• Название: Пособие для граждан ''Осторожно! Радиация''
  • Автор: Administrator

Российский сайт ядерного нераспространения
Гражданский Центр ядерного нераспространения
На главную English
Эксклюзив | Архив | Публикации | О нас | Ссылки | Форум | Гостевая

Виталий Хижняк,
NuclearNo.ru,
15 февраля 2003

Пособие для граждан "Осторожно! Радиация"
Радиация: основные понятия, единицы измерения, влияние на человека
Радиоактивный распад
Другие виды радиоактивного распада
Основные характеристики радиоактивного распада
Основные характеристики ионизирующего излучения. Проникающая способность
излучения
Деление ядер атомов
Откуда берутся радионуклиды
Измерение ионизирующих излучений. Определения
Основные единицы измерения ионизирующих излучений
Влияние излучения на организм человека. Эффекты радиации
Радиационный фон
Дозиметрические приборы
Содержание

Радиация: основные понятия, единицы измерения, влияние на человека
Радиоактивность: радиоактивный распад, деление ядер атомов
Радиоактивность - радиоактивный распад, деление ядер атомов, любые
радиоактивные (или ядерные) превращения - это способность ядер атомов
различных химических элементов разрушаться, видоизменяться с испусканием
атомных и субатомных частиц высоких энергий. При этом в подавляющем
большинстве случаев ядра атомов (а значит, и сами атомы) одних химических
элементов превращаются в ядра атомов (в атомы) других химических элементов,
либо (по крайней мере) один изотоп химического элемента превращается в
другой изотоп того же элемента.
То есть радиоактивные превращения - это превращения атомов одних
химических элементов (изотопов) в атомы других элементов (изотопов).
В настоящее время известны как естественные (природные, существовавшие в
природе изначально) радионуклиды - ЕРН (радиоактивные элементы и изотопы),
так и огромное количество искусственных (техногенных).
Общее количество известных естественных радионуклидов достигает 300. Но
количество имеющих практическое значение, играющих заметную роль в
природе, среди них невелико - не более десятка. Для их подсчёта, в принципе,
хватит пальцев на двух руках.

Искусственных же радиоактивных изотопов гораздо больше, их получены тысячи.
У многих химических элементов их количество значительно более 10. Кроме
этого, получены новые, не известные ранее и отсутствующие в природе
радиоактивные элементы, у которых стабильных изотопов нет вообще. Особенно
огромное количество новых, не имевшихся в природе радиоактивных изотопов и
элементов, появилось после создания атомных реакторов и испытаний ядерных
бомб. О них мы поговорим ниже. К настоящему времени известно около 2000
искусственных радионуклидов.
Радиоактивные (ядерные) превращения могут быть естественными,
самопроизвольными (спонтанными) и искусственными,
Как известно, каждый атом состоит из ядра и движущихся вокруг
него электронов. Ядро же состоит из положительно заряженных
частиц - протонов и не имеющих заряда (нейтральных частиц) нейтронов. Сколько в ядре протонов, столько и электронов
движется (вращается) вокруг ядра. Этому же числу равен и номер
элемента в таблице Д.И. Менделеева.
Химические свойства атома данного химического элемента
определяются количеством протонов в ядре и, соответственно,
количеством электронов. Количество нейтронов на химические
свойства не влияет и может быть разным. Поэтому атомы одного
и того же химического элемента могут иметь разный вес:
количество протонов одинаково, а нейтронов - разное. Такие
разновидности атомов называются изотопами.
Атомы (элементы, изотопы), ядра которых подвержены
радиоактивному распаду или другим радиоактивным превращениям,
называются радиоактивными. Термины радиоактивные атомы
(элементы, изотопы), радионуклиды, радиоизотопы - синонимы.
Все виды самопроизвольных (спонтанных) радиоактивных превращений - процесс
случайный, статистический.
Все разновидности радиоактивных превращений сопровождаются как правило, за
редким исключением, выделением из ядра атома избытка энергии в виде
электромагнитного излучения - гамма-излучения. Гамма-излучение - это поток
гамма-квантов (гамма-квантов) - порций энергии (квант - это порция),
обладающих большой энергией и проникающей способностью.
Кроме этого радиоактивные превращения могут сопровождаться выделением
рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение - это тоже электромагнитное
излучение, это тоже поток частиц (порций энергии) - фотонов - обычно с меньшей
энергией. Только "место рождения" рентгеновского излучения не ядро, а
электронные оболочки. Основной поток рентгеновского излучения возникает в
веществе при прохождении через него "радиоактивных частиц".
Есть две основные разновидности радиоактивных превращений, два весьма
сильно различающихся физических процесса (явления): радиоактивный распад и
деление ядер атомов.
Изотопы - это разновидности атомов одного и того же химического
элемента, отличающиеся только количеством нейтронов в ядре и

поэтому своим весом.
Даже у самого первого в таблице Менделеева и самого лёгкого
атома - водорода, в ядре которого только один протон (а вокруг
него вращается один электрон), имеется три изотопа. Первый это обычный водород, или протий, ядро которого состоит только
из протона; его атомный вес равен единице, химический символ Н
(или Н-1). Второй - дейтерий, или тяжёлый водород, ядро которого
состоит из одного протона и одного нейтрона; атомный вес - два,
химический символ D (или Н-2). И тритий, в ядре которого один
протон и два нейтрона; атомный вес - три, химический символ Т
(или Н-3).
Первые два изотопа стабильные, третий - тритий - радиоактивен.
Подавляющее количество естественных (изначально имевшихся и
имеющихся в природе) изотопов являются стабильными. Но есть и
радиоактивные. Это - естественные радионуклиды (ЕРН). Их не
очень много.
Кроме радиоактивных изотопов, есть, также и радиоактивные
элементы. Это такие, у которых стабильных изотопов нет вообще
- все изотопы радиоактивные. Это естественные элементы: уран,
торий и продукты их превращений (распада) - радий, радон, полоний и
некоторые другие, до талия включительно.
А среди искусственных изотопов и элементов стабильных нет
вообще. Все искусственные изотопы и элементы радиоактивны.
Это и искусственные изотопы любых, давно известных и
имеющихся в природе элементов, и искусственные элементы,
которых до возникновения атомной энергетики в природе не было. К
последним, прежде всего, относятся трансурановые актиноиды, а
также и все последующие элементы 7-го периода таблицы
Менделеева.
Содержание

Радиоактивный распад
Радиоактивный распад - это испускание, выбрасывание с огромными
скоростями из ядер атомов "элементарных" (атомных, субатомных) частиц,
которые принято называть радиоактивными частицами или радиоактивным
излучением. При этом, как уже было сказано, в подавляющем большинстве
случаев ядро атома (а значит, и сам атом) одного химического элемента
превращается в ядро атома (в атом) другого химического элемента; или один
изотоп данного химического элемента превращается в другой изотоп того же
элемента.
Радиоактивный распад, как и все другие виды радиоактивных превращений,
может быть естественным (самопроизвольным, спонтанным) и искусственным,
вызванным попаданием в ядро стабильного атома какой-либо частицы извне.
Для естественных (природных) радионуклидов основными видами радиоактивного
распада являются альфа- и бета-минус-распад (хотя встречаются и другие).

Названия альфа и бета были даны Эрнестом Резерфордом в 1900 году при
изучении радиоактивных излучений.
Для искусственных (техногенных) радионуклидов кроме этого характерны также
нейтронный, протонный, позитронный (бета-плюс) и более редкие виды распада и
ядерных превращений (мезонный, К-захват, изомерный переход, "откалывание" и
др.).
Альфа-распад
Альфа-распад (альфа-распад) - характерный вид радиоактивного распада для
естественных радиоактивных элементов шестого и седьмого периодов таблицы Д.
И. Менделеева (уран, торий и продукты их распада до висмута включительно) и
особенно для искусственных - трансурановых - элементов. То есть этому виду
распада подвержены отдельные изотопы всех тяжёлых элементов, начиная с
висмута.
Альфа-распад - это испускание из ядра атома альфа-частицы (альфа-частицы),
которая состоит из 2 протонов и 2 нейтронов. Альфа-частица имеет массу 4
единицы, заряд +2 и является ядром атома гелия.
В результате испускания альфа-частицы образуется новый элемент, который в
таблице Менделеева расположен на 2 клетки левее, так как количество протонов
в ядре, а значит, и заряд ядра, и номер элемента стали на две единицы меньше.
А масса образовавшегося изотопа оказывается на 4 единицы меньше.
Так, например, при альфа-распаде урана всегда образуется торий, при альфараспаде тория - радий, при распаде радия - радон, затем полоний и наконец свинец. При этом из конкретного изотопа урана-238 образуется торий-234, затем
радий-230, радон-226 и т. д.
Радиоактивный распад - это выбрасывание из ядра атома какой-либо
частицы, в результате чего атом одного химического элемента
(изотопа) превращается в атом другого элемента (изотопа).
альфа-распад - выбрасывание (испускание) из ядра атома альфачастицы.
альфа-частица - это 2 протона и 2 нейтрона, то есть ядро атома
гелия с массой 4 единицы и зарядом +2.
Скорость альфа-частицы при вылете из ядра от 12 до 20 тыс.
км/сек.
В вакууме альфа-частица могла бы обогнуть земной шар по
экватору за 2 сек.
Бета-распад

Бета-распад (бета-распад) - наиболее распространённый вид радиоактивного
распада (и вообще радиоактивных превращений), особенно среди искусственных
радионуклидов. Он наблюдается практически у всех известных на сегодня
химических элементов. Это означает, что у каждого химического элемента есть,
по крайней мере, один бета-активный, то есть подверженный бета-распаду
изотоп. При этом чаще всего происходит бета-минус распад.
Бета-минус распад (бета-) - это выбрасывание (испускание) из ядра бета-минус
частицы - электрона, который образовался в результате самопроизвольного
превращения одного из нейтронов в протон и электрон. При этом тяжёлый протон
остаётся в ядре, а лёгкий электрон - бета-минус частица - с огромной скоростью
вылетает из ядра. И так как протонов в ядре стало на один больше, то ядро
данного элемента превращается в ядро соседнего элемента справа - с большим
номером.
Так, например, при бета-минус распаде радиоактивный изотоп калия - калий-40 превращается в стабильный изотоп кальция (стоящего в соседней клеточке
справа) - кальций-40. А радиоактивный кальций-47 - в стоящий справа от него
скандий-47 (тоже радиоактивный), который, в свою очередь, также путём
бета-минус распада превращается в стабильный титан-47.

Название бета-частица сохранилось исторически. Отличие бета-минус частицы от
обычного электрона только в "месте рождения": ядро атома, а не электронные
оболочки вокруг ядра, а также и в скорости (энергии) вылета. Скорость вылета
бета-частицы - 9/10 скорости света, т. е. 270 тыс. км/сек.
Естественных бетта-активных радионуклидов не очень много. А среди значимых
ещё меньше. К ним можно отнести, прежде всего, калий-40 (Т1/2 = 1,3 · 109 лет),
хотя в природной смеси изотопов калия его содержится всего 0,0119%.
Кроме К-40 значимыми естественными бета-минус-активными радионуклидами
являются также и все продукты распада урана и тория.
Дело в том, что, например, торий-234, образующийся при альфа-распада он
превращается в протактиний-234, который в свою очередь аналогичным образом
снова в уран, но уже в другой изотоп - уран-234. А уран-234 (снова путём альфараспада) - опять в торий, но уже в торий-230. Далее торий-230 путем альфараспада - в радий-226, радий - в радон.
И так далее - до таллия включительно, но с различными бета-минус-переходами
"в обратную сторону". Кончаются же все эти альфа и бета-минус-переходы
образованием стабильного свинца-206.
Таким образом, к значимым естественным бета-минус-активным радионуклидам
можно отнести К-40 и все элементы от таллия до урана.
Бета-плюс распад (- это выбрасывание (испускание) из ядра бета-плюс частицы
- позитрона (положительно заряженного "электрона"), который образовался в
результате самопроизвольного превращения одного из протонов в нейтрон и
позитрон. В результате этого (так как протонов стало меньше) данный элемент
превращается в соседний слева (с меньшим номером, предыдущий).
Так, например, при бета-плюс распаде радиоактивный изотоп магния магний-23
превращается в стабильный изотоп натрия (стоящего слева) - натрий-23, а
радиоактивный изотоп европия европий-150 превращается в стабильный изотоп
самария - самарий-150.
бета-распад - это испускание бета- или бета+частиц, то есть
обычных электронов с зарядом -1 (е-) или позитронов - "электронов"
с зарядом +1 (e+).
Скорость вылета бета-частиц из ядра составляет 9/10 скорости
света - 270 000 км/сек.
Содержание

Другие виды радиоактивного распада
Кроме указанных альфа- и бета-распада существуют другие виды радиоактивного
распада, менее распространённые и более характерные для радионуклидов
искусственного происхождения.
Нейтронный распад - испускание из ядра атома нейтрона (n) - нейтральной
частицы с массой 1 ед. При испускании нейтрона один изотоп данного
химического элемента превращается в другой с меньшим весом. Так, например,

при нейтронном распаде радиоактивный изотоп лития литий-9 превращается в
литий-8, радиоактивный гелий-5 - в стабильный гелий-4.
Если стабильный изотоп йода йод-127 облучать гамма-квантами, то он
становится радиоактивным, выбрасывает нейтрон и превращается в другой, тоже
радиоактивный изотоп йод-126.
Протонный распад - крайне редкий вид распада -это испускание из ядра атома
протона (р) - частицы с массой 1 ед. и зарядом +1. При испускании протона
данный химический элемент превращается в соседний слева (с меньшим
номером, предыдущий), а атомный вес уменьшается на единицу.
Как уже было сказано, все радиоактивные превращения, в том числе и все
разновидности радиоактивного распада, сопровождаются, как правило, за редким
исключением, выделением избытка энергии в виде гамма-излучения - гаммаквантов, а иногда также и рентгеновского излучения (фотонов) с меньшей
энергией.
Гамма-излучение - это поток гамма-квантов, это электромагнитное излучение,
более "жёсткое", чем обычное медицинское рентгеновское.
Название "гамма-излучение" также сохранилось исторически. Отличие гаммаизлучения от рентгеновского (как и в случае b-излучения), также только в "месте
рождения": ядро атома, а не электронные оболочки.
гамма-излучение - электромагнитное излучение, более "жёсткое",
чем обычное рентгеновское.
гамма-кванты -это электромагнитные частицы - порции энергии.
"Место рождения" гамма-квантов - ядро атома.
Рентгеновское излучение - это тоже электромагнитное излучение,
но "место рождения" рентгеновского излучения - электронные
оболочки атомов.

Содержание

Основные характеристики радиоактивного распада
Все виды самопроизвольных (спонтанных) радиоактивных превращений (и

распада, и деления) - процесс случайный, статистический.
Все виды самопроизвольного радиоактивного распада характеризуются
временем жизни радионуклида и его активностью, то есть скоростью распада.
Показателем времени жизни радионуклида, скорости его распада является
период полураспада. Используется также радиоактивная постоянная или
постоянная (константа) распада.
Период полураспада (T1/2)- время, в течение которого половина радиоактивных
атомов распадается и их количество уменьшается в 2 раза. Периоды
полураспада у всех радионуклидов разные - от долей секунды (короткоживущие
радионуклиды) до миллиардов лет (долгоживущие).
Активность - это количество актов распада (в общем случае актов
радиоактивных, ядерных превращений) в единицу времени (как правило, в
секунду). Единицами измерения активности являются беккерель и кюри.
Беккерель (Бк) - это один акт распада в секунду (1 расп/сек). Единица названа в
честь французского физика, лауреата Нобелевской премии Антуана Анри
Беккереля.
Кюри (Ки) - 3,7·1010 Бк (расп/сек). Эта единица возникла исторически: такой
активностью обладает 1 грамм радия-226 в равновесии с дочерними продуктами
распада. Именно с радием-226 долгие годы работали лауреаты Нобелевской
премии французские учёные супруги Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри.
Кратными единицами для беккереля являются тысяча (кило-беккерель, кБк),
миллион (мегабеккерель, МБк) и миллиард (гигабеккерель, ГБк).
Дольными единицами для кюри являются тысячная доля кюри - милликюри
(мКи), и миллионная доля - микрокюри (мкКи, мКи):
1 мКи = 3,7 х 107 Бк; 1мкКи = 3,7 х 104 Бк.
Есть понятие "удельная активность" (весовая или объёмная) - это активность
единицы массы (веса) или объёма вещества. Или, точнее, активность
радионуклида (или смеси радионуклидов) в единице веса или объёма вещества.
Иногда используют площадную активность: Бк или Ки на м2 или км2
Ориентировочно можно считать, что активность небольшого количества (граммы)
и/или с небольшой начальной активностью (мКи; мкКи) радионуклида
уменьшается до практически безопасного уровня (иногда почти до нуля) через 10
периодов полураспада. За это время количество радиоактивных атомов, а значит
и актов распада, то есть активность, уменьшается в 210 = 1024 раза.
Радиоактивная постоянная (постоянная или константа распада) l - это доля
атомов, распадающихся в 1 секунду.
l = 0,693/Т1/2 (сек-1), где
0,693 - это ln 2 из закона радиоактивного распада Nt = N0 х e-lt, где
N0 и Nt - число радиоактивных атомов в начальный (нулевой) момент времени и
число атомов, оставшихся к моменту t;

t - время в секундах.
Так как за время, равное одному периоду полураспада, число радиоактивных
атомов уменьшается в два раза, то при t = T1/2 имеем: Nt = N0/2: e-lt = 1/2; e-lt = 2
(где t = T1/2 ) и в итоге ln2 = l х Т1/2
Содержание

Основные характеристики ионизирующего излучения. Проникающая
способность излучения
Все атомные и субатомные частицы, вылетающие из
ядра атома при радиоактивном распаде: альфа, бета,
n, p, гамма и т. д. - называют радиоактивными
частицами, радиоактивным или ионизирующим
излучением (ИИ), так как все они при прохождении
через вещество:
- во-первых, приводят к его ионизации, к образованию горячих
(высокоэнергетичных) и исключительно реакционно-способных частиц:
ионов и свободных радикалов (осколков молекул, не имеющих заряда) и
- во-вторых, могут приводить к активации (активированию) вещества, к
появлению та