с население 10 180 души. Радиоактивният облак се издигна на височина 1 км и започна да се движи на североизток.

Фиг.8 Схема на атомна електроцентрала.

Но най-сериозната авария се случи в атомната електроцентрала в Чернобил през нощта на 26 април 1986 г. В Чернобилската АЕЦ са монтирани реактори от типа РБМК (високомощен реактор с кипяща вода), основният компонент на емисиите на които в околната среда са РГ (радиоактивни газове), които не представляват риск от вътрешно облъчване. Стандартното натоварване на РБМК е 192 тона ядрено гориво (UO 2) с обогатяване 2% и 1760 тона графит. За да се предотврати окисляването на графита, към корпуса на реактора се подава газова смес, състояща се от 80% хелий и 20% водород. Една пълна горивна кампания продължава 1080 дни. През това време в горивото се натрупват повече от 500 радионуклида от тритий до кюрий с обща активност 6,8 10 20 Bq. Сред тези радионуклиди има доста краткотрайни, чиято активност бързо намалява с времето.

Аварията в атомната електроцентрала в Чернобил е настъпила в резултат на груби нарушения на правилата за безопасност по време на спирането на 4-ти блок за подмяна на горивните елементи. Имаше експлозия. Наблюдавано е разпръскване на големи фрагменти гориво на разстояние до стотици метри. Тогава графитът се запали. От общото количество радионуклиди, натрупани в реактора РБМК по време на аварията на 4-ти блок на атомната електроцентрала в Чернобил, значителна част е била изхвърлена в околната среда. Тъй като графитният компонент на ядрото на реактора изгоря, това позволи на останалото гориво да корозира долния биологичен щит (BBS) и да изтече в долните части на сградата на реактора. Девет дни по-късно сърцевината на реактора бързо се втвърди и аварията беше спряна без пряка човешка намеса (пускането на различни материали от хеликоптер беше неефективно). Топлината на разпад бързо намалява поради увличането на околните материали (неръждаема стомана и NBZ серпентин) във връзка с бързото разпространение на разтопеното гориво на разстояние до 40 m от епицентъра на разтопеното ядро.

През първите 9 дни след аварията се наблюдават четири фази на процеса:

Трета фаза (2-5 май) - ядрото се нагрява до температура над 2000°C; протича реакция между кислород и графит; аерозолните форми на продуктите на делене се комбинират с графитни частици;

Четвъртата фаза (5-6 май) е бързо намаляване на емисиите на продукти на делене, свързани със спирането на процеса на делене.

Изхвърлянето на радиоактивни продукти в атмосферата продължи до края на август със скорост от няколко кюри на ден.

Саркофагът, построен около аварийния блок, съдържа от 1270 до 1350 тона горивосъдържащи материали (около 10,5% от частично изгорялото ядрено гориво), 64 000 m 3 други материали (цимент, строителни материали и др.), приблизително 10 000 тона строителни метални конструкции и 800 до 1000 тона замърсена вода. Във втвърдените горивни остатъци остава значително количество цезий-137 (35% от първоначалното му количество).

Основните места на замърсяване на територията на бившия СССР са райони с ниво на радиоактивност на земята над 560 kBq/m 2 . Големи райони в Украйна и Беларус имаха нива на радиоактивност над 40 kBq/m 2 . Най-замърсена е 30-километровата зона около реактора, където нивото на замърсяване с цезий-137 обикновено надвишава 1500 kBq/m 2 . В най-замърсеното брянско-беларуско място, разположено на 200 км северо-североизточно от 4-ти блок, нивото на замърсяване с цезий-137 достигна 5 MBq/m 2 .

Изключително високи нива на отлагания, включително на места, разположени на хиляди километри от мястото на инцидента, бяха свързани главно с валежите. Сухите отлагания играят значително по-малка роля в разпространението на чернобилските радионуклиди, отколкото в случая на отлагания след тестове на ядрени оръжия.

Всички тези аварии са ясен пример колко опасна може да бъде радиацията.

Част 3

Въздействието на ниски дози радиация върху живия организъм.

Тази тема не е основната за моето есе, така че ще кажа много малко за нея.

Механизмът на радиация, който засяга биологичните обекти, все още не е достатъчно проучен. Но е ясно, че тя се свежда до йонизация на атоми и молекули, а това води до промяна в тяхната химическа активност. Най-чувствителни към радиация са клетъчните ядра, особено клетките, които се делят бързо. Следователно, на първо място, радиацията засяга костния мозък, което нарушава процеса на образуване на кръв. Следва увреждането на клетките на храносмилателния тракт и други органи.

Облъчването има силен ефект върху наследствеността, засягайки гените в хромозомите. В повечето случаи този ефект е неблагоприятен.

Облъчването на живи организми също може да има определени ползи. Бързорастящите клетки в злокачествените (ракови) тумори са по-чувствителни към радиация от нормалните. Това е основата за потискане на раков тумор чрез γ-лъчи на радиоактивни препарати, които са по-ефективни за тази цел от рентгеновите лъчи.

Въздействието на радиацията върху живите организми се характеризира с дозата радиация. Погълнатата доза радиация е отношението на погълнатата енергия E на йонизиращото лъчение към масата m на облъченото вещество:

D=E/m (17)

В SI погълнатата доза радиация се изразява в грейове (съкратено: Gy). 1 Gy е равна на погълнатата радиационна доза, при която 1 J енергия на йонизиращото лъчение се предава на облъчено вещество с тегло 1 kg.

Естественият радиационен фон (космически лъчи, радиоактивност на околната среда и човешкото тяло) е около 2-10 -3 Gy на човек годишно. Международната комисия по радиационна защита е определила максимално допустима годишна доза от 0,05 Gy за лица, работещи с радиация. Доза радиация от 3-10 Gy, получена за кратко време, е смъртоносна.

Радонът и неговите разпадни продукти имат значителен принос за облъчването на хората. Именно той предизвиква особена загриженост за учените. Според правителствени експерти, поради радона и неговите разпадни продукти, хората получават 3/4 от дозата на общото количество радиация, която идва в процеса на излагане на естествени източници на радиация. По този начин отрицателният ефект на радона върху човешкото здраве е много по-голям от въздействието на радиацията, изпускана в околната среда от атомните електроцентрали.

Основният източник на този радиоактивен инертен газ е земната кора, където той се образува в резултат на естествен радиоактивен разпад. Прониквайки през пукнатини и пукнатини в основата, пода и стените, радонът навлиза в първите етажи на сградите и мазетата, задържа се и се натрупва в тях (радонът е 7,5 пъти по-тежък от въздуха). В резултат на това концентрацията на радон в горните етажи на многоетажните сгради обикновено е по-ниска, отколкото на първия етаж.

Друг източник на радон в помещенията са самите строителни материали (бетон, тухла и др.), съдържащи естествени радионуклиди. Прекарваме до 80% от времето си на закрито – у дома или на работа. От една страна, сградите предпазват от външна радиация, но ако материалите, от които са построени, съдържат естествени радионуклиди, тогава сградата се превръща от защитни конструкции в източник на опасност. Ето защо е толкова важно да купувате строителни материали, които не са опасни за здравето. Особено когато става въпрос за изграждане или довършване на собствен дом, който е предназначен да служи на повече от едно поколение.

Човек получава по-голямата част от дозата радиация от радон, докато е в затворено, непроветрено помещение. Редовното проветряване намалява концентрацията на радон няколко пъти.

Дългосрочното излагане на радон и неговите продукти в човешкото тяло значително увеличава риска от рак на белите дробове. Така Американската агенция за опазване на околната среда счита, че радонът заема второ място след тютюнопушенето в редица причини за това заболяване.

Ефектите от излагането на хора на радиация обикновено попадат в две категории:

1) Соматични (телесни) - възникващи в човешкото тяло, което е било изложено на радиация.

2) Генетична - свързана с увреждане на генетичния апарат и проявяваща се в следващите или следващите поколения: това са деца, внуци и по-далечни потомци на човек, който е бил изложен на радиация.

Таблица3. Радиационни ефекти от излагане на хора.

Част 4. Методи за регистриране на частици.

газоразряден брояч.

Във връзка с разпространението на автоматичното управление на различни производствени процеси, използващи източници на радиоактивно лъчение, широко се използва газоразряден брояч, който регистрира тези лъчения. Работата му се основава на йонизиращия ефект на радиоактивното лъчение.

Фиг.9 газоразряден брояч.

Газоразрядният брояч представлява стъклен или метален съд с два електрода - външен (катод (2)) и вътрешен (анод (1)). Катодът е или метален контейнер, или проводящ слой, нанесен върху вътрешната повърхност на стъклен контейнер. Анодът е тънка метална тел, опъната вътре в балона по оста му.

Глюкомерът обикновено се пълни със специална смес от газове при налягане 100 mmHg. Изкуство.

Когато газът вътре в брояча не е йонизиран от ядрени частици, въпреки приложеното към него напрежение, между неговите електроди не тече ток. Веднага след като газът вътре в брояча се йонизира от ядрени частици, които са влезли в него, в веригата на брояча ще се появи електрически ток.

Източникът на йонизация на газа може да бъде γ-, α- и β-лъчи, рентгеново и ултравиолетово лъчение. За работа на брояча се използва режим, при който токът във веригата на брояча е пропорционален на броя на йонизиращите частици. Този режим се нарича "регион на Гайгер" и се използва за работа на газоразрядни броячи. Последователно с брояча се включва съпротивление от порядъка на 1 - 10 MΩ, което е товар, от клемите на който се отвеждат импулси на напрежение. Скоростта на повторение на импулса е пропорционална на броя на частиците, които причиняват йонизация.

Газоразрядният брояч възприема ядреното лъчение и го преобразува в електрически импулси. Тези импулси влизат в записващото устройство. Броят на входящите импулси характеризира степента на радиоактивност.

В практиката се използват различни видове броячи, които реагират на различни излъчвания. Предназначени са за различни работни напрежения, имат различен експлоатационен живот, изчислен в милиони импулси, както и различни размери – дължина и диаметър.

Брояч на Гайгер-Мюлер.

Това е газоразрядно устройство за отчитане на броя на попадналите в него йонизиращи частици. Това е напълнен с газ кондензатор, който се пробива чрез преминаването на йонизираща частица през обем газ.

Допълнителна електронна верига осигурява захранване на измервателния уред (обикновено не по-малко от 300 V), осигурява, ако е необходимо, потискане на разряда и отчита броя на разрядите през измервателния уред.

Броячите на Geiger са разделени на несамозагасващи и самозагасващи (не изискващи външна верига за прекратяване на разряда).

Чувствителността на брояча се определя от състава на газа, неговия обем и материала (и дебелината) на стените му.

Широкото използване на брояча на Geiger-Muller се обяснява с неговата висока чувствителност, възможността за регистриране на различни видове радиация и сравнителната простота и ниска цена на монтажа. Броячът е изобретен през 1908 г. от Гайгер и подобрен от Мюлер.

Фиг.10 Брояч на Гайгер-Мюлер.

Цилиндричният брояч на Geiger-Muller се състои от метална тръба или стъклена тръба, метализирана отвътре, и тънка метална нишка, опъната по оста на цилиндъра. Нажежаемата жичка служи като анод, тръбата служи като катод. Тръбата е пълна с разреден газ, като в повечето случаи се използват благородните газове аргон и неон. Между катода и анода се създава напрежение около 1500 V.

Работата на брояча се основава на ударна йонизация. γ-квантите, излъчвани от радиоактивен изотоп, падайки върху стените на брояча, избиват електрони от него. Електроните, движещи се в газа и сблъсквайки се с газови атоми, избиват електрони от атомите и създават положителни йони и свободни електрони. Електрическото поле между катода и анода ускорява електроните до енергии, при които започва ударна йонизация. Има лавина от йони и токът през брояча рязко се увеличава. В този случай се формира импулс на напрежение върху съпротивлението R, което се подава към записващото устройство. За да може броячът да регистрира следващата частица, попаднала в него, лавинният заряд трябва да бъде угасен. Това става автоматично. В момента, в който токовият импулс се появи на съпротивлението R, възниква голям спад на напрежението, така че напрежението между анода и катода намалява рязко и толкова много, че разрядът спира и броячът отново е готов за работа.

