Нейтроны-нейтральные частицы с единичной массой - обладают очень большой проникающей способностью. Нейтроны высокой энергии (быстрые нейтроны) взаимодействуют с ядрами, вызывая выброс протона. Нейтроны низкой энергии (тепловые нейтроны) при взаимодействии с ядрами образуют радиоактивные ядра, испускающие (3-частицы или улучи - Действие нейтронов на целлюлозу является результатом этих вторичных излучений.[ ...]
Излучение ионизирующее - электромагнитная (рентгеновские лучи, улучи) и корпускулярная] (ос-частицы, (3-частицы, поток протонов и нейтронов) радиация, в той или иной степени проникающая в живые ткани и вызывающая в них изменения, связанные с «выбиванием» электронов из атомов и молекул или прямым и опосредованным возникновением ионов. В дозах, превышающих естественные (природный радиационный фон), И.и. вредно для организмов.[ ...]
Нейтроны в районе взрыва захватываются атомами азота воздуха, создавая при этом гамма-излучение, механизм воздействия которого на окружающий воздух аналогичен первичному гамма-излучению, то есть способствует поддержанию электромагнитных полей и токов.[ ...]
Нейтронное излучение преобразует свою энергию в результате соударения с ядрами вещества. При неупругих взаимодействиях возможно возникновение вторичных излучений, которые могут иметь как заряженные частицы, так и у-излучения. При упругих столкновениях возможна ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов в значительной степени зависит от их энергии.[ ...]
Нейтронное излучение представляет собой поток ядерных частиц, не имеющих электрического заряда. Масса нейтрона приблизительно в 4 раза меньше массы альфа-частиц. В зависимости от энергии различают медленные нейтроны (с энергией менее 1 КэВ1), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 КэВ) и быстрые нейтроны (от 500 КэВ до 20 МэВ). Среди медленных нейтронов различают тепловые нейтроны с энергией менее 0,2 эВ. Тепловые нейтроны находятся по существу в состоянии термодинамического равновесия с тепловым движением атомов среды. Наиболее вероятная скорость движения таких нейтронов при комнатной температуре составляет 2200 м/с. При неупругом взаимодействии нейтронов с ядрами атомов среды возникает вторичное излучение, состоящее из заряженных частиц и гамма-квантов (гамма-излучение). При упругих взаимодействиях нейтронов с ядрами может наблюдаться обычная ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии, но она существенно выше, чем у альфа- или бета-частиц. Так, длина пробега нейтронов промежуточных энергий составляет около 15 м в воздушной среде и 3 см в биологической ткани, аналогичные показатели для быстрых нейтронов - соотве-ственно 120 м и 10 см. Таким образом, нейтронное излучение обладает высокой проникающей способностью и представляет для человека наибольшую опасность из всех видов корпускулярного излучения. Мощность нейтронного потока измеряется плотностью потока нейтронов (нейтр./см2 с).[ ...]
Доля нейтронов в общей дозе облучения при проникающей радиации меньше дозы гамма-излучения, но с уменьшением мощности ЯБП она увеличивается. Нейтроны вызывают наведенную радиацию в металлических предметах и фунте в районе взрыва. Радиус зоны поражения проникающей радиацией значительно меньше радиусов поражения ударной волной и световым импульсом.[ ...]
Гамма-излучение представляет собой поток у - квантов, т. е. это электромагнитное излучение с очень короткой длиной волны, у - лучи глубоко проникают в организм человека и представляют большую радиационную опасность. Нейтронное излучение также обладает большой проникающей способностью.[ ...]
Термин «излучения высокой энергии» используется в настоящем обзоре для обозначения излучений, которые взаимодействуют с веществом неспецифическим (в химическом отношении) образом, т. е. характер взаимодействия почти не зависит от химического строения вещества. Для излучения такого рода часто применяют также термин «ионизирующие излучения». Энергия излучений этого типа обычно во много раз превосходит энергию химической связи. Напротив, энергия ультрафиолетового или видимого света обычно представляет собой величину примерно того же порядка, что и энергия химической связи. Поглощение ультрафиолетового и видимого света зависит от химической структуры вещества (разд. В настоящем разделе описано в основном влияние рентгеновских и гамма-лучей , электронов и нейтронов на химические и физические свойства целлюлозы.[ ...]
