В настоящее время известно много процессов самопроизвольного превращения ядер. Эти процессы называются радиоактивными, так как они протекают по законам радиоактивного распада. К такому распаду склонны нестабильные тяжелые элементы (расположенные в конце таблицы Менделеева), в ядрах которых число нейтронов значительно превышает число протонов. Таким образом, можно сказать, что радиоактивность - самопроизвольное превращение (распад) атомных ядер некоторых химических элементов (урана, тория, радия, калифорния и др.), приводящее к изменению их атомного номера и массового числа и сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений. Такие элементы называются радиоактивными.
Радиоактивные вещества распадаются строго с определенной скоростью, характеризуемой периодом полураспада (T½), т.е. временем, за которое распадается половина всех атомов.
Распад атомов сопровождается ионизирующим излучением, так как, проходя через различные вещества, такое излучение способно вызвать ионизацию его атомов как при непосредственном соударении, так и опосредованно. Естественные радиоактивные вещества испускают три вида лучей: α-, β-, γ- лучи.
α -излучение представляет собой поток положительно заряженных α -частиц (ядер атомов гелия), движущихся со скоростью около 20 000 км/с. Проникающая способность таких частиц мала: пробег в воздухе составляет 7...8 см, в биологических тканях < 0,1 мм. Поглощаются алюминиевой фольгой толщиной несколько микрон. Опасность представляет ионизирующая способность α -лучей. Ионизация приводит к изменению физико-химических свойств вещества, а в биологических тканях - к нарушению их жизнедеятельности.
β-излучение - поток быстрых электронов (или позитронов). Скорость перемещения таких частиц близка скорости света. Они обладают меньшей ионизирующей, но большей проникающей способностью по сравнению с α-лучами: пробег в воздухе - несколько метров, в биологических тканях -1...2 см. Одежда поглощает до 50% β-излучения, слой алюминия толщиной 1 мм - полностью.
γ-излучение - коротковолновое электромагнитное излучение, обладающее высокой проникающей способностью. Пробег в воздухе - до 100 м, в биологической ткани - > 20 см. Для защиты от γ-излучения используют специальные радиационно-защитные материалы: тяжелые бетоны, чистый свинец, особые полимеры.
При ядерных реакциях возможно и нейтронное излучение, представляющее собой поток нейтронов и характеризующееся очень высокой проникающей способностью. Ионизация среды осуществляется заряженными частицами, возникающими при взаимодействии нейтронов с веществом. Не имея электрического заряда, нейтроны легко проникают в ядра атомов и захватываются ими. Нейтронное излучение способно превращать атомы стабильных элементов в радиоактивные вещества (наведенная радиация).
На практике чаще измеряют не свойства самого радиоактивного образца, а результат его воздействия или предполагаемый результат воздействия радиоактивного излучения. Основным количественным показателем является поглощенная доза, за единицу которой принимают грей (Гр); 1 Гр соответствует поглощению в среднем 1 Дж энергии излучения массой вещества в 1 кг.
Свойство биологической ткани - реагировать на различные виды ионизирующего излучения выражается через определение эквивалентной дозы. В системе СИ за единицу эквивалентной дозы принят зиверт (Зв), внесистемная единица - бэр (биологический эквивалент рентгена). 1 бэр - это доза излучения (любого вида), действие которой на ткани любого организма эквивалентно действию 1 рентгена гамма-излучения: 1 бэр = 1 Р, 1 Зв = 100 бэр.
Общее представление о радиоактивности тех или иных объектов окружающей среды может быть получено измерением так называемой экспозиционной дозы излучения, при которой корпускулярная эмиссия в сухом атмосферном воздухе массой 1 кг производит ионы, несущие заряд каждого знака, равный одному кулону (1 Кл). Внесистемной единицей является рентген (Р). 1 P - это такая доза рентгеновского или γ-излучения, при которой в 1 см3 сухого воздуха при температуре 0° С и давлении 760 мм рт.ст. образуется около 2 млрд пар ионов. На практике обычно оценивают мощность экспозиционной дозы, измеряемой в рентгенах в секунду (Р/с) или микрорентгенах в час (мкР/ч).
Радиоактивное излучение является неотъемлемым атрибутом окружающей среды. Естественный радиационный фон Земли создается космическим излучением и излучением природных радионуклидов (уран, торий и продукты их радиоактивного распада), естественным образом распределенных в земле, воде, воздухе, пищевых продуктах и организме человека. На протяжении биологической истории нашей планеты этот фон оставался практически неизменным, обусловливая дозу радиации, близкую 10-12 мкР/ч. Естественный фон считают безопасным для биологических объектов. В результате деятельности человека происходит изменение естественного радиационного фона и возникает техногенно измененный радиационный фон. Эти изменения вносит искусственная радиация, возникающая при испытании ядерного оружия, при нарушении функционирования радиационно опасных объектов (АЭС, исследовательских институтов соответствующего профиля и т.д.), при образовании радиоактивных отходов на предприятиях атомной энергетики.
Цель работы: углубить представления о радиоактивности различных объектов окружающей среды, оценить радиоактивность конкретного объекта, освоить метод измерения радиоактивности.
Оборудование и реактивы: прибора Дозиметр «Радэкс 1706».