Радиоактивность и ионизирующее излучение

1. Лекция 1 Радиоактивность и ионизирующее излучение

Обеспечение радиационной безопасности
персонала при эксплуатации АЭС
Лекция 1
Радиоактивность и ионизирующее
излучение

2. Содержание

Введение
1.1. Структура атома
1.2. Радиоактивность
1.3. Атомное излучение
1.4. Взаимодействие излучения с
веществом
Заключение
2

3. Введение

Радиоактивность – это
превращение нестабильных
ядер в более стабильные.
Это превращение порождает
ионизирующее излучение,
вызывающее воздействие
излучения на человека и
влияющее на его здоровье.
Радиоактивность – это
фундаментальное свойство
вещества.
3

4. 1.1. Структура атома

Электрон
Ядро
Электронная
оболочка
Нейтрон
Протон
Нуклоны
4

5. Свойства частиц в составе атома

Частица
Расположение Заряд
Символ
Нейтрон
Ядро
Нет
1
0
Протон
Ядро
+1
1
1
Оболочка
вокруг ядра
-1
0
1
Электрон
n
p
e
5

6. Нуклид

Массовое
число
A
Z
Зарядовое
число
XN
Химический
символ
Число
нейтронов
A Z N
Пример записи:
137
55
Cs82 ,
137
55
Cs,
137
Cs, или Cs 137
6

7. Атом и ионы

Положительный
ион лития-6
Атом
лития-6
Отрицательный
ион лития-6
7

8. Периодическая таблица элементов

8

9. Стабильные и нестабильные ядра

Некоторые комбинации нейтронов и протонов
в ядре являются стабильными и могут
существовать очень длительное время (более
1012 лет). Атомы с такими ядрами называются
стабильными атомами.
Остальные являются нестабильными и имеют
избыточную энергию. Атомы с такими ядрами
называются радиоактивными атомами.
Если атом нестабилен, то со временем
спонтанно меняется состояние его ядра, и
ядро распадается на фрагменты, состоящие
из субатомных частиц.
9

10. Классификация нуклидов

Изотопы нуклиды одного и того же
элемента, которые имеют равное число
протонов, но различное число нейтронов
и, следовательно, различную атомную
массу.
Изомеры нуклиды, имеющие одинаковое
массовое число, но отличающиеся
энергетическими состояниями ядра.
Изомеры имеют различную внутреннюю
энергию и типы ядерного распада.
10

11. Таблица нуклидов

6
C-8
C-9
C10
C11
C12
C13
C14
C15
C16
5
B-7
B-8
B-9
B10
B11
B12
B13
B14
B15
Be6
Be7
Be8
Be9
Be10
Be11
Be12
Li-5 Li-6
Li-7
Li-8
Li-9
He3
He4
He6
He7
He8
H-1
H-2
H-3
0
1
2
4
Z
3
2
1
He5
Be14
Li11
He9
N
3
4
5
6
7
8
9
10
11

12. 1.2. Радиоактивность

Радиоактивность это ядерное превращение:
ядерное, потому что оно возникает в
ядре атома;
превращение, потому что начальное и
результирующие ядра различны.
Другими словами, ядерные превращения есть
распады ядер.
Радиоактивный атом при распаде ядра
испускает излучение.
12

13. Бета-минус или бета-распад

1
0
n
11p 01 e 00 ~
KE
137
55
Cs
137m
56
Ba e ~
Q
0
1
0
0
13

14. Бета-плюс или позитронный распад

p n e KE
1
1
18
9
1
0
0
1
0
0
F 188 O 01e 00 Q
14

15. Электронный захват

p 01e
01n 00
1
1
125
53
ЭЗ
125
0
I 01e
Te
52
0 Q ЭЗ
15

16. Альфа-распад

239
94
Pu U He Q
235
92
4
2
16

17. Изомерный переход

137 m
56
Ba
ИП
137
56
Ba KE
17

18. Спонтанное деление

235
92
U
Cs Rb 3( n) KE
СД
141
55
93
37
1
0
18

19. Преобразование ядер при их превращениях

19

20. Область стабильности

20

21. Концепция периода полураспада

ln(2)
T1/ 2
Период полураспада (T1/2) –
среднее время, необходимое для
уменьшения активности
радионуклида наполовину
21

22. Цепочки радионуклидов

22

23. Урановое семейство

23

24. 1.3. Атомное излучение

Атомное излучение – это энергия в виде
электромагнитного изучения или частиц.
Электромагнитное излучение (фотоны)
включает в себя рентгеновское и гаммаизлучения. Видимый свет также является
электромагнитным (но не ионизирующим)
излучением. Эти излучения различаются
энергией (длиной волны).
Корпускулярное излучение включает в
себя альфа-, бета- и нейтронное
излучение.
24

25. Ионизирующее излучение

Ионизирующим называют излучение,
взаимодействие которого с веществом
приводит к ионизации атомов и
молекул, т.е. к возникновению в
облученном веществе ионов разных
знаков.
В общем, все излучения можно
разделить на две основные категории:
косвенно ионизирующие и
непосредственно ионизирующие, в
зависимости от возможности
ионизировать вещество.
25

26. Альфа-излучение

A
Z
A 4
4
X
Y
Z 2
2 He Q
26

27. Бета-излучение

A
Z
X Z A1Y 01e 00 ~
Q
27

28. Электромагнитное излучение

• Рентгеновское излучение
является результатом переходов электронов
между атомными оболочками.
• Тормозное излучение
является результатом электронно – ядерного
кулоновского взаимодействия.
• Гамма-излучение (γ-кванты)
является результатом ядерного превращения.
• Аннигиляционное излучение
является результатом аннигиляции позитрона
и электрона.
28

29. Таблица ионизирующего излучения

Виды распада
Частицы или фотоны
+
ЭЗ
ИП
СД
e–
Н
–
Д
–
Н
e+
–
–
Н
–
–
–
Д
–
–
–
–
–
Д/–
Д/–
Д
Д
Д
Д
n
–
–
–
–
–
Н
29

30. Многоканальный радиоактивный распад

30

31. 1.4. Взаимодействие излучения с веществом

Ионизирующее излучение передает
свою энергию веществу в процессе
ионизации и возбуждения атомов и
молекул.
Заряженные частицы могу вызвать
ионизацию непосредственно.
Нейтроны и фотоны могут вызвать
ионизацию только косвенно.
31

32. Прямая ионизация

Прямая ионизация атомов и молекул
заряженными частицами – основной
процесс передачи энергии излучения
веществу.
Ионизация
вещества
является
результатом взаимодействия первичных
и вторичных заряженных частиц
с
электронной структурой атома.
32

33. Взаимодействие альфа-частиц

33

34. Взаимодействие электронов

34

35. Взаимодействие позитронов

35

36. Косвенная ионизация

Нейтроны и фотоны могут вызвать
ионизацию только косвенно посредством
вторичного излучения заряженных
частиц.
Ионизация вещества возникает от
взаимодействия вторичных заряженных
частиц с электронной структурой атома.
36

37. Взаимодействие фотонов

37

38. Взаимодействие нейтронов

38

39. Проникновение излучения

39

40. Преобразование излучения

40

41. Заключение

Радиоактивность – основное свойство
вещества. Чтобы оценить опасность
радиоактивности следует понять ее
природу:
структуру атомов и их ядер;
ядерные превращения;
атомное излучение;
взаимодействие излучения с веществом;
проникновение излучения сквозь
материалы защиты.
41