Важна характеристика на брояча е неговата ефективност. Не всички γ-фотони, които ударят брояча, ще дадат вторични електрони и ще бъдат регистрирани, тъй като актовете на взаимодействие на γ-лъчите с материята са сравнително редки и някои от вторичните електрони се абсорбират в стените на устройството, преди да достигнат до обем газ

Ефективността на брояча зависи от дебелината на стените на брояча, техния материал и енергията на γ-лъчението. Най-ефективни са броячите, чиито стени са направени от материал с висок атомен номер, тъй като това увеличава производството на вторични електрони. Освен това стените на плота трябва да са достатъчно дебели. Дебелината на стената на брояча се избира от условието за нейното равенство на средния свободен път на вторичните електрони в материала на стената. При голяма дебелина на стената вторичните електрони няма да преминат в работния обем на брояча и няма да се появи токов импулс. Тъй като гама-лъчението слабо взаимодейства с материята, ефективността на γ-броячите обикновено също е ниска и възлиза само на 1-2%. Друг недостатък на брояча на Гайгер-Мюлер е, че той не дава възможност за идентифициране на частици и определяне на тяхната енергия.

балонна камера

Това е пистов детектор на елементарни заредени частици, при който пистата (следата) на частица образува верига от парни мехурчета по траекторията на нейното движение. Изобретен от А. Глейзър през 1952 г. (Нобелова награда през 1960 г.).

Принципът на работа на балонната камера е подобен на този на облачната камера. Последният използва свойството на пренаситената пара да кондензира в малки капчици по траекторията на заредените частици. Мехурчестата камера използва свойството на чиста прегрята течност да кипи (образува парни мехурчета) по траекторията на полета на заредена частица. Прегрята течност е течност, нагрята до температура, по-висока от точката на кипене за дадените условия. Кипенето на такава течност възниква, когато се появят центрове на изпарение, например йони. По този начин, ако в облачна камера заредена частица инициира превръщането на пара в течност по пътя си, тогава в камера с мехурчета, напротив, заредена частица предизвиква превръщането на течност в пара.

Ориз. единадесет балонна камера.

Прегрятото състояние се постига чрез бързо (5–20 ms) намаляване на външното налягане. За няколко милисекунди камерата става чувствителна и може да регистрира заредена частица. След заснемане на следите, налягането се повишава до предишната стойност, мехурчетата се „свиват“ и камерата отново е готова за работа. Цикълът на работа на голяма балонна камера е 1 s (т.е. много по-малък от този на облачна камера), което прави възможно използването й в експерименти с импулсни ускорители. Малките балонни камери могат да работят с много по-бърза скорост от 10-100 разширения в секунда. Моментите на възникване на фазата на чувствителност на балонната камера са синхронизирани с моментите на влизане на частици в камерата от ускорителя.

Важно предимство на балонната камера в сравнение с облачната камера и дифузионната камера е, че тя използва течност като работна среда (течен водород, хелий, неон, ксенон, фреон, пропан и техни смеси). Тези течности, бидейки едновременно мишена и детектираща среда, имат 2-3 порядъка по-висока плътност от газовете, което значително увеличава вероятността от възникване на събития, които си струва да бъдат изследвани в тях, и дава възможност за пълно „напасване“ на следи от високоенергийни частици в техния обем.

Мехурчестите камери могат да достигнат много големи размери (до 40 m3). Те, подобно на облачните камери, са поставени в магнитно поле. Пространствената разделителна способност на балонните камери е 0,1 mm.

Недостатъкът на балонната камера е, че тя не може (за разлика от облачната камера) да бъде бързо „включена“ от сигналите на външни детектори, които извършват предварителен подбор на събития, тъй като течността е твърде инерционна и не се поддава на много бързо (в рамките на 1 μs) разширение. Следователно балонните камери, синхронизирани с работата на ускорителя, регистрират всички събития, инициирани в камерата от лъча частици. Повечето от тези събития не представляват интерес.

облачна камера

Облачната камера е детектор на елементарни заредени частици, при който следата (следата) на частица образува верига от малки капчици течност по траекторията на нейното движение. Изобретен от К. Уилсън през 1912 г. (Нобелова награда през 1927 г.).

Фиг.12 Схема на облачната камера.Важна стъпка в метода за наблюдение на следи от частици е създаването на облачна камера (1912 г.). За това изобретение К. Уилсън е удостоен с Нобелова награда през 1927 г. В облачна камера следите от заредени частици стават видими поради кондензацията на свръхнаситени пари върху газовите йони, образувани от заредената частица.

Върху йоните се образуват капчици течност, които нарастват до размери, достатъчни за наблюдение (10 -3 -10 -4 cm) и фотографиране при добра светлина. Пространствената разделителна способност на облачна камера обикновено е 0,3 mm. Работната среда най-често е смес от водна пара и алкохол при налягане 0,1-2 атмосфери (водната пара кондензира главно върху отрицателни йони, алкохолната пара върху положителни йони). Пренасищането се постига чрез бързо намаляване на налягането поради разширяване на работния обем. Времето на чувствителност на камерата, през което свръхнасищането остава достатъчно за кондензация върху йони, а самият обем е приемливо прозрачен (не е претоварен с капчици, включително фонови капчици), варира от стотни от секундата до няколко секунди. След това е необходимо да почистите работния обем на камерата и да възстановите нейната чувствителност. Така облачната камера работи в цикличен режим. Общото време на цикъла обикновено е > 1 мин.

Възможностите на облачната камера се увеличават значително, когато се постави в магнитно поле. Според траекторията на заредена частица, извита от магнитно поле, се определят знакът на нейния заряд и импулс. С помощта на облачна камера през 1932 г. К. Андерсън открива позитрон в космическите лъчи.

Важно подобрение, присъдено през 1948 г. с Нобелова награда (P. Blackett), е създаването на контролирана облачна камера. Специални броячи избират събитията, които трябва да бъдат регистрирани от облачната камера, и "стартират" камерата само за наблюдение на такива събития. Ефективността на облачна камера, работеща в този режим, се увеличава многократно. „Управляемостта“ на облачната камера се обяснява с факта, че е възможно да се осигури много висока скорост на разширение на газовата среда и камерата има време да реагира на задействащия сигнал на външните броячи.

Дозиметър и радиометър.

Дозиметър - устройство за измерване на дозата или мощността на дозата на йонизиращото лъчение, получено от устройството (и тези, които го използват) за определен период от време, например за период на престой на определена територия или за работна смяна.

Измерването на горните количества се нарича дозиметрия.

Понякога "дозиметърът" не е съвсем точно наречен радиометър - устройство за измерване на активността на радионуклид в източник или проба (в обема на течност, газ, аерозол, върху замърсени повърхности) или плътността на йонизиращия поток.

Ориз. 13 Дозиметър.

радиация за проверка на радиоактивността на подозрителни обекти и оценка на радиационната обстановка на дадено място в даден момент.

Измерването на горните величини се нарича радиометрия.

Рентгенов метър - вид радиометър за измерване на мощността на гама лъчение.

Домакинските уреди, като правило, комбинирани, имат и двата режима на работа с превключване "дозиметър" - "радиометър", светлинни и (или) звукови аларми и дисплей за отчитане на измерванията. Масата на домакинските уреди е от 400 до няколко десетки грама, размерът ви позволява да ги поставите в джоба си. Някои модерни модели могат да се носят на китката като часовник. Време на непрекъсната работа от една батерия от няколко дни до няколко месеца.

Фиг.14. Схема на дозиметъра. Диапазонът на измерване на битовите радиометри като правило е от 10 микрорентгена на час до 9,999 милирентгена на час (0,1 - 99,99 микросиверта на час), грешката на измерване е ±30%.

Детектор (чувствителен елемент на дозиметър или радиометър, който се използва за преобразуване на явления, причинени от йонизиращо лъчение, в електрически или друг сигнал, който е лесно достъпен за измерване) може да бъде йонизационна камера (военен дозиметър с директно отчитане "DP-50" ", подобен на писалка с прозорец в края), сцинтилатор (радиометър за геоложко търсене "SRP-88"), брояч на Гайгер (военен радиометър "DP-12", битов комбиниран "Белла", "Бор", "Експерт" " (позволява ви да измервате мека бета

Фиг.15 Радиометър.

радиация), "RKSB-104" (радиометър с възможност за работа в режим на готовност, дава сигнал при превишаване на зададеното от потребителя ниво), "Master" (малък икономичен рентгенов уред и т.н.) или специален полупроводников диод.

Заключение.

И така, работата ми по резюмето е точно наполовина свършена. Както очаквах в началото, за съжаление нямаше достатъчно време за измерване на нивото на радиоактивност и съставяне на таблици.

Горният материал е това, което разбрах през годината и, надявам се, след като прочетете, вие също сте го разбрали.

Планирам следващата година да завърша практическата част от работата си и да съставя таблици с радиационния паспорт на гимназията.

Библиография.

Прескот К. Оксфордският наръчник за ученика. - изд. LLC Издателска къща Астрел, 2008, -с.200.

Радиоактивност на околната среда / Сапожников Ю.А., Алиев Р.А., Калмиков С.Н. – М.: БИНОМ. Лаборатория на знанието, 2006. - стр. 32.

1. А.А. Пинск. Учебник по физика за 11 клас.

2. Г.Я. Мякишев. Учебник по физика за 11 клас.

3. Ю.Б. Кудряшов. Радиационна биофизика.

4. Физически енциклопедичен речник.

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

публикувано на http://www.allbest.ru/

Въведение

1. Изпускане на радионуклиди в околната среда

1.1. естествена радиоактивност

1.2.Изкуствена радиоактивност

2. Радионуклиди в хидросферата

2.1. Естествена радиоактивност на хидросферата

2.2. Изкуствена радиоактивност на хидросферата

2.3. Актиниди в хидросферата

Списък на използваната литература

Въведение

Определянето на естествени и техногенни радионуклиди в обекти на околната среда (във въздуха, в природни води и почви, в хранителни продукти) позволява да се оцени възможната опасност от радиационно облъчване за човешкото здраве. В същото време изследването на разпространението на радионуклидите в околната среда може да даде ценна информация за процесите, протичащи в нея. Радионуклидните методи се използват за изследване на движението на водни и въздушни маси, определяне на живота на аерозолите и датиране на геоложки и археологически обекти.

Замърсяването на повърхностните води започва в Централна Русия още през 16 век, когато нивите са били наторявани с тор. Оттогава селското стопанство е основният замърсител на водата в централните райони на страната. В по-северните райони важна роля играеше рафтингът с дървен материал, особено рафтингът с къртици, при който трупите потъваха и гниеха във водата. С развитието на промишлеността и разрастването на градовете ролята на общинското и индустриалното замърсяване започва да нараства.

Рязко нарастване на замърсяването настъпва през ХХ век. Особена опасност е свързана със съвпадението на периода на нарастване на заустванията на замърсени отпадъчни води и вековната тенденция за нарастваща сухота на климата и намаляване на водното съдържание на водните тела. При тези условия концентрациите на замърсители в разтворите се увеличават, а оттам и степента на тяхното вредно въздействие върху природните системи и човешкото здраве.

Целта на работата е да се разгледа естествената и изкуствената радиоактивност на природните води.

1. ИЗПУСКАНЕ НА РАДИОНУКЛИДИ В ОКОЛНАТА СРЕДА

1.1 ЕСТЕСТВЕНА РАДИОАКТИВНОСТ

Естествените радионуклиди могат да бъдат разделени на две големи групи - първичен, т.е. тези, които са се образували едновременно със стабилната материя на Земята, и космогенен, които постоянно се образуват в резултат на ядрени реакции под действието на космическата радиация или идват с извънземна материя.Очевидно сега в околната среда присъстват само онези първични радионуклиди, чийто период на полуразпад е съизмерим с възрастта на Земя (Таблица 1)

Таблица 1. Основни първични радионуклиди

Радионуклид	T 1 / 2, години	Дял в естествената смес от изотопи, %

Три основни радионуклида - 238 U, 235 U и 232 Th - са предците на естествените радиоактивни серии. С течение на времето се установява вековно равновесие в естествената радиоактивна серия - състояние, при което радиоактивността (но не и броят на ядрата) на всички членове на серията са еднакви помежду си. Секуларно равновесие между радионуклидите се установява, ако полуживотът на родителския радионуклид е голям в сравнение с полуживота на дъщерния. Натрупването на дъщерен радионуклид се подчинява на закона

A= A 0 (1-e - lt)

където A е активността на дъщерния радионуклид, A 0 е активността на родителския радионуклид, l е константата на радиоактивно разпадане на дъщерния радионуклид, t е времето, изминало от началото на натрупването на дъщерния радионуклид.

За установяване на радиоактивно равновесие е достатъчен период от време, равен на 10 полуразпада на дъщерния радионуклид. Различни геохимични процеси могат да доведат до фракциониране на членовете на радиоактивната серия, така че вековното равновесие се поддържа само в система, която е затворена по отношение на родителските и дъщерните радионуклиди.

Когато Земята се е образувала, естествената смес от уранови изотопи е включвала известно количество уран-238, а преди милиард години делът на уран-235 в естествения уран е бил много по-висок. За поддържане на стабилна работа на ядрен реактор са достатъчни 3% уран-235.

Понастоящем естествените радионуклиди са в основата на дозовото натоварване на хората.

А. Бекерел, изучавайки флуоресценцията на уранови съединения, установява приблизително 100 дни след откриването на рентгеновите лъчи, че фотографските плаки, дори опаковани в черна хартия, потъмняват, когато са в близост до уранови соли. Феноменът е наречен "радиоактивност"

Впоследствие се оказа, че радиоактивност- това е спонтанното разпадане на атомните ядра на материята с излъчване на ядрена радиация: b-частици (хелиеви ядра), b-частици (електрони) и g-кванти. По-късно са открити други, по-редки видове разпадане: спонтанно делене на ядрото, двойно разпадане, излъчване на ядрени клъстери и др.

b-частиците и r-квантите, излъчвани от ядра по време на радиоактивни трансформации, имат дискретни енергийни стойности, тъй като възникват по време на прехода на ядрата от едно специфично енергийно състояние в друго. Енергийното разпределение на частиците или квантите се нарича спектър. Спектрите на b-частиците и g-квантите са дискретни.

По време на β-разпадането неутрино се излъчва едновременно с β-частиците и енергията на разпада се разпределя между β-частицата и неутриното. В резултат на това β-частиците нямат дискретен, а непрекъснат спектър.

За оценка на въздействието на йонизиращото лъчение върху веществата и живите организми се използва концепцията "дози".Погълнатата доза е съотношението на енергията, предадена на вещество от радиация, към масата на веществото. Единицата за погълната доза е грей (1 Gy=1 J/kg). За оценка на въздействието на радиацията върху живите организми се използва еквивалентна доза, чието изчисляване отчита факта, че йонизиращите лъчения от различни видове и енергии въздействат на тялото по различни начини. Единицата SI за еквивалентна доза е сиверт (Sv). Погълнатата доза е трудно да се измери директно, поради което за изчисляване на еквивалентната и погълнатата дози се използва експозиционната доза, която е мярка за йонизация, т.е. пряко измерима величина. Единицата за експозиционна доза е рентген (R).

1.2 ИЗКУСТВЕНИ РАДИОНУКЛИДИ В ОКОЛНАТА СРЕДА

Изкуствените радионуклиди навлизат в околната среда в резултат на тестове на ядрени оръжия, ядрени експлозии, извършвани за мирни цели, както и дейността на предприятията от ядрения горивен цикъл. Местни източници са авариите на самолети с ядрени оръжия на борда, смъртта на подводници, оборудвани с атомни електроцентрали и ядрени оръжия. В продължение на няколко години много страни, включително СССР, изхвърляха течни радиоактивни отпадъци в моретата и реките и наводняваха отработени ядрени инсталации. За техногенната радиоактивност на околната среда допринасят и авариите на изкуствени спътници на Земята с ядрени източници на енергия. Развитието на ядрената енергетика също доведе до факта, че радионуклидите са навлезли и продължават да навлизат в околната среда, както по време на нормалната работа на атомните електроцентрали, така и в резултат на извънредни ситуации, от които аварията в атомната електроцентрала в Чернобил на Най-сериозни са последиците от 26 април 1986 г. Таблица 2. Представени са обобщени данни за изхвърлянето на техногенни радионуклиди в околната среда в резултат на тестове на ядрено оръжие (включително подземни), дейността на предприятията от ядрения горивен цикъл и аварийните ситуации в тях .

Таблица 2. Очаквано изпускане на техногенни радионуклиди

Източник	Емисионна активност, Pbq
			Радиоакт. благородство газове.
Атмосферни ядрени експлозии
Подземни ядрени експлозии
Работа на реактора
Рециклиране
Производство и използване на радионуклиди
Остров Три Майл
Чернобил
Селафийлд
Космос-954

2. Радионуклиди в хидросферата

Понятието хидросфера включва океани, морета, езера, реки, блата, лед, подземни води и атмосферна влага.

Решаваща роля в радиоактивността на хидросферата понастоящем играят естествените и изкуствените радионуклиди, чието разпределение в атмосферата, водния стълб и дънните седименти се определя от съвкупността от геохимични и биогеохимични процеси, протекли в хидросферата по време на нейното съществуване. съществуване.

Ролята на изкуствените радионуклиди в общия баланс на радиоактивността в хидросферата е относително малка. Въпреки това, местните нива на радиоактивно замърсяване, свързани главно с дейността на предприятия от ядрения горивен цикъл, по-специално с изхвърлянето на нискоактивни отпадъци през тръбопроводи директно в морето (Ядрен център в Селафийлд, Обединеното кралство; заводът Cogema в Кейп Агу, Франция), с изхвърлянето на контейнери с високоактивни отпадъци (Тихия и Атлантическия океан, САЩ и Обединеното кралство; арктическите морета), както и аварии с кораби с атомни електроцентрали, могат значително да надвишат нивата на радиоактивност поради естествени причини.

Радиоактивността от стратосферния резервоар, където продуктите на делене се натрупват дълго време в резултат на тестове на ядрени оръжия, продължава да допринася в световен мащаб. Значителна част от радионуклидите, постъпващи в околната среда на континентите, рано или късно с водите на реките или подземния отток попадат в морската среда.

2.1 Естествена радиоактивност на хидросферата

Основен принос за естествената радиоактивност на хидросферата има 40 K. Забележим, но много по-малък принос имат 87 Rb, както и първичните радионуклиди уран-238, уран-235 и торий-232 с техните разпадни продукти които съставят естествената радиоактивна серия. В допълнение, радионуклидите постоянно навлизат в земната повърхност, които се образуват при взаимодействието на космическата радиация с ядрата на атомите на газове и пари, които съставляват горните слоеве на атмосферата. Концентрациите в природните води на някои радионуклиди, които имат значителен принос за радиоактивността на хидросферата, са дадени в таблица 3.

Таблица 3. Средни специфични активности на някои естествени радионуклиди (Bq/l) в природни води

Радионуклид	Дъждовна вода	Езера, реки	подземни води	Пия вода	океанска повърхностна вода
Теригенни радионуклиди
Космогенни радионуклиди

Радиоактивност на подземните води. Подземните води в най-общ смисъл се наричат ​​влага, която запълва кухините на земната кора. От гледна точка на радиоактивността на околната среда, най-голям интерес представлява само тази част от влагата, която се намира в зоната на ерозионните разрези в повърхностните водни тела и участва в общата и вътрешноконтиненталната циркулация на влага.

Обемът на подземните води на земното кълбо достига приблизително 100 милиона km 3 .e. 14 пъти по-малко от обема на водата в океаните и около 8000 пъти повече от обема на атмосферната влага. В циркулацията на радионуклидите в биосферата подземната влага заема по-малко участие от другите води. Така че, ако обемът на влагата в атмосферата се променя на всеки 9 дни, а в повърхностните води на океаните и моретата приблизително на всеки 2000 години, тогава подземните води се променят средно само след 8000 години. В най-горната част на земната кора подземните води обикновено се движат със скорост 1-1000 m / година, а на дълбочина 1000-2000 m.радиоактивност подземна хидросфера радиация

Според условията на възникване подземните води се разделят на почвени, подземни, междупластови. В състава на последните влизат и така наречените минерални води, често характеризиращи се с относително висока радиоактивност. По правило нивото на активност на подземните води зависи от техния химичен състав, който се определя от физикохимични, физикогеографски, геоложки, хидроложки, физични, биологични и изкуствени фактори.

Тъй като почвените води се намират близо до земната повърхност и се образуват от атмосферни валежи, тяхната активност зависи от количеството разтворими радионуклиди, съдържащи се в почвените слоеве. Същото обстоятелство определя и радионуклидния състав на подпочвените води, така се нарича водата, която се натрупва върху първия от повърхността водоустойчив слой скали.

Междупластовите води са натрупвания на водна маса между водоустойчиви слоеве в дебелината на седиментните скали. В случаите, когато процесите на изпарение преобладават над процесите на овлажняване, радиоактивността на почвената вода може да достигне много високи стойности.

Във води, които са дълбоки и силно минерализирани, съдържанието на калий обикновено е повишено. Увеличаването на активността на артезианските води е повече или по-малко успоредно с увеличаването на общата концентрация на съдържащите се в тях соли. Висока концентрация на калий е открита и в минерализираните води на древните палеозойски находища на Беларус.

Радиоактивност на минералните води.Според класификацията, приета в радиохидрогеологията, всички води на радиоактивни минерални извори, в зависимост от преобладаването на един или друг радиоактивен елемент в техния състав, се разделят на три групи: радонови, радиеви и уранови. Освен това има междинни видове води: радон-радиеви и радиево-мезоториеви води. В някои минерални извори концентрацията на радий достига много високи стойности.

Радиоактивност на речната водасе определя главно от 40 K, чието съдържание зависи както от химичния състав на скалите, измити от тези води, така и от редица климатични и метеорологични фактори. По правило повърхностните води (снежни, дъждовни, ледникови и др.) Съдържат сравнително малко количество радиоактивни вещества и следователно по време на пролетното снеготопене или интензивни дъждове, притокът на големи маси вода от този произход в реките се придружава от намаляване на специфичната активност на речната вода. По време на пълноводието общата радиоактивност на водите на реките леко намалява, а през периода на маловодие се повишава.

В някои случаи химическият състав на разтворените вещества в речната вода се променя толкова много през годината, че реката преминава от един клас в друг (естествените води се класифицират на бикарбонатни, сулфатни и хлоридни). Такива резки колебания в химичния състав са придружени от съответните промени в нивото на радиоактивност в реките.

Радиоактивност на езерните води.Активността на водата в езерата е тясно свързана с химичния състав на водата на вливащите се в тях реки и подпочвените води, които ги захранват. По правило има пряка връзка между степента на минерализация и радиоактивността на езерната вода. Езера с ниско ниво на минерализация на водата и ниска активност се намират в Карелия, на полуостров Кола, в северните райони на Сибир. Езерата със средно ниво на минерализация и съответното ниво на активност са разположени главно в района на средната зона на европейската част на Русия и в Сибир.

В случаите, когато езерото се намира в зоната на преовлажняване и притокът на вода надвишава нейното изпарение, има оттичане на вода от езерото. В резултат на такива съотношения активността на езерната вода се различава малко от степента на активност на речната вода и като правило е ниска. Поради превишението на изпарението над притока, от такива езера няма отток, а в тях се натрупват соли и съответно се повишава радиоактивността на водата.

Естествена радиоактивност на морската вода.Основните източници на първични радионуклиди, съдържащи се в океанската вода, са речният отток и хидротермалните потоци от разломните зони на океанската кора. Космическите радионуклиди и значителна част от техногенните навлизат в океана от атмосферата.

Понастоящем калий -40 има най-голям принос за радиоактивността на земната кора и океанските води. Разпадането на ядрата протича в две основни посоки: 89,5% от ядрата излъчват β-частици с максимална енергия от 1,33 MeV, а 10,5% от ядрата изпитват К-захващане, последвано от излъчване на γ-кванти с енергия 1,46 MeV. Специфичната p-активност на земния калий е 28,27±0,05 Bq/kg, а специфичната g-активност на калия е 3,26±0,05 Bq/kg. По този начин калий -40 допринася както за B, така и за r-радиоактивността в околната среда.

От естествените радионуклиди в средната част на периодичната таблица, следващият след калий-40 по специфична активност в океанската вода е рубидий-87, както и свързани с първичните радионуклиди. В естествената смес от изотопи на рубидий, 87 Rb представлява 27,85%, неговият полуживот е 6,5 × 10 10 години. Рубидиевите ядра излъчват бета радиация с максимална енергия 0,394 MeV. Поради ниската скорост на разпадане и относително ниската енергия на излъченото β-лъчение, приносът на този радионуклид към нивото на дозовите натоварвания в околната среда е много незначителен.

Уран.Съставът на естествената смес от уранови изотопи включва уран-234, уран-235 и уран-238. Последните два изотопа са предците на серията актиний и уран, а уран-234 е продукт на разпадане на уран-238.

В речния отток съотношението на уран в суспендирано и разтворено състояние е приблизително еднакво. Основната маса от суспендиран речен уран се отлага в крайбрежната зона, на шелфа и на континенталния склон. Част от него обаче остава в състава на теригенните частици в океанската суспензия, а в повърхностните води има пропорционалност между съдържанието на калциев карбонат в суспензията и концентрацията на суспендиран уран. .

Във водите на моретата и океаните уранът е предимно в разтворена форма под формата на стабилен уранилкарбонатен комплекс 4-.

Радиоактивният баланс между 238 U и 234 U в океанската вода е нарушен поради факта, че 234 U е здраво задържан от кристалната решетка в първоначалните продукти от изветрянето на скалите. Средната стойност на отношението 234 U / 238 U в океанските води е 1,15.

Торий. Торий-232 навлиза в океана с речен отток главно в суспендирано състояние под формата на най-малки теригенни частици, в състава на чиято кристална решетка влиза, а основната му маса се отлага в естуарни зони и на шелфа. В повърхностните води на открития океан, където концентрацията на суспендирани вещества е ниска, суспендираният торий обикновено не надвишава 10-20%.

Източникът на останалите изотопи на торий в океанските води е главно разпадането на изходните радионуклиди. Внасянето на торий-238 и торий-234 с речния отток е незначително поради краткия им живот. Торият претърпява процеси на хидролиза, комплексообразуване, а също и адсорбция върху суспензионни частици. Това определя и значителна промяна в радиоактивното равновесие на торий-230 с уран: океанската вода съдържа само 0,005-0,12% от равновесния торий-230, което показва много бързото му отстраняване от океанските води.

Основната роля в отстраняването на торий-230 от водите на океаните принадлежи на процесите на адсорбция на повърхността на суспендираните частици и тяхното утаяване на дъното, а в повърхностните слоеве - на биогенното извличане. Докато суспензията се движи през водния стълб, делът на суспендиран торий -230 се увеличава. Торий-228 и торий-234, за разлика от торий-230, имат кратък период на полуразпад и основният начин за отстраняването им от океанските води е радиоактивното разпадане.

Времето на престой на тория във водите на океана се изчислява на стотици години. За краткотрайния торий-238 транспортирането на торий-234 със суспендирано вещество води до забележими промени в радиоактивното равновесие с изходния радий-228 и уран-238.

Концентрационните съотношения на суспендирани и разтворени форми на торий-230 и торий-228 са около 0,15-0,20.

Радий. Основният източник на радий, постъпващ във водите на моретата и океаните, са дънните утайки. Ролята на речния отток и образуването във водния стълб в резултат на разпадането на намиращите се там изотопи на уран и торий е незначителна. Периодът на разпадане на радий-226 е 1560 години, а концентрацията на разтворените форми на радий постепенно намалява с намаляване на дълбочината. Продуктът на разпадане на радий-226, благородният газ радон-222, е силно разтворим във вода и тъй като има сравнително кратък полуживот, вертикалният профил на концентрацията му в океана до голяма степен следва този на радия. Разпадните продукти на радон-222 - полоний-218, олово-214 и бисмут-214 - имат кратък полуживот. Те допринасят за b-, c- и g-радиоактивността на морската вода, тъй като практически са в състояние на радиоактивно равновесие с радон-222. Олово-210 вече има доста дълъг полуживот и поведението му в морската среда се определя от комбинация от процеси на сорбция и десорбция, подобни на тези, разгледани по-горе за изотопи на торий.

Радият в морските води е предимно в катионна форма, а океанските води са недостатъчно наситени с неговите най-умерено разтворими съединения. Незначителната роля на биотата в свързването на радия се потвърждава от липсата на корелация между концентрацията на радий и съдържанието на органични вещества в суспендираната материя, както и от малката част на радия, свързана с планктонни организми. Крайбрежните и дънните води са най-обогатени на радий-228. Поради интензивен обмен в повърхностните слоеве, той се транспортира до централните райони на океаните по адвективни и дифузионни пътища, като в процеса на този трансфер концентрацията му намалява.

Максималните концентрации на радий-238 се наблюдават в областта на пикноклина (слой от водния стълб, в който настъпва рязка промяна в плътността), което е свързано с бавен обмен на повърхностни води с подлежащите. В естествените слоеве радий-228, идващ от дънните седименти, дифундира в горните слоеве вода в съответствие с интензивността на протичащите тук процеси на вертикален обмен и неговите забележими концентрации се намират на разстояния до 1-1,5 km от дъното.

Радон.Всички изотопи на благородния газ радон са продукти на разпадане на съответните изотопи на радия. Най-дълголетният от тях е радон-222.

Радонът в океана се образува главно в резултат на разпадането на радий и поради краткия си период на полуразпад е в равновесие с радий-226. Част от радона идва от дънните седименти и концентрацията му в дънните слоеве на водата може да надвишава равновесната стойност няколко пъти. В повърхностните води на открития океан определена част от радона излиза от океана в атмосферата, а дефицитът на радон в смесения слой може да достигне половината от равновесната концентрация с радий. Влиянието на радонови потоци през интерфейсите засяга само тясна зона в близост до интерфейса. Отстраняването му от океана се дължи главно на радиоактивен разпад.

Олово-210.Основният му източник в океана е разпадането на родителския радий-226. Идва от речния отток и от атмосферата. Разпределението на оловните изотопи в океана е до голяма степен свързано със суспендираните вещества. Времето на престой на оловото във водния стълб на океаните е 50-100 години, така че две трети от оловото-210 могат да бъдат отстранени от океанските води в резултат на радиоактивен разпад, а останалата част - в резултат на гравитационно утаяване върху суспензия и адсорбция от дънни утайки.

В повърхностните слоеве на морската вода съдържанието на олово-210 обикновено надвишава равновесната стойност с радий-226, което е следствие от навлизането му от атмосферата. Тази система е нарушена в райони с ниска атмосферна доставка на олово-210 и високо съдържание на суспендирани вещества.

С дълбочината съотношението на активността на олово-210 към активността на радий-226 намалява и, започвайки от няколкостотин метра, става по-малко от единица. Въпреки това, в райони с ниска биологична активност, равновесието между олово-210 и радий-226 може да се поддържа до значителни дълбочини. В дълбоките слоеве концентрацията на олово-210 може да се различава от равновесието с радий-226 с фактор два или повече. С наближаването на дъното съотношението на активността на олово-210 и радий-226 бързо намалява до минималните стойности. Влиянието на тези процеси, дължащо се на вертикално смесване, се отразява само в рамките на 1000 m над повърхността на дъното.

полоний.Полоний-210 е продукт на разпадане на олово-210, което е основният източник на полоний-210 в океана. Приносът на речния отток и атмосферата е незначителен.

Полоният в океана е до голяма степен свързан със суспендирана материя. В горния смесен слой съотношението на активностите на полоний-210 и олово-210 почти винаги е по-малко от единица. Това се дължи на факта, че времето на престой на полоний-210 в повърхностния слой е по-малко от това на олово-210, възлизащо на 0,6 години за водите на Атлантическия и Тихия океан.

Под повърхностния слой съотношението на полоний-210 към олово-210 бързо се увеличава до равновесна стойност и впоследствие се колебае с дълбочина, оставайки малко по-ниско от средното единица. Има увеличение с дълбочина в концентрацията на суспендиран полоний-210 спрямо олово-210, което показва по-бързо отстраняване на полоний-210 от дълбоките води.

космогенни радионуклиди.Космогенните радионуклиди, идващи от атмосферата, се включват в циклите на съответните елементи в океана. Поради наличието на вариации по ширина в разпределението на космогенните радионуклиди в ниските слоеве на атмосферата, подобен ефект за тритий, берилий-7 и въглерод-14 се наблюдава в повърхностните води на океаните.

Радионуклидите, изпуснати на повърхността на океана, се разпространяват в долните слоеве вода. В този случай дълбочината на тяхното проникване се определя (в допълнение към процесите на вертикален обмен, общи за всички радиоактивни изотопи на различни елементи) от скоростта на радиоактивен разпад, от която зависи и времето за установяване на стационарно вертикално разпределение.

Тритийпод формата на молекули HTO е неразделна част от водата, а малка част от него е част от органичното вещество (съдържанието на органично вещество в повърхностните води е около 1 mg/l). Преди началото на ядрената ера, съотношението на концентрациите на тритий и протий в природните води е било 1:10 18 . След това започна да навлиза в естествени води в резултат на тестове на ядрено оръжие и дейността на предприятията от ядрения горивен цикъл.

В смесения слой концентрацията на тритий се променя малко, след това има слой с рязък градиент и след това с увеличаване на дълбочината се наблюдава постепенно намаляване на концентрацията. Хоризонталните трансферни ефекти могат да бъдат насложени върху такава обща картина. Във високите географски ширини на Северния Атлантик се наблюдават повишени концентрации на тритий в дълбоките слоеве, което се свързва с бързото потъване на водите.

Берилий-7навлиза в океана от атмосферата, главно с валежи. Поради краткия си полуживот, той се намира главно в смесения слой на пикнолина. При свръхниски концентрации във водни разтвори берилият очевидно се адсорбира доста лесно върху повърхността на суспендираните частици. Коефициентът на концентрация на берилий от морските организми достига 10 3 .

Въглерод-14(под формата на 14 CO 2) навлиза в океана в процеса на обмен на въглероден диоксид с атмосферата. В океана той е включен в въглеродната система, състояща се от разтворен и суспендиран органичен въглерод, карбонатната система и суспендираните карбонати. По-голямата част от въглерода в една или друга форма е в разтвор. Така органичният суспендиран въглерод в повърхностните слоеве е само няколко процента от разтворения, с дълбочина този дял намалява. Съдържанието на неорганичен разтворен въглерод (?CO 2) в океана е около 90-105 mg/l и следователно за въглерода (по отношение на CO 2) в състава на калциевите и магнезиевите карбонати в повърхностната океанска суспензия, това е няколко десети от процента или по-малко. Тази пропорция намалява с дълбочината поради разтварянето на карбонатите в процеса на утаяване на суспендирания материал. Сравнението на съдържанието на неорганичен и органичен въглерод в разтвор показва, че съдържанието на органична материя съдържа около 30 пъти по-малко въглерод. Много малка част от радиоактивния въглерод в океанските води може да е в суспензия. Поради дългия полуживот на въглерод-14, космогенният радиовъглерод е сравнително равномерно разпределен в океанските води в дълбочина. Значителни количества въглерод-14, идващи от ядрени експлозии, са довели до голямо увеличение на концентрацията в повърхностните слоеве и големи концентрационни градиенти в горния 1000-метров слой на Тихия океан.

Силиций-32в океана е предимно в разтворена форма. Филтрирането през мембранни филтри с диаметър на порите 0,45 μm показа, че по-малко от 10% силиций е в суспензия в повърхностните води на Тихия и Атлантическия океан. Тази стойност намалява с дълбочината. По-голямата част от силиций-32, навлизащ в океана от атмосферата, трябва да бъде в разтворена форма.

2.2 ИЗКУСТВЕНА РАДИОАКТИВНОСТ НА ХИДРОСФЕРАТА

Историята на радиоактивното замърсяване на околната среда започва с пускането на заводи за преработка на уран и първите реактори в Ханфорд на река Колумбия (САЩ). До 1971 г. там са работили 8 реактора. Течните отпадъци с ниска активност се разреждат с вода до специфична активност от около 4 Bq/l и се изхвърлят в реката. Отпадъците с по-висока активност се съхраняват в специални контейнери до разпадането на краткоживеещите радионуклиди.

През 1958 г. 7×10 15 Bq радиоактивни отпадъци са изхвърлени в реките на САЩ. В резултат на многогодишното изхвърляне на изкуствени радионуклиди в реките, в техните устия са се образували обширни площи с повишена техногенна радиоактивност.

Различните радионуклиди се държат по различен начин по отношение на суспендираните вещества и утайките на речното дъно. Стронций-90 образува предимно разтворими форми и лесно се транспортира от водни маси на големи разстояния. Радиоактивните изотопи на цезия могат да се адсорбират върху глинестите съставки на почвата и речната суспензия, което значително усложнява миграцията му с речни води, богати на суспендирани вещества. Тази фундаментална разлика в поведението на цезий-137 и стронций-90 беше ясно демонстрирана от многобройни изследвания на техногенната радиоактивност на Дунав и Днепър, проведени след аварията в Чернобил.

Водите на река Дунав съставляват около 60% от вливането на реката в Черно море, а басейнът й е почти половината от територията на Западна Европа. Следователно Дунав в момента е най-значимият източник на изкуствена радиоактивност в Черно море. Характерна особеност на река Дунав е високото съдържание на суспензия. .

В момента Днепър в средното и долното течение е система от резервоари. Дебитите на Днепър са ниски, движението на водните маси от горното течение до устието отнема около година. В резултат на това се създават идеални условия за свързване на разтворените компоненти със суспендирани вещества и навлизането им в дънните утайки на каскадата на Днепър. Около 94% от суспендираните вещества се утаяват в резервоара и само 6% достигат следващия резервоар. Скоростта на пренос на 90 Sr с водите на Днепър е значително по-висока от тази на 137 Cs.

Радиоактивното замърсяване на морската среда придоби глобален характер с началото на изпитанията на ядрени оръжия. Повече от 350 боеприпаса бяха тествани над земята и в океана, включително 2 подводни експлозии, 11 над открития океан. 113 - над или на коралови острови, 79 - на арктически острови.

Продуктите от ядрените експлозии се издигнаха на големи височини в стратосферата и се разпространиха по цялото земно кълбо. Изкуствените радионуклиди от стратосферния резервоар, където са попаднали по време на тестове в атмосферата, на повърхността на Земята или океана, продължават да навлизат на повърхността на сушата и океана с атмосферни отлагания. Радионуклидите, влизащи в земната повърхност, която е водосборният басейн на реките, също могат да навлязат в океана с речни води.

Океанът представлява около 70% от повърхността на Земята, директни отлагания върху повърхността на океана, създадени в края на 50-те и началото на 60-те години. от миналия век, забележими нива на изкуствена радиоактивност в повърхностните слоеве на морската вода.

Процесите на биогеохимична седиментация доведоха до доста бързо отстраняване на много радионуклиди от повърхностните слоеве на морската вода през целия воден стълб до дъното. Разпределението на продуктите на делене, идващи от стратосферния резервоар към земната повърхност, е неравномерно и максималното изхвърляне се наблюдава при 40-50 градуса северна ширина. Екваторът се оказа важна бариера, предотвратяваща проникването на значителна част от радионуклидите от северното полукълбо, където бяха проведени повечето тестове, в южното.

Реките носят разтворени и суспендирани форми на радионуклиди в океана, събрани от совите в този басейн. На границата настъпват геохимични трансформации, свързани с рязка промяна на тази бариера на много хидрохимични параметри: pH, температура, соленост, редокс потенциал. В резултат на това редица радионуклиди, присъстващи в речните води в разтворена форма, отиват на дъното в зоната на изместване на пресни и морски води.

Поведението на изкуствените радионуклиди, навлизащи в океана, и тяхното разпространение в океана се определят от техните физични и химични свойства, включително способността им да хидролизират, афинитет към суспендирана материя и участие в биогеохимични процеси. Важна характеристика на поведението на много радионуклиди в морската среда е свързана с тяхното взаимодействие с органични вещества за образуване на сложни съединения. Повърхността на океана е покрита с най-тънкия микрослой, съдържащ повърхностно активни вещества, където са концентрирани много микроелементи.

Постоянно образуваните въздушни мехурчета в подповърхностния слой се пукат, издигайки се на повърхността и този процес води до отстраняване на повърхността не само на основните йони от солния състав на океанската вода, но също така, с по-голяма ефективност, йони на много микроелементи от повърхностния микрослой. В резултат на това морските аерозоли са обогатени с микроелементи спрямо основните компоненти на морската сол. В такива процеси могат да участват и радионуклиди.

Около 80% от плутония, изхвърлен в разтворена форма от европейските съоръжения за преработка на ядрено гориво, беше отстранен чрез утаяване, преди водните маси да достигнат Баренцово и Гренландско море.

В повърхностните води на открития океан суспендираната фаза съдържа 12-35% плутоний, а в подпочвените води около 6% плутоний. Основният източник на плутоний-239 240 в океанските води са глобалните отпадъци, а източникът на плутоний-238 са европейските предприятия за преработка на ядрено гориво. Значителна роля в замърсяването на околната среда с плутоний-238 изиграха аварии на космически кораби с атомни електроцентрали.

2.3 АКТИНИДИ В ХИДРОСФЕРАТА

Във водните системи актинидите се характеризират с редица степени на окисление от +3 до +6. +5+6 степени на окисление съответстват на ограничени и термодинамично стабилни линейни диоксокации. Поради пространствени пречки, координационните числа на петвалентните и шествалентните актиниди във водни разтвори са съответно 4 и 6. За An 3+ и An 4+ координационните числа могат да варират от 6 до 12.

Торият в разтвор е изключително четиривалентен. Най-характерната степен на окисление на урана е +6. За нептуний и протактиний петвалентното състояние е най-типично; нептуният може да бъде окислен или редуциран съответно до шест- и четиривалентни състояния. Америцият и кюриумът показват само едно състояние на окисление, +3, при околни условия. Плутоният проявява най-голямо разнообразие от степени на окисление: при естествени условия, очевидно, могат да съществуват четири степени на окисление от +3 до +6.

Във водни разтвори актинидите във всички степени на окисление проявяват свойствата на типични "твърди" киселини, което определя електростатичния характер на тяхното взаимодействие с аниони и преференциално свързване с кислородсъдържащи лиганди. В природните води поведението на актинидите се определя от реакциите на хидролиза и образуване на комплекси, главно с карбонатни йони.

Хидролизата на четиривалентните актиниди започва в кисели разтвори, докато за петвалентните актиниди е незначителна до рН 9. Плутоният, сорбиран върху повърхността на суспендираните частици, е в редуцирана форма (+4). В крайбрежните дънни седименти и почви плутоният се свързва главно с хуминови киселини с относително високо молекулно тегло и леки фулвинови киселини. .

Времето на престой на плутония във водния стълб варира в широки граници - от десетки дни в крайбрежни води, богати на суспензия, до десетки години в открития океан.

В затворени водоеми, както и в крайбрежни райони, богати на суспендирани вещества, може да настъпи промяна в степента на окисление на плутония. Редукцията на плутоний може да се случи и под действието на сероводород, което се наблюдава по-специално в Черно море, където сероводородът се намира навсякъде на дълбочина над 100 метра, и в норвежките фиорди. .

За разделяне на плутоний в по-високи и по-ниски степени на окисление са използвани разлики в степента на сорбция на лантанов трифлуорид. За да контролираме химическия добив, използвахме два изотопни етикета, въведени в различни химични форми. Плутоният проявява консервативно поведение в морската вода, което се дължи на неговото окислено състояние.

1. Времето на престой на плутония във водния стълб варира в широки граници - от десетки дни в крайбрежни води, богати на суспензия, до десетки години в открития океан.

2. Поведението на изкуствените радионуклиди, навлизащи в океана, и тяхното разпространение в океана се определят от техните физични и химични свойства, включително способността за хидролиза, афинитет към суспендирана материя, участие в биогеохимични процеси.

3. Изкуствените радионуклиди от стратосферния резервоар, където са попаднали по време на тестове в атмосферата, на повърхността на Земята или океана, продължават да навлизат на повърхността на сушата и океана с атмосферни отлагания.

4. Различните радионуклиди се държат различно по отношение на суспендираните вещества и утайките на речното дъно.

5.Радиоактивност- това е спонтанното разпадане на атомните ядра на материята с излъчване на ядрена радиация: b-частици (хелиеви ядра), b-частици (електрони) и g-кванти.

6. Изкуствените радионуклиди навлизат в околната среда в резултат на тестове на ядрени оръжия, ядрени експлозии, извършвани за мирни цели, както и дейността на предприятията от ядрения горивен цикъл.

7. Замърсяването на водата се проявява в промяна на техните физични и органолептични свойства (нарушаване на прозрачността, цвета, мириса, вкуса), увеличаване на съдържанието на соли (сулфати, хлориди, нитрати и др.), токсични тежки метали, а намаляване на съдържанието на разтворен във вода кислород, увеличаване на съдържанието на радионуклиди, патогенни бактерии и други замърсители.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Перцов Л.А. Йонизиращо лъчение на биосферата.- М.: Атомиздат, 1973.228 с.

2. Попов Н.И., Федоров К.Н., Орлов В.М. Морска вода. - Наука, 1979.327 с.

3. Виноградов А.П. Въведение в геохимията на океана. -М .: Наука, 1967. 215 с.

4. Батраков Г. Ф., Еремеев В. Н., Земляной А. Радиоактивни изотопи в океанографските изследвания - Киев: Наукова думка, 1979. 180 с.

5. Громов В.В., Москвин А.И. Сапожников Ю.А. Техногенна радиоактивност на Световния океан. - М: Енергоатомиздат, 1985. 272 ​​с.

6. Гедеонов Л.И., Гритченко З.Г., Иванова Л.М., Орлова Т.Е., Тишков В.П., Топорков В.П., Прокопенко В.Ф. Радионуклиди на стронций и цезий в долното течение на река Дунав през 1985-1990 г. -Атомна енергия, 1993, т.74, № 1, с.58.

7. Сапожников Ю.А., Алиев Р.А., Калмиков С.Н. Радиоактивност на околната среда. М: БИНОМ. Лаборатория на знанието, 2006 -- 286 s:

8. Голицин А.Н. Индустриална екология и мониторинг на замърсяването на околната среда: Учебник. Издател: ОНИКС, 2010 г. - 335 с.

9. Еремин В.Г., Сафонов В.Г. Екологични основи на управлението на природата. М. 2002 г. - 220 с.

10. Снакин, В.В. Екология и опазване на природата: Речник-справочник. / Ед. акад. А.Л. Яншин. - М.: Академия, 2000. - 384 с.

11. Жуков А. И., Монгаит И. Л., Родзилер И. Д. Методи за почистване

промишлени отпадъчни води М.: Стройиздат. 1991. - 204 с.

12. Повякало А. Д., Шангарев И. Р. Екологични проблеми на нашето време - М.: Квота, 2001. - 228 с.

13. Учебник за ВУЗ: "ЕКОЛОГИЯ" / N.I.Nikolaikin, N.E.Nikolaikina, O.P.Melekhova. - 2-ро изд., преработено. и допълнителни - М .: Bustard, 2003. - 624 с.

Хоствано на Allbest.ru

Подобни документи

Концепцията за радиация и радиоактивност, нейните видове и причини. Категория предмети от бита, които излъчват радиация, макар и в допустими граници. Ефекти на радиоактивността върху живите организми. Ефектите на радиацията върху хората.

резюме, добавено на 13.03.2017 г


Характеристики на действащите атомни електроцентрали в Германия: местоположение, брой енергийни блокове, видове реактори, електрическа мощност. Принципи на изграждане на система за мониторинг на радиоактивността на околната среда, замърсяването на земната повърхност и водите.

резюме, добавено на 14.12.2016 г


Прилагане на основни методи за пречистване на водата за отстраняване на радиоактивността. Процесът на сорбция от водни разтвори. Произход на естествените сорбенти. Регенериране на йонообменни смоли. Основни изисквания към анионообменниците, използвани за пречистване на отпадъчни води.

курсова работа, добавена на 17.04.2014 г


курсова работа, добавена на 03.11.2011 г


Образуването на радиоактивни отпадъци (РАО), проблемите с тяхното третиране и погребване. Биологичният ефект на йонизиращите лъчения и основните методи за защита срещу тях. Мерни единици за радиоактивност и радиационни дози. Осигуряване безопасността на хранилищата за радиоактивни отпадъци.

резюме, добавено на 17.05.2010 г


Методи и средства за регистриране на радиоактивни лъчения (фотографски, йонизационни, луминесцентни). Радиометрични полета на нефтени и газоносни райони. Характеристики на радиоактивните лъчения, уреди за тяхното измерване. Метод на биологична дозиметрия.

презентация, добавена на 02/10/2014


Източници на радиоактивно замърсяване на обекти на околната среда от естествени радиоактивни елементи. Примери за региони с високо съдържание на естествени радиоактивни елементи на земното кълбо. Радиоактивни аномалии в седиментните слоеве, техните причини.

презентация, добавена на 02/10/2014


Общи понятия за ядрени реактори, ядрена енергетика и екология. Мерни единици, използвани в радиационната екология на човека. Токсичност на радионуклидите и начини на тяхното навлизане в човешкия организъм, натрупване в храната и храната за животни.

курсова работа, добавена на 18.04.2011 г


Радиоактивни отпадъци в СХЦ. Промишлени и аварийни изпускания на радиоактивност в СКХ. злополуки. Томска катастрофа, 6 април 1993 г. Ролята на средствата за масово осведомяване в отразяването на последствията от аварията.

резюме, добавено на 05.10.2006


Историята на откриването на явлението ядрено делене на уран-235 под въздействието на топлинни неутрони. Характеристики и причини за образуване на радионуклиди в природата. Концепцията за естествените ядрени реактори. Анализ на разположението на сондажи в находището Богомбо (Габон).

Изкуствената радиоактивност е открита от съпрузите Ирен (1897–1956) и Фредерик (1900–1958) Жолио-Кюри. На 15 януари 1934 г. тяхната бележка е представена от J. Perrin на заседание на Парижката академия на науките. Ирен и Фредерик успяха да установят, че след бомбардиране с алфа частици някои леки елементи - магнезий, бор, алуминий - излъчват позитрони. Освен това те се опитаха да установят механизма на това излъчване, което се различаваше по характер от всички случаи на ядрени трансформации, известни по това време. Учените поставили източник на алфа частици (полониев препарат) на разстояние един милиметър от алуминиевото фолио. След това я излагат на радиация за около десет минути. Броячът на Geiger-Muller показа, че фолиото излъчва радиация, чийто интензитет пада експоненциално с времето с период на полуразпад от 3 минути 15 секунди. При експерименти с бор и магнезий полуживотът е съответно 14 и 2,5 минути. Но при експерименти с водород, литий, въглерод, берилий, азот, кислород, флуор, натрий, калций, никел и сребро не са открити подобни явления. Въпреки това, Жолио-Кюри заключават, че радиацията, причинена от бомбардирането на алуминиеви, магнезиеви и борни атоми, не може да се обясни с наличието на примеси в полониевия препарат. „Анализът на излъчването на бор и алуминий в облачна камера показа“, пишат К. Манолов и В. Тютюнник в своята книга „Биография на атома“, „че това е поток от позитрони. Стана ясно, че учените имат работа с нов феномен, който значително се различава от всички известни случаи на ядрени трансформации. Познатите досега ядрени реакции са от експлозивен характер, докато излъчването на положителни електрони от определени леки елементи, облъчени с полониеви алфа-лъчи, продължава известно повече или по-малко дълго време след отстраняването на източника на алфа-лъчи. При бора например това време достига половин час. Жолио-Кюри стигат до извода, че тук става дума за реална радиоактивност, проявяваща се в излъчването на позитрон. Необходими бяха нови доказателства и преди всичко трябваше да се изолира съответният радиоактивен изотоп. Въз основа на изследванията на Ръдърфорд и Кокрофт, Ирен и Фредерик Жолио-Кюри успяват да установят какво се случва с алуминиевите атоми, когато бъдат бомбардирани с полониеви алфа частици. Първо, алфа частиците се улавят от ядрото на алуминиев атом, чийто положителен заряд се увеличава с две единици, в резултат на което се превръща в ядро ​​на радиоактивен фосфорен атом, наречен от учените радиофосфор. Този процес е придружен от излъчване на един неутрон, поради което масата на получения изотоп се увеличава не с четири, а с три единици и става равна на 30. Стабилният изотоп на фосфора има маса 31. "Радиофосфор" с заряд от 15 и маса от 30 се разпада с период на полуразпад от 3 минути 15 секунди, излъчвайки един позитрон и превръщайки се в стабилен изотоп на силиций. Единственото и неоспоримо доказателство, че алуминият се превръща във фосфор и след това в силиций със заряд 14 и маса 30, може да бъде само изолирането на тези елементи и идентифицирането им чрез характерните за тях качествени химични реакции. За всеки химик, работещ със стабилни съединения, това беше лесна задача, но за Ирен и Фредерик ситуацията беше напълно различна: получените от тях фосфорни атоми издържаха малко повече от три минути. Химиците имат много методи за откриване на този елемент, но всички те изискват продължителни определяния. Следователно мнението на химиците беше единодушно: невъзможно е да се идентифицира фосфорът за толкова кратко време. Жолио-Кюри обаче не признават думата „невъзможно“. И въпреки че тази „неразрешима“ задача изискваше преумора, напрежение, виртуозна сръчност и безкрайно търпение, тя беше решена. Въпреки изключително ниския добив на продукти от ядрени трансформации и абсолютно незначителната маса на веществото, претърпяло трансформацията - само няколко милиона атома, беше възможно да се установят химичните свойства на получения радиоактивен фосфор. Откриването на изкуствената радиоактивност веднага се смята за едно от най-големите открития на века. Преди това радиоактивността, присъща на някои елементи, не можеше да бъде причинена, унищожена или по някакъв начин променена от човека. Жолио-Кюри са първите, които изкуствено предизвикват радиоактивност чрез получаване на нови радиоактивни изотопи. Учените предвидиха голямото теоретично значение на това откритие и възможността за практическите му приложения в областта на биологията и медицината. Още на следващата година откривателите на изкуствената радиоактивност Ирен и Фредерик Жолио-Кюри получават Нобелова награда за химия. Продължавайки тези изследвания, италианският учен Ферми показа, че неутронната бомбардировка предизвиква изкуствена радиоактивност в тежките метали. Енрико Ферми (1901–1954) е роден в Рим. Още като дете Енрико проявява големи способности към математиката и физиката. Неговите изключителни познания в тези науки, придобити главно в резултат на самообразование, му позволяват да получи стипендия през 1918 г. и да влезе във Висшето нормално училище към университета в Пиза. Тогава Енрико получава временна позиция като учител по математика за химици в Римския университет. През 1923 г. заминава на командировка в Германия, в Гьотинген, при Макс Борн. След завръщането си в Италия Ферми работи от януари 1925 г. до есента на 1926 г. във Флорентинския университет. Тук той получава първата си степен „свободен доцент“ и най-важното – създава знаменития си труд по квантова статистика. През декември 1926 г. той заема длъжността професор в новосъздадената катедра по теоретична физика в Римския университет. Тук той организира екип от млади физици: Расети, Амалди, Сегре, Понтекорво и други, които съставляват италианската школа по съвременна физика. Когато през 1927 г. в Римския университет е създадена първата катедра по теоретична физика, Ферми, който успява да спечели международен престиж, е избран за неин ръководител. Тук, в столицата на Италия, Ферми обединява около себе си няколко изтъкнати учени и основава първото в страната училище по съвременна физика. В международните научни среди започва да се нарича групата на Ферми. Две години по-късно Ферми е назначен от Бенито Мусолини на почетната позиция на член на новосъздадената Кралска академия на Италия. През 1938 г. Ферми е удостоен с Нобелова награда по физика. В решението на Нобеловия комитет се посочва, че наградата се присъжда на Ферми „за неговите доказателства за съществуването на нови радиоактивни елементи, получени чрез облъчване с неутрони, и откриването на ядрени реакции, причинени от бавни неутрони във връзка с това“. Енрико Ферми научава за изкуствената радиоактивност веднага, през пролетта на 1934 г., веднага след като Жолио-Кюри публикува резултатите си. Ферми решава да повтори експериментите на Жолио-Кюри, но тръгва по съвсем различен начин, използвайки неутрони като бомбардиращи частици. По-късно Ферми обяснява причините за недоверието на неутроните от страна на други физици и собственото си щастливо предположение: „Използването на неутрони като бомбардиращи частици страда от недостатък: броят на неутроните, които могат да бъдат практически изхвърлени, е неизмеримо по-малък от броя на алфа частиците, получени от радиоактивни източници, или броя на протоните и дейтроните, ускорени в устройства с високо напрежение. Но този недостатък отчасти се компенсира от по-голямата ефективност на неутроните при извършване на изкуствени ядрени трансформации.Неутроните имат и друго предимство. Те са много способни да причиняват ядрени трансформации. Броят на елементите, които могат да бъдат активирани от неутрони, далеч надхвърля броя на елементите, които могат да бъдат активирани от други видове частици. През пролетта на 1934 г. Ферми започва да облъчва елементи с неутрони. „Неутронните оръдия“ на Ферми бяха малки тръбички с дължина няколко сантиметра. Те бяха пълни със "смес" от фино диспергиран берилиев прах и излъчване на радий. Ето как Ферми описва един от тези източници на неутрони: „Това беше стъклена тръба с размер само 1,5 см... в която имаше зърна берилий; преди запояване на тръбата е необходимо да се въведе в нея определено количество излъчване на радий. Алфа частиците, излъчвани от радон, се сблъскват в големи количества с берилиеви атоми и дават неутрони ... Експериментът се провежда по следния начин. В непосредствена близост до източника на неутрони се поставя плоча от алуминий, или желязо, или най-общо от елемента, който се желае да се изследва, и се оставя за няколко минути, часове или дни (в зависимост от конкретния случай). ). Неутроните, излъчени от източника, се сблъскват с ядрата на материята. В този случай протичат много ядрени реакции от най-различен тип ... ”Как изглеждаше всичко това на практика? Изследваната проба беше подложена на интензивно излагане на неутронно облъчване за определено време, след което един от служителите на Fermi буквално пусна пробата до брояч на Geiger-Muller, разположен в друга лаборатория, и записа импулсите на брояча. В крайна сметка много нови изкуствени радиоизотопи бяха с кратък живот. В първото съобщение от 25 март 1934 г. Ферми съобщава, че чрез бомбардиране на алуминий и флуор е получил натриеви и азотни изотопи, които излъчват електрони (а не позитрони, както при Жолио-Кюри). Методът на неутронно бомбардиране се оказва много ефективен и Ферми пише, че тази висока ефективност на делене "напълно компенсира слабостта на съществуващите източници на неутрони в сравнение с източниците на алфа частици и протони". Всъщност се знаеше много. Неутроните удрят ядрото на атома с обвивка, превръщайки го в нестабилен изотоп, който спонтанно се разпада и излъчва. В това излъчване се криеше неизвестното: някои от изкуствено получените изотопи излъчваха бета-лъчи, други - гама-лъчи, а трети - алфа-частици. Всеки ден броят на изкуствено произведените радиоактивни изотопи нараства. Всяка нова ядрена реакция трябваше да бъде осмислена, за да се разберат сложните трансформации на атомите.За всяка реакция беше необходимо да се установи природата на излъчването, защото само познавайки това, човек можеше да си представи схемата на радиоактивния разпад и да предскаже елемента това би бил крайният резултат. После дойде ред на химиците. Те трябваше да идентифицират получените атоми. Това също отне време. Ферми бомбардира флуор, алуминий, силиций, фосфор, хлор, желязо, кобалт, сребро и йод със своя "неутронен пистолет". Всички тези елементи бяха активирани и в много случаи Ферми можеше да посочи химическата природа на получения радиоактивен елемент. Той успява да активира 47 от 68 елемента, изследвани по този метод. Окуражен от успеха, той, в сътрудничество с Ф. Разети и О. Дагостино, предприема неутронно бомбардиране на тежки елементи: торий и уран. „Експериментите показаха, че и двата елемента, предварително пречистени от обичайните активни примеси, могат да бъдат силно активирани, когато са бомбардирани с неутрони.“ На 22 октомври 1934 г. Ферми прави фундаментално откритие. Като постави парафинов клин между източника на неутрони и активирания сребърен цилиндър, Ферми забеляза, че клинът не намалява неутронната активност, а леко я увеличава. Ферми заключи, че този ефект очевидно се дължи на наличието на водород в парафина и реши да тества как голям брой съдържащи водород елементи биха повлияли на активността на разделяне. След като проведе експеримента първо с парафин, а след това с вода, Ферми заяви стотици пъти увеличение на активността. Експериментите на Ферми разкриват огромната ефективност на бавните неутрони. Но в допълнение към забележителните експериментални резултати, през същата година Ферми постига забележителни теоретични постижения. Още в декемврийския брой от 1933 г. неговите предварителни мисли за бета-разпада са публикувани в италианско научно списание. В началото на 1934 г. е публикувана неговата класическа статия „Върху теорията на бета лъчите“. Резюмето на статията от автора гласи: „Предложена е количествена теория за бета-разпадане, основана на съществуването на неутрино: в този случай излъчването на електрони и неутрино се разглежда по аналогия с излъчването на светлинен квант от възбуден атом в теорията на радиацията. Формулите се извличат от времето на живот на ядрото и за формата на непрекъснатия спектър на бета лъчите; получените формули се сравняват с експеримента. Ферми в тази теория дава живот на хипотезата за неутрино и протон-неутронния модел на ядрото, като приема и хипотезата за изотоничен спин, предложена от Хайзенберг за този модел. Въз основа на идеите, изразени от Ферми, Хидеки Юкава предсказва през 1935 г. съществуването на нова елементарна частица, сега известна като пи-мезон или пион. Коментирайки теорията на Ферми, Ф. Разети пише: „Теорията, която той изгради на тази основа, се оказа способна да издържи почти непроменена две и половина десетилетия на революционното развитие на ядрената физика. Може да се отбележи, че физическата теория рядко се ражда в такава окончателна форма.

Радиоактивността е. способността на ядрата на атомите на някои химични елементи спонтанно да се трансформират в ядра на други химични елементи с освобождаване на енергия под формата на радиация. Веществата, които съществуват в природата, се наричат ​​естествено радиоактивни, докато тези, които са придобили това свойство по изкуствен път, се наричат ​​изкуствено радиоактивни. Явлението радиоактивност е открито през 1896 г. от френския физик А. Бекерел при изследване на фосфоресценцията на уранови соли. При спонтанен разпад на уранови соли, който не зависи от външни причини, се излъчват лъчи, подобни на рентгеновите: те проникват през непрозрачни вещества, осветяват фотохартия, йонизирани газове и засягат живи тъкани. През 1898г Мария Склодовска-Кюри открива радиоактивността на тория. Тя също показа, че урановата руда е по-радиоактивна от чистия уран. Мария и Пиер Кюри предполагат, че урановите соли съдържат примеси от други радиоактивни вещества, те се оказват полоний и радий.

Емисиите от естествено радиоактивни елементи, както е показано от английския физик Е. Ръдърфорд (1911 г.), имат различни физични свойства. Част от лъчите в електрическо поле се отклонява към отрицателно зареден проводник, което показва техния положителен заряд; те бяха наречени ά-лъчи. Другата част от лъчите се отклонява към положително заредения проводник. Тези отрицателно заредени лъчи се наричат ​​β-лъчи. Електрически неутралните лъчи, които не се отклоняват в електрическо поле, се наричат ​​γ-лъчи.

Изследването на същността на естествения радиоактивен разпад доведе Е. Ръдърфорд до заключението за възможността за изкуствено делене на ядрата. През 1919 г., когато бомбардира ядрото на азотен атом с ά-частици, той нокаутира положително заредена частица, протон, от него. В същото време се образува нов химичен елемент - кислород.

През 1932 г. се появяват данни за съществуването в ядрото на атомите, заедно с протоните, неутрони, подобни по размер на тях. Съветските физици Д. Д. Яненко, Е. Г. Гапон и немският физик Голдхабер разработиха теория за протонно-неутропната структура на атомното ядро. Английският физик Чадуик открива неутрона през 1933 г. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, когато са бомбардирани с ά-частици от алуминий, бор, магнезий, заедно с неутрони, са получили позитрон. Освен това позитроните се излъчват дори след прекратяване на облъчването на алуминий, т.е. за първи път радиоактивни елементи са получени изкуствено.

2713А1 +42 ά→10n + 3015P→ e+ + 3014Si

Първият генератор на неутрони, които се образуват в ускорителя на тежки заредени частици (циклотрон), е проектиран през 1936 г. от Лорънс.

През 1940 г. съветските физици Г. Н. Флеров и К. А. Петржак откриват явлението на спонтанно делене на уранови ядра на големи фрагменти с освобождаване на 2-3 свободни неутрона, което от своя страна причинява делене на други ядра с освобождаване на нови неутрони, и др. Показана е възможността за верижна реакция, която може да се използва за облъчване на стабилни химични елементи с неутрони и превръщането им в радиоактивни. За разлика от a-частиците, неутроните, като електрически неутрални, лесно проникват в ядрата на атомите, прехвърляйки ги във възбудено състояние.

През 1942 г. в САЩ италианският физик Е. Ферми за първи път получава на практика верижна реакция, създавайки работещ атомен реактор. Разработването на първите образци на атомно оръжие датира от времето на Втората световна война. Използван е от САЩ през 1945 г. по време на бомбардировките на японските градове Хирошима и Нагасаки. През 1954 г. в СССР започва промишлената експлоатация на първата атомна електроцентрала в света.

Благодарение на създаването на атомни реактори и мощни ускорители на частици вече са получени радиоактивни изотопи на всички химични елементи, които могат да се използват за нуждите на националната икономика, включително медицината.

Изкуствено радиоактивни изотопи се получават чрез бомбардиране на ядрата на атомите на стабилни химични елементи с неутрони, протони, дейтрони, както и от продукти на делене на уран или плутоний в ядрени реактори.

Пример е реакцията за получаване на радиофосфор:

3115P + 10n → 3215Р или 3115P + 11H → 3215P + e+ + n.

Всички известни радиоактивни елементи са разделени на две групи: естествени и изкуствени (техногенни).

вътрешна експозиция.

Земна радиация.

В природата има три реда (семейства) радиоактивни вещества: уран-радиеви, ториеви и актиниеви. Във всеки ред, с течение на времето, атомите претърпяват последователни радиоактивни разпадания, излъчвайки α- или β-частици на всеки етап (със или без придружаващо γ-лъчение) и се превръщат в атоми на други химични елементи.

Съществуването в природата на тези три серии се определя от наличието във всеки случай на родителския нуклид, чийто период на полуразпад е сравним с възрастта на Земята. В серията уран-радий изотопът на урана -238 (238 U) с период на полуразпад 4,5 · 10 9 години е предшественик. Актинуранът (235 U) е прародителят на серията уран с период на полуразпад 7,1 · 10 8 години. Изотопът на торий-232 (232 Th) с период на полуразпад 1,4 · 10 10 години е изходният елемент в серията торий. Стабилните крайни продукти на всяка серия от трансформации са изотопи на олово - съответно 206 Pb, 207 Pb, 208 Pb.

В момента на Земята са запазени 23 дългоживеещи радиоактивни елемента с период на полуразпад от 10 7 години и повече. Физическите характеристики на някои от тях са представени в таблица 11.1.

Таблица 11.1.

Физични характеристики на някои дългоживеещи радиоактивни елементи.

Радиоактивни изотопи, първоначално присъстващи на Земята.
Радионуклид	Съдържание на тегло в земната кора	Период на полуразпад, години:	Тип разпад:
Уран -238	3 10 -6	4,5 10 9	- разпад
Торий-232	8 10 -6	1,4 10 10	- разпад, - разпад
Калий-40	3 10 -16	1,3 10 9	( - разпад, - разпад
Ванадий -50	4,5 10 -7	5 10 14	- разпад
Рубидий -87	8,4 10 -5	4,7 10 10	- разпад
Индий-115	1 10 -7	6 10 14	- разпад
лантан-138	1,6 10 -8	1.1 10 11	- разпад, - разпад
Самария -147	1,2 10 -6	1,2 10 11	- разпад
Лутеций-176	3 10 -8	2.1 10 10	- разпад, - разпад

В три радиоактивни семейства: уран (238 U), торий (232 Th) и актиний (235 As), в процесите на радиоактивен разпад постоянно се образуват 40 радиоактивни изотопа. Средната ефективна еквивалентна доза външно облъчване, която човек получава годишно от земни източници, е около 0,35 mSv, т.е. малко повече от средната индивидуална доза поради излагане на космически фон на морското равнище.

Нивото на земната радиация обаче не е еднакво в различните области. Така например на 200 километра северно от Сао Пауло (Бразилия) има малък хълм, където нивото на радиация е 800 пъти по-високо от средното и достига 260 mSv годишно. В югозападна Индия 70 000 души живеят на тясна крайбрежна ивица, покрита с богати на торий пясъци. Тази група хора получава средно 3,8 mSv на човек годишно. Проучванията показват, че във Франция, Германия, Италия, Япония и САЩ около 95% от населението живее на места с доза на облъчване от 0,3 до 0,6 mSv годишно. Около 3% получават средно 1 mSv годишно и около 1,5% повече от 1,4 mSv годишно.

Структурата и стойностите на средните годишни ефективни дози на облъчване на населението на Украйна от естествени източници на йонизиращо лъчение са показани на фигура 11.1.

Средната годишна експозиционна доза е 4,88 mSv, а като се вземат предвид последните данни за съдържанието на радон - 220 (220 Rn) в жилищния въздух, стойността на средната годишна експозиционна доза е 5,3 mSv за година.

В различните страни по света средните дози варират от 2,0 mSv/година (Англия) до ~ 7,8 mSv/година (Финландия). Но като цяло най-големият принос към дозата се дължи на наличието на радон, радиоактивен газ, продукт на разпадане на естествен радий.

Космически лъчи.

Космическото лъчение се състои от частици, уловени от магнитното поле на Земята, галактическо космическо лъчение и корпускулярно лъчение от Слънцето. Състои се главно от електрони, протони и алфа частици. Това е първичното космическо лъчение. При взаимодействие със земната атмосфера се образува вторична радиация.

Експозиционната доза от първичната космическа радиация на морското равнище е 2,4 nSv/h, като по-голямата част от населението получава доза от около 0,35 mSv годишно.

Интензитетът на космическата радиация зависи от слънчевата активност, географското местоположение на обекта и се увеличава с височината над морското равнище. Най-интензивен е на Северния и Южния полюс, по-слаб в екваториалните региони. Причината за това е магнитното поле на Земята, което отклонява заредените частици от космическата радиация.

Размерът на дозата радиация, получена от човек, зависи от географското местоположение, начина на живот и естеството на работата. Например при надморска височина от 8 km мощността на ефективната доза е 2 µSv/h, което води до допълнително облъчване по време на пътуване със самолет.

При вторичното облъчване в резултат на ядрени реакции се образуват радиоактивни ядра - космогенни радионуклиди.

Например n + 14 N 3 H + 12 C , p + 14 N n + 14 C

Най-голям принос за създаването на дозата имат 3 H, 7 Be, 14 C и 22 Na, които влизат в човешкото тяло с храна (Таблица 11.2.)

Таблица 11.2.

Среден годишен прием на космогенни радионуклиди в човешкото тяло.

Възрастен консумира 95 kg въглерод годишно с храната, със средна активност на единица маса въглерод от 230 Bq/kg. Общият принос на космогенните радионуклиди към индивидуалната доза е около 15 μSv/година.

Радон.

Най-значимият от всички естествени източници на радиация (фиг. 11.2.) е невидим тежък газ без вкус и мирис (7,5 пъти по-тежък от въздуха) - радон - 222 (222 Rn). Човек е изложен на радон и неговите разпадни продукти главно поради вътрешно облъчване, когато радионуклидите навлизат в тялото през дихателната система и в по-малка степен с храната. Влизайки в тялото по време на вдишване, той причинява облъчване на лигавичните тъкани на белите дробове. Дългосрочното излагане на радон и неговите продукти в човешкото тяло значително увеличава риска от рак на белите дробове.

Човек получава 3,8 mSv годишно поради вътрешно облъчване с радон, което е 77,9% от средната годишна доза на облъчване от естествени източници на радиация.

Основният източник на този радиоактивен инертен газ е земната кора. Прониквайки през пукнатини и пукнатини в основата, пода и стените, радонът се задържа в помещенията. Друг източник на радон в затворени помещения са самите строителни материали (бетон, тухла, пемза, гранит и др.), съдържащи естествени радионуклиди, които са източник на радон. Радонът може да проникне и в домовете с вода (особено ако се доставя от артезиански кладенци), чрез изгаряне на природен газ и други източници.

Следната диаграма ще ви помогне да сравните мощността на излъчване на различни източници на радон.

Ориз. 11.2. Диаграма на радиационна мощност на различни източници на радон.

Вътрешно облъчване от радионуклиди от земен произход.

В човешкото тяло непрекъснато присъстват радионуклиди от земен произход, които навлизат през дихателните и храносмилателните органи. Най-голям принос за формирането на дозата на вътрешно облъчване имат 40 K, 87 Rb и нуклидите от серията на разпадане 238 U и 232 Th (Таблица 11.3.).

Таблица 11.3.

Средна годишна ефективна еквивалентна вътрешна доза

За Украйна средната годишна доза на вътрешно облъчване е 200 μSv, което е 4,1% от общата доза от естествени източници.

изкуствена радиоактивност.

В резултат на човешката дейност във външната среда са се появили изкуствени радионуклиди и източници на радиация.

Естествените радионуклиди започнаха да навлизат в естествената среда в големи количества, минерални и органични природни ресурси, извлечени от недрата на Земята:

Геотермални електроцентрали, генериращи средно около 4 · 10 14 Bq от изотопа 222 Rn на 1 GW произведена електроенергия;

Фосфатни торове, съдържащи 226 Ra и 238 U (до 70 Bq/kg в Кола апатит и 400 Bq/kg във фосфорит);

Газът и въглищата, изгаряни в жилищни сгради и електроцентрали, съдържат естествени радионуклиди 40 K, 232 U и 238 U в равновесие с техните разпадни продукти.

През последните няколко десетилетия човекът е създал няколко хиляди радионуклиди и е започнал да ги използва в научни изследвания, инженерство, медицински цели и други цели. Това води до увеличаване на дозата радиация, получена както от индивидите, така и от населението като цяло. Понякога експозицията от източници, създадени от човека, е хиляди пъти по-интензивна, отколкото от естествени източници.
Понастоящем основният принос за дозата от изкуствени източници е външното облъчване по време на диагностика и лечение.

Средната ефективна еквивалентна доза, получена от всички източници на радиация в медицината в индустриализираните страни е 1 mSv годишно за всеки жител, т.е. около половината от средната доза от естествени източници.

Ролята на различните изкуствени източници на радиация в създаването на радиационен фон е илюстрирана в таблица 11.4.

Таблица 11.4.

Средногодишни дози, получени от естествен радиационен фон и различни изкуствени източници на радиация.

Тестване на ядрени оръжия.

Радиологичните последици от тестовете на ядрени оръжия се определят от броя на тестовете, общото освобождаване на енергия и активността на фрагментите от делене, видовете експлозии (въздушни, земни, подводни, повърхностни, подземни) и геофизичните фактори на околната среда по време на тестовия период (област, климатични условия, миграция на радионуклиди и др.). Тестовете на ядрено оръжие, които са особено интензивни в периода 1954-1958 и 1961-1962. се превърна в една от основните причини за увеличаването на радиационния фон на Земята и, като следствие, глобалното увеличаване на дозите на външно и вътрешно облъчване на населението.

Общо в САЩ, СССР, Франция, Великобритания и Китай са извършени най-малко 2060 теста на атомни и термоядрени заряди в атмосферата, под водата и в недрата на Земята, от които 501 теста са извършени директно в атмосферата.

Според международни организации през втората половина на 20-ти век 1,81 · 10 21 Bq продукти на ядрено делене (NFP) са навлезли във външната среда поради ядрени тестове, от които атмосферните тестове представляват 99,84%. Разпределението на радионуклидите е в планетарен мащаб (фиг. 11.3.-11.4.).

Продуктите на ядрено делене са сложна смес от повече от 200 радиоактивни изотопа на 36 елемента (от цинк до гадолиний). По-голямата част от активността се състои от краткотрайни радионуклиди. Така след 7, 49 и 343 дни след експлозията активността на PND намалява съответно 10, 100 и 1000 пъти в сравнение с активността един час след експлозията. Добивът на най-биологично значимите радионуклиди е даден в таблица 11.5.

Екологичното значение на различните радиоактивни изотопи е напълно различно. Радиоактивните вещества с кратък период на полуразпад по-малък от (2 дни) не представляват голяма опасност, тъй като те задържат високо ниво на радиация в заразен биотоп за кратко време. Веществата с много дълъг период на полуразпад, като 238 U, също са почти безвредни, тъй като излъчват много малко радиация за единица време.

Най-опасните радионуклиди са тези, чийто период на полуразпад варира от няколко седмици до няколко години (Таблица 11.5.). Това време е достатъчно, за да могат споменатите елементи да проникнат в различни организми и да се натрупат в хранителните вериги.

Трябва също да се отбележи високата радиотоксичност за онези елементи, които са аналози на биогенните елементи.

Ориз. 11.3. Съдържанието на стронций-90 и цезий-137 в хранителните продукти и общата годишна мощност на ядрените експлозии в атмосферата.
Фиг.11.4. Съдържанието на цезий-137 в различни хранителни продукти: A - зърнени храни, B - месо, C - мляко, D - плодове, D - зеленчуци.
Таблица 11.5. Освобождаване на някои продукти на делене при ядрена експлозия.
елемент	Зареждане	Половин живот	Изход на деление,%	Активност на 1 Mt, (10 15 Bq)
Стронций-89		50,5 дни	2.56
Стронций-90		28,6 години	3.5	3.9
Цирконий-95		64 дни	5.07
Рутений-103		39,5 дни	5.2
Рутений-106		368 дни	2.44
Йод-131		8 дни	2.90
Цезий-136		13,2 дни	0.036
Цезий-137		30,2 години	5.57	5.9
Барий-140		12,8 дни	5.18
Церий-141		32,5 дни	4.58
Церий-144		284 дни	4.69
Водород-3		12,3 години	0.01	2,6 10 -2

Ядрената енергия.

Атомните електроцентрали са източникът на радиация, около който се водят най-ожесточени спорове. Предимството на ядрената енергетика е, че изисква значително по-малко количество суровини и площи от топлоелектрическите централи (Таблица 11.6.), не замърсява атмосферата с дим и сажди.

Опасността се крие във възможността от катастрофални аварии на реактори, както и в реално нерешения проблем с погребването на радиоактивните отпадъци и изтичането в околната среда на малко количество радиоактивност.

Таблица 11.6.

Потребление на природни ресурси за производството на 1 GW годишно електроенергия в цикли на въглища и ядрено гориво

За директно охлаждане.

До края на 1984 г. в 26 страни работят 345 ядрени реактора, произвеждащи електричество. Техният капацитет е 220 GW или 13% от общия капацитет на всички източници на електроенергия. До 1994 г. в света работят 432 ядрени реактора, общата им мощност е 340 GW.

Прогнозните перспективи за развитие на ядрената енергетика в света са показани в таблица 11.7.

Таблица 11.7.

Перспективи за развитие на ядрената енергетика в света.

При нормална експлоатация на атомни електроцентрали изхвърлянията на радионуклиди в околната среда са незначителни и се състоят главно от йодни радионуклиди и инертни радиоактивни газове (Xe, Cr), чийто период на полуразпад обикновено не надвишава няколко дни. 90% от общата доза на облъчване, възможна в резултат на изпускане в атомна електроцентрала и поради краткотрайни изотопи, населението получава в рамките на една година след изпускането, 98% - в рамките на 5 години. Почти цялата доза се пада на хората, живеещи в близост до атомни електроцентрали. Дозите на експозиция обикновено са доста под установените граници за индивиди в популацията (0,5 rem/година).

Дългоживеещите емисионни продукти (137 Cs, 90 Ce, 85 Kg и др.) са разпространени по целия свят. Приблизителната оценка на еквивалентната колективна доза от експозиция на такива изотопи е 670 man-Sv за всеки гигават генерирана електроенергия.

Горните оценки се основават на предположението, че ядрените реактори работят нормално. Приносът на различните източници на експозиция в този случай е показан на фигура 11.5.

Фиг.11.5. Приноси от различни източници на радиация

Количеството радиоактивни вещества, изхвърлени в околната среда при аварията, е много по-голямо. Известно е, че за периода от 1971 до 1984г. в 14 страни по света са станали 151 аварии в атомни електроцентрали.

На 26 април 1986 г. в Чернобилската атомна електроцентрала се случи авария с разрушаване на активната зона на реактора, което доведе до изпускане на част от радиоактивните продукти, натрупани в активната зона, в атмосферата.

В резултат на аварията в околната среда е изхвърлено от 5 до 30% от ядреното гориво. Освен това част от съдържанието на реактора се разтопи и се премести през разломите на дъното на корпуса на реактора извън неговите граници.

Освен гориво, в активната зона по време на аварията имаше продукти на делене и трансуранови елементи - различни радиоактивни изотопи, натрупани по време на работата на реактора. Те представляват най-голямата радиационна опасност.

Повечето от тях останаха вътре в реактора, но най-летливите вещества бяха изхвърлени навън, включително:

Всички благородни газове, съдържащи се в реактора;

Приблизително 55% йод под формата на смес от пари и твърди частици, както и в органични съединения;

Цезий и телур под формата на аерозоли.

Общата активност на веществата, изпуснати в околната среда, според различни оценки е до 14h 1018 Bq (14 EBq), включително:

1,8 EBq йод-131,

0,085 EBq цезий-137,

0,01 EBq стронций-90 и

0,003 EBq плутониеви изотопи;

Благородните газове представляват около половината от общата активност (фиг. 11. 6.).

Фиг.11.6 Доза на външно гама лъчение, получена от човек в близост до станцията в Чернобил.

Замърсени са повече от 200 000 km², приблизително 70% на територията на Беларус, Русия и Украйна. Радиоактивните вещества се разпространяват под формата на аерозоли, които постепенно се утаяват на повърхността на земята. По-голямата част от стронция и плутония изпадна в рамките на 100 км от станцията, тъй като се съдържаше главно в по-големи частици. Йодът и цезият се разпространяват в по-широка област.

От гледна точка на въздействието върху населението в първите седмици след аварията най-голяма опасност представляваха радиоактивният йод, който има относително кратък период на полуразпад (осем дни) и телурът. В момента (а и през следващите десетилетия) най-голяма опасност представляват изотопите на стронций и цезий с период на полуразпад около 30 години. Най-високи концентрации на цезий-137 има в повърхностния слой на почвата, откъдето попада в растенията и гъбите. Замърсени са и насекомите и животните, които се хранят с тях. Радиоактивните изотопи на плутоний и америций ще се задържат в почвата стотици, а вероятно и хиляди години.

Горите са силно замърсени. Поради факта, че цезият постоянно се рециклира в горската екосистема, а не се отстранява от нея, нивата на замърсяване на горски продукти, като гъби, горски плодове и дивеч, остават опасни. Нивото на замърсяване на реките и повечето езера в момента е ниско. В някои "затворени" езера обаче, от които няма отток, концентрацията на цезий във водата и рибите може да бъде опасна с десетилетия.

Замърсяването не беше ограничено до 30-километрова зона. Повишено съдържание на цезий-137 е отбелязано в месо от лишеи и елени в арктическите райони на Русия, Норвегия, Финландия и Швеция.