Химия окружающей среды (стр. 2 из 8)

2. Квантового рассеивания, рассматриваемого как упругое столкновение (комптон-эффект), когда

-фотон передает электрону только часть своей энергии и преобразуется во вторичный фотон с меньшей энергией, т.е. с большей длинной волны (комптон-эффект преобладает при больших энергиях -лучей.)

3. Образование пар: позитрон – электрон, т.е. реакции, обратной аннигиляции, происходящей при столкновении

-фотонов большой энергии с тяжелыми ядрами (например ядрами Pb).

При энергиях больше 0,1 Мэв удельная ионизация от

-лучей примерно в 100 раз меньше, чем от -лучей с равной энергией. В отличае от и -частиц, длинна пробега которых имеет конечную величину, -лучи нигде полностью не поглощаются. Понижение интенсивности монохроматического параллельного пучка -лучей при прохождении через вещество подчиняются экспоненциальной зависимости , где I и I₀ – интенсивность пучка до и после прохождения слоя поглотителя толщиной d (в см.), а (в см.^-1) – линейный коэффициент поглощения, характеризующий относительное понижение интенсивности пучка при его прохождении через еденицу толщи данного вещества.(Данная таблица «Линейные коэффициенты поглощения

-лучей для некоторых веществ» приведена в справочнике «Вредные вещества в промышленности 2» издание пятое стереотипное, Издательство «Химия» Москва, Ленинград 1965г.)

Отсюда следует, что толщина слоя понижающая интенсивность

-лучей в 2 раза ( ), равна: , а для К-кратного ослабления используется формула . Помимо линейного коэффициента поглощения используется также массовый (в см² * г^-1), атомный (в см² * атом ^-1) и электронный (в см * е^-1) коэффициенты поглощения, откуда:

N – Число атомов расподающегося изотопа.

A и Z – Массовое число и атомный номер элемента поглощающего

-лучи.

- Плотность среды поглотителя (экранирующего вещества).

Нейтроны – (обозначают n, атомный вес 1,009; заряда нет) обладают сравнительно большой проникающей способностью. В свободном состоянии не стабильны; подвергаясь

-распаду, превращаются в протоны ( ) [ - период полураспада]. В зависимости от их энергии нейтроны подразделяются на:

1. Тепловые (Е

0,025 эв.)

2. Медленные (Е < 100 эв.)

3. Промежуточной энергии (100 эв. < E < 20 кэв.)

4. Быстрые (20 кэв. < E < 20 Мэв.)

5. Сверхбыстрые (Е > 20 Мэв.)

Проникающая способность нейтронов сравнительно велика. Из-за отсутствия заряда нейтроны проникают сквозь электронные облака вещества и взаимодействуют с атомными ядрами. В процессе неупругого и упругого столкновения нейтроны теряют энергию. При Е < 100 эв. Происходит захват нейтронов ядрами, что может сопровождаться возникновением

-лучей, -частиц, протонов или расщеплением тяжелого ятомного ядра. В биологической ткани основным процессом, приводящим к ионизации, является взаимодействие нейтронов с водородом. Потеряв энергию в процессе рассеивания, тепловые нейтроны захватываются ядрами водорода, которые при этом превращаются в дейтроны (тяжелый водород) и испускают -лучи. ( ). Захват нейтронов ядрами азота (данный процесс преобладает в воздухе, но частично осуществляется в биологической ткани) приводит к вылету протона и возникновению радионуклида углерода ¹⁴С, и можно записать, что ¹⁴N + n¹ = ¹⁴C + p¹ [¹⁴N (n, p) ¹⁴C].

Протоны – (обозначают p, H¹; атомный вес 1,008; один положительный заряд) – ядра легкого водорода. Протоны взаимодействуют с веществом (длинна пробега, механизм ионизации и нарастание ее к концу пробега) аналогично

-лучам. Пробег в воздухе равен , а в другой среде (такая же формула используется для расчета пробега в других веществах -частиц) [обозначения см. стр. 3].

Дейтоны или дейтроны – (обозначают d, D или Н²; атомный вес 2,014; один положительный заряд) – ядра тяжелого водорода – дейтерия, состоящие из 1 протона и 1 нейтрона; имеют сходный с протонами механизм взаимодействия с веществом. При равных энергиях длинна пробега дейтрона в 2 раза больше, чем у протона. Дейтроны высоких энергий (около 100 Мэв) при взаимодействии с атомными ядрами расщепляются на протоны и нейтроны.

Интенсивность радиоактивного распада изотопов сильно варьируется, но является величиной const для данного вида радиоактивного изотопа т.е. за равные промежутки времени распадается всегда равная доля атомов данного изотопа, что можно выразить формулой:

, где

N₀ – начальное число атомов;

N_t – число нераспавшихся атомов через интервал времени t;

- const для данного распада, характеризующая долю распавшихся атомов за еденицу времени (в сек.^-1)

Интенсивность радиоактивного распада выражается периодом полураспада

, т.е. интервалом времени, в течении которого начальное количество радиоактивного изотопа уменьшается в 2 раза и если , то период полураспада можно выразить формулой:

.

Средняя продолжительность жизни радиоактивного изотопа считается по формуле:

по истечении которого активность радиоактивного изотопа уменьшиться в

раз (т.е. до 37%).

Величину полураспада используют для определения доли нераспавшегося радиоактивного изотопа по отношению к первоначальному через интервал времени t:

, где .

Пути попадания радионуклидов в окружающую среду

Естественные радионуклиды

Нуклид - это вид атомов с определенным числом протонов и нейтронов в ядре. Если ядра атомов нуклида радиоактивны, то его называют радионуклидом. Многие естественные радионуклиды имеют земное происхождение (их называют терригенными). В настоящее время на Земле сохранилось 23 долгоживущих радиоактивных элемента. Физические характеристики некоторых из них представлены в таблице:

Радиоактивные изотопы, изначально присутствующие на Земле.
Радионуклид	Весовое содержание в земной коре	Период полураспада, лет:	Тип распада:
Уран-238	3*10-6	4.5*109	-распад
Торий-232	8*10-6	1.4*1010	-распад, -распад
Калий-40	3*10-16	1.3*109	( - распад, -распад
Ванадий-50	4.5*10-7	5*1014	-распад
Рубидий-87	8.4*10-5	4.7*1010	-распад
Индий-115	1*10-7	6*1014	-распад
Лантан-138	1.6*10-8	1.1*1011	-распад, -распад
Самарий-147	1.2*10-6	1.2*1011	-распад
Лютеций-176	3*10-8	2.1*1010	-распад, -распад

Однако существуют и естественные радионуклиды, образующиеся под действием постоянно попадающего на Землю космического излучения, поступающего как из глубин космоса, так и от Солнца. Эти радионуклиды называют космогенными. В состав первичного космического излучения входят протоны высоких энергий и ядра некоторых легких элементов. При взаимодействии этого космического излучения с ядрами атомов, присутствующими в атмосфере Земли, протекает множество ядерных реакций. Это так называемое вторичное космическое излучение, достигающее поверхности Земли. Так с участием нейтронов вторичного космического излучения и ядер N возникают радиоактивные ядра ¹⁴С (

= 5730 лет):