Фотонное излучение, а также нейтроны и другие незаряженные частицы непосредственно ионизацию не производят, но в процессе взаимодействия со средой они высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны и т.д.), способные ионизировать атомы и молекулы среды, через которую они проходят. Таким образом, ионизирующее излучение, состоящее из незаряженных частиц (например, нейтронов) или фотонов, которые в свою очередь могут создавать непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызывать ядерные превращения, называется косвенным ионизирующим излучением.[ ...]
КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. Корпускулярная радиация сложного состава с высокой энергией и большой проникающей способностью, пронизывающая всю толщу атмосферы с неизменной во времени интенсивностью. Первичное К. И., проникающее в атмосферу из мирового пространства с очень большими скоростями, это - протоны, альфа-частицы (ядра гелия) и атомные ядра ряда других элементов с очень высокой энергией (109-1016 эВ). Ионизируя атомы атмосферных газов, они дают начало вторичному К. И., которое содержит все известные виды элементарных частиц (электроны, мезоны, протоны, нейтроны, фотоны и др.). Поэтому с высотой интенсивность К. И. быстро увеличивается. На уровне 15 км она становится в 150 раз больше, чем у земной поверхности, затем убывает и в высоких слоях атмосферы остается постоянной (около 10 частиц на 1 см2/мнн). К. И. является важнейшим ионизатором атмосферного воздуха.[ ...]
Дозы быстрых нейтронов в 10 -20 раз меньше (выражают их в единицах поглощенной энергии - греях). После воздействия рентгеновским и гамма-излучением или быстрыми нейтронами семена можно сразу высевать.[ ...]
Ионизирующее излучение по своей природе неоднородно. Оно представляет собой корпускулярную радиацию (альфа- и бета-частицы, поток протонов и нейтронов) и электромагнитные колебания (гамма-лучи). Обычно говорят (хотя это и не совсем точно), что альфа-излучение - это испускание ядром частиц, состоящих из двух протонов и двух нейтронов. Бета-излучение представляет собой испускание электронов. Когда нуклид частиц не выбрасывает, а испускает пучок чистой энергии (гамма-квант), говорят о гамма-излучении.[ ...]
Из всех видов излучения, используемых в активационном анализе (быстрые и медленные нейтроны, протоны, дейтроны, а-частицы, жесткие у-кванты), наибольшее применение находят медленные (тепловые) нейтроны.[ ...]
Ионизирующее излучение - любое излучение, за исключением видимого света и ультрафиолетового излучения, взаимодействие которого со средой приводит к ее ионизации, т. е. к образованию зарядов обоих знаков. Все виды ионизирующих излучений разделяют условно на электромагнитные (или волновые) и корпускулярные (а-, 3-, нейтронное, протонное, мезонное и другие излучения).[ ...]
ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - поток частиц (электронов, позитронов, протонов, нейтронов) и квантов (рентгеновские и гамма-лучи) электромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к ионизации возбуждению его атомов и молекул. И. и. в дозах, превышающих естественные, вредно для организма.[ ...]
Ионизирующие излучения - это рентгеновское излучение (Х-лучи), протоны и нейтроны космических лучей, а также а-, Р- и у-л учи, освобождаемые радиоактивными элементами изотопов (плутония, 82Р,МС, 8Н, кобальта-90 и др.). Источником ионизирующего излучения также являются радиоактивные отходы ядерных реакторов.[ ...]
Для защиты от у-излучения используются материалы, имеющие большой атомный номер (например, свинец), а от потока нейтронов - водородосодержащие материалы (вода, полиэтилен, парафин, каучук и др.).[ ...]
Чувствительность нейтронно-активационного анализа даже при отсутствии мешающих радионуклидов является функцией многих переменных, которые могут быть объединены в три основные группы. К первой группе относятся параметры, связанные с облучением проб (плотность потока нейтронов, продолжительность облучения); ко второй группе - параметры, определяющие условия измерения (продолжительность выдержки проб, эффективность регистрации уквантов, продолжительность измерений, уровень мешающих излучений); к третьей группе - ядерно-физические характеристики образующихся радионуклидов (сечение ядерной реакции, распространенность элемента, на котором происходит реакция, период полураспада и квантовый выход аналитической [ ...]
Продукты деления и нейтронной активации испытывают радиоактивные превращения в основном путем р-распада, а в некоторых случаях - испускания позитронов и захвата орбитальных электронов . Ядра тяжелых элементов (ТЬ232, и233, и235, и238, Ри239) распадаются путем а-превращений. Распад подавляющего большинства ядер сопровождается у-излучением..[ ...]
При расчете защиты от нейтронного излучения следует помнить, что защита основывается на поглощении тепловых и холодных нейтронов, а быстрые нейтроны должны сначала замедлиться. Защитные свойства материалов определяются их замедляющей и поглощающей способностями. Для замедления быстрых нейтронов используют материалы, имеющие водородосодержащие вещества (вода, бетон, пластмассы и др.). Для эффективного поглощения тепловых нейтронов используют материалы, обладающие большим сечением захвата (борная сталь, борный графит, сплав кадмия со свинцом).[ ...]
Энергия ионизирующих излучений достаточна для того, чтобы вызвать деструкцию атомных и молекулярных связей в живой клетке, что очень часто и приводит к ее гибели. Чем интенсивнее процесс ионизации в живой ткани, тем больше биологическое воздействие этого излучения на живой организм. В результате сложных биофизических процессов, возникающих под воздействием ионизирующих излучений, в организме образуются разного рода радикалы, которые, в свою очередь, могут образовывать различные соединения, не свойственные здоровой ткани. Кроме того, вызванное ионизирующим действием радиоактивности расщепление молекул воды на водород и гидроксильную группу приводит к ряду нарушений в биохимических процессах. Под воздействием ионизирующих излучений в организме могут происходить торможение функций кроветворных органов, подавление иммунной системы и половых желез, расстройства желудочно-кишечного тракта, нарушения обмена веществ, канцерогенные реакции и т. д. При рассмотрении биологического действия радиоактивности различают внешнее и внутреннее облучения. Внешнее облучение представляет собой случай, когда источник радиации находится вне организма и продукты радиоактивности не попадают внутрь организма. При этом наиболее опасны /?-, у-, рентгеновское и нейтронное облучение. Этот случай на практике реализуется при работе на установках, имеющих рентгеновское и у-излучения, с радиоактивными веществами, запаянными в ампулах и т.п.[ ...]
Некоторые другие типы излучения также представляют хотя бы косвенный интерес для эколога. Нейтроны - это крупные незаряженные частицы, которые сами по себе не вызывают ионизации, но, выбивая атомы из их стабильных состояний, создают наведенную радиоактивность в нерадиоактивных материалах или тканях, сквозь которые они проходят. При равном количестве поглощенной энергии «быстрые» нейтроны вызывают в 10, а «медленные» - в 5 раз большие поражения, чем Гамма-лучи. С нейтронным излучением можно встретиться вблизи реакторов и в местах ядерных взрывов, но, как указано выше, они играют главную роль при образовании радиоактивных веществ, которые затем широко распространяются в природе. Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитное излучение, очень близкое гамма-лучам, но образующееся на внешних электронных оболочках, а не в ядре атома и не испускаемое радиоактивными веществами, рассеянными в окружающей среде. Так как действие рентгеновских и гамма-лучей одинаково и так как рентгеновские лучи легко получать на специальной установке, их удобно применять при экспериментальном изучении особей, популяций и даже небольших экосистем. Космические лучи - это излучение, приходящее к нам из космического пространства и состоящее из корпускулярной и электромагнитной компонент. Интенсивность космических лучей в биосфере мала, однако они представляют собой основную опасность при космическом путешествии (гл. 20). Космические лучи и ионизирующее излучение, испускаемое природными радиоактивными веществами, содержащимися в воде и почве, образуют так называемое фоновое излучение, к которому адаптирована ныне существующая биота. Возможно, что поток генов в биоте поддерживается благодаря наличию этого фонового излучения. В разных частях биосферы естественный фон различается в три-четыре раза. В этой главе мы сосредоточим внимание главным образом на искусственной радиоактивности, которая добавляется к фону.[ ...]
Энергетический спектр нейтронов деления практически непрерывен и простирается от тепловых энергий до энергий около 25 МэВ со средней энергией 1-2 МэВ и наиболее вероятной энергией 0,72 МэВ. При этом доля нейтронов с энергией более 0,1 МэВ (промежуточные и быстрые нейтроны) составляет около 99%- Для поддержания цепной реакции нейтроны замедляются в специальных устройствах - замедлителях, где они приходят в тепловое равновесие со средой и снова взаимодействуют с ядерным топливом. Соотношение потоков быстрых нейтронов спектра деления, резонансных, промежуточных и тепловых нейтронов в активной зоне реактора зависит от типа горючего, замедлителя, геометрии системы и некоторых других факторов. Поскольку в каналах реактора тепловые нейтроны составляют 90-95%, нейтронами других энергий обычно пренебрегают. Однако в практике НАА для повышения селективности определения какого-либо элемента (или группы элементов) используют трансформацию нейтронного излучения за счет применения фильтров из Сс1 или В. Эти фильтры являются сильными поглотителями тепловых нейтронов, что обеспечивает проведение анализа на резонансных и быстрых нейтронах.[ ...]
Энергия радиоактивного излучения измеряется в джоулях (Дж). Активность радиоизотопов определяется числом актов распада в единицу времени и измеряется в беккерелях (Бк), имеющих размерность с-1. В жидкостях удельную радиоактивность препарата выражают в Б к/кг. Важной единицей рентгеновского и 7-излучеиия является экспонирующая доза, измеряемая в кулонах (Кл) на 1 кг вещества. Мощность экспозиционной дозы выражается в А/кг. Мощность дозы - Р/с = = 2,58-10 4 Кл/кг, Р/мин = 4,30 10 6 Кл/кг. Доза излучения оценивается по его биологическому воздействию - коэффициенту качества К. Для рентгеновского и у-излучения К=1, для тепловых нейтронов К = 3.[ ...]
Ионизирующее (проникающее) излучение, или радиация, представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение: рентгеновские и 7-лучи, высокоэнергетические заряженные частицы - электроны, протоны, а-частицы и др., а также быстрые нейтроны - частицы, не имеющие заряда.[ ...]
Еще одной разновидностью радиоактивных излучений являются потоки нейтронов. Нейтроны - это составные части атомных ядер. Масса нейтрона примерно равна массе протона. Нейтроны не имеют электрического заряда. Быстрые нейтроны обладают большой энергией (до десятков Мэе). Они не отталкиваются электрически от положительно заряженных ядер атомов, а потому имеет место упругое соударение этих частиц, в результате которого возникают «протоны отдачи», движущиеся с энергией, примерно равной первоначальной энергии нейтрона. Проникающая способность быстрых нейтронов и «протонов отдачи» велика.[ ...]
Одним из видов физического загрязнения является ионизирующее излучение. Оно обладает энергией, достаточной для того, чтобы выбить один или более электронов из атомов и образовать положительно заряженные ионы, которые в свою очередь вступают в реакцию и разрушают ткани живых организмов. Примерами ионизирующего излучения являются ультрафиолетовое излучение Солнца и аппаратов ультрафиолетового облучения, рентгеновское излучение, нейтронное излучение, возникающее в ходе реакции ядерного деления и ядерного синтеза, а также альфа-, бета- и гамма-излучение, испускаемое радиоактивными изотопами. У некоторых веществ все изотопы радиоактивные (технеций, прометий, а также все элементы таблицы Менделеева, начиная с полония и кончая трансурановыми).[ ...]
В основе большинства радиометрических приборов лежит способность излучений ионизировать среду, через которую они проникают. Альфа- и бета-излучение непосредственно ионизирует атомы среды, а нейтральное излучение, то есть гамма-лучи, рентгеновские лучи и потоки нейтронов ионизируют атомы среды в результате вторичных процессов.[ ...]
Методы, которые дают информацию о У-структуре,- это методы, использующие излучение или частицы, которые взаимодействуют с жидкостью только в течение короткого периода времени и обмениваются регистрируемой долей своей энергии с молекулами в жидкости. Инфракрасная и рамановская спектроскопия так же, как и неупругое рассеяние нейтронов, удовлетворяет этим требованиям и является главным источником информации о У-структуре жидкости (рис. 4.2). Рассеяние нейтронов дает информацию о промежутках времени продолжительностью 10 и с. Поскольку это время совпадает с периодом тп, рассеяние нейтронов является полезным методом исследования природы перемещения временных положений равновесия. Исследования релаксации диэлектрической поляризации и ядерного магнитного резонанса применяются для определения среднего времени между перемещениями. Порядок, в котором ниже рассматриваются свойства воды, основан на временном масштабе, о котором дают информацию указанные методы.[ ...]
Для создания передвижных экранов используют различные материалы. Защита от альфа-излучения достигается применением экранов из обычного или органического стекла толщиной несколько миллиметров. Достаточной защитой от этого вида излучения является слой воздуха в несколько сантиметров. Для защиты от бета-излучения экраны изготавливают из алюминия или пластмассы (органическое стекло). От гамма- и рентгеновского излучения эффективно защищают свинец, сталь, вольфрамовые сплавы. Смотровые системы изготавливают из специальных прозрачных материалов, например, свинцового стекла. От нейтронного излучения защищают материалы, содержащие в составе водород (вода, парафин), а также бериллий, графит, соединения бора и т.д. Бетон также можно использовать для защиты от нейтронов.[ ...]
Экраны из свинца и парафина предотвращают попадание в воду частиц высоких энергий - электронов, протонов, нейтронов и т. д., которые образуются при взаимодействии космического излучения с веществом в верхних слоях земной атмосферы. Чтобы экран предотвращал от проникновения магнитных полей, он должен быть сделан из ферромагнитного материала. Такие устройства существуют, они называются гипомагнитными камерами. В гипомагнитной камере (т. е. под железным колпаком) магнитное поле Земли можно ослабить в 10-100 000 раз.[ ...]
Очень чувствительным является количественное определение мышьяка, основанное на измерении радиоактивного излучения изотопа мышьяка, получаемого действием медленных нейтронов . Этот метод был применен в Англии для определения мышьяка в морской воде.[ ...]
Для сравнения: обычный ядерный заряд аналогичной мощности поражает около 50 га леса, т.е. примерно в 6 раз меньше, чем нейтронная бомба. При этом все объекты и предметы в зоне воздействия сами станут источниками радиоактивного излучения. В отношении людей возможные последствия ядерного излучения нейтронных боеприпасов примерно в 7 раз опаснее гамма-излучения.[ ...]
Указанное утверждение вытекает из анализа результатов, полученных при изучении биологического действия ионизирующих излучений, которые убедительно свидетельствуют о высокой канцерогенности ионизирующих излучений. Следует, однако, отметить, что канцерогенность этих излучений подтверждалась, главным образом, данными, полученными при внешнем облучении рентгеновским, гамма-излучением, нейтронными потоками и в меньшей степени при внутреннем облучении излучениями инкорпорированных радионуклидов.[ ...]
Различают внешнее и внутреннее облучение организма. Под внешним облучением понимают воздействие на организм ионизирующих излучений от внешних по отношению к нему источников. Внутреннее облучение осуществляется радиоактивными веществами, попавшими внутрь организма через дыхательные органы, желудочно-кишечный тракт или через кожные покровы. Источники внешнего излучения - космические лучи, естественные радиоактивные источники, находящиеся в атмосфере, воде, почве, продуктах питания и др., источники альфа-, бета-, гамма-, рентгеновского и нейтронного излучений, используемые в технике и медицине, ускорители заряженных частиц, ядерные реакторы (в том числе и аварии на ядерных реакторах) и ряд других.[ ...]
В зависимости от типа используемых фотоядерных реакций и аналитических задач применяют различные типы источников активирующего у-излучения (изотопные источники большой активности высокоэнергетического у-излучения с Еу > > 1 МэВ, источники моноэнергетического у-излучения на основе использования протонных, нейтронных и других ядерных реакций, источники тормозного излучения: линейные ускорители электронов, бетатроны, синхротроны и др.).[ ...]
Вполне понятно, что новообразования (раковые опухоли) чаще всего появляются в наиболее облучаемых тканях. При равномерном облучении, что имеет место в поле гамма- или нейтронного излучения или при инкорпорации равномерно распределяющихся радионуклидов, вероятность возникновения опухоли определяется радиочувствительностью органа. Играет также роль путь поступления радиоактивных веществ в организм.[ ...]
В мире, окружающем нас, на первый взгляд, царит беспорядок и хаос, однако в нем все взаимосвязано и взаимообусловлено, схвачено обратными связями и кооперативно согласовано. Между всеми объектами Вселенной, начиная от элементарной частицы и живой клетки до нейтронной звезды и Галактики, постоянно происходит обмен энергией. Многие процессы на Земле теснейшим образом связаны с процессами, происходящими на Солнце и в космосе. Незначительные флюктуации электромагнитного и корпускулярного излучений Солнца вызывают значительные вариации процессов магнитосферы Земли под воздействием солнечного ветра, а, следовательно, и изменение состояния ее атмосферы, литосферы и гидросферы.[ ...]
Космические лучи, возникающие в Галактике, достигают Земли, причем их интенсивность меняется во времени за счет процессов модуляции, обусловленных действием Солнца. Энергия этих частиц 10 Мэв - 100 Гэв, что позволяет им проникать в земную атмосферу и вызывать вторичное излучение в виде потоков нейтронов и протонов. Интенсивность этого излучения циклически изменяется, однако конкретное ее значение в конкретной точке земного шара зависит от высоты и магнитной широты места.[ ...]
Радиоизотопные источники. В настоящее время наибольшее распространение получили радиоизотопные источники, основанные на реакции (а, п). В качестве мишени обычно используют бериллий - Ве9(а, п)С12. Это приводит к тому, что спектр нейтронов Ро210-Ве-источника непрерывен и заключен в диапазоне энергий от долей электронвольта до 11,3 МэВ с максимумами в области 3 и 5 МэВ. Промышленность выпускает источники внешним излучением п-(10®-10ь) нейтр/с. Недостатком этих источников является относительно малый период полураспада Ро210, равный 138 сут.[ ...]
Роль трития как одного из основных компонентов длительного радиоактивного загрязнения внешней среды может выть весьма существенной, и это обстоятельство стимулирует разработку методов определения трития в объектах внешней среды. Вместе с тем тритий, являющийся изотопом водорода, по своим физико-химическим свойствам и энергии излучения значительно отличается от остальных компонентов радиоактивного загрязнения внешней среды (осколки деления, продукты нейтронной активации), поэтому и методы его определения специфичны.[ ...]
По своему назначению реакторы делятся на энергетические, экспериментальные и исследовательские . Экспериментальные реакторы - это реакторы, предназначенные для уточнения физических параметров и инженерных систем самих реакторов. Под исследовательскими реакторами понимаются такие реакторы, которые используются как мощные источники нейтронного и излучения для исследовательских работ и испытания твэлов. Такое деление не является четким, так как и экспериментальные и исследовательские реакторы предназначаются для различного рода исследований и более правильно их относить к одной группе.[ ...]
Показания дозиметрического прибора от измерения к измерению могут значительно отличаться, особенно при измерении малых значений, так как радиоактивный распад - процесс вероятностный. Поэтому для получения более достоверного результата рекомендуется проводить измерения несколько раз. В качестве результата измерения принимают среднее значение т измерений (т - 3...10 раз). Кроме того, следует учитывать, что дозиметрические приборы для населения обеспечивают измерения или оценку мощности дозы внешнего гамма-излучения и практически не чувствительны к альфа-, бета- и нейтронному излучениям, а также к «мягкому» рентгеновскому и тормозному излучениям (цветного телевизора, цветных дисплеев компьютеров, рентгеновских установок с ускоряющим напряжением на трубке менее 60...80 кВ и др.).
Нейтронное излучение - поток нейтронов, которые преобразуют свою энергию в упругих и неупрутах взаимодействиях с ядрами атомов. При неупругих взаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как ич заряженных частиц, так и из гамма-квантов (гамма-излучения). При упругих взаимодействиях возможна обычная ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов большая.
Нейтронное излучение - это поток нейтронов. Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, они свободно взаимодействуют с ядрами атомов, вызывая ядерные реакции. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии и состава атомов вещества, с которыми они взаимодействуют.
Известно, что радиоактивное излучение, взаимодействуя с облучаемой средой, образует электрические заряды разных знаков (ионы). Этот процесс называется ионизацией и обусловлен действием на облучаемую среду ядер атомов гелия (а-частицы), электронов, позитронов (р-частицы), заряженных и незаряженных частиц (корпускулярное и нейтронное излучение), электромагнитного (у-излучение) ", фотонного (характеристическое, тормозное и рентгеновское) и другого излучений 2. Ни один из этих видов радиоактивного излучения не воспринимается органами чувств человека. Глубина проникновения и степень воздействия каждого из них и всех вместе на организм, состояние здоровья человека зависят от следующих факторов:
Нейтронное излучение является потоком электронейтральных частиц ядра. Так называемое вторичное излучение нейтрона, когда он сталкивается с каким-либо ядром или электроном, оказывает сильное ионизирующее воздействие. Ослабление нейтронного излучения эффективно осуществляется на ядрах легких элементов, особенно водорода, а также на материалах, содержащих такие ядра - воде, парафине, полиэтилене и др.
Нейтроны не обладают электрическим зарядом. Условно нейтроны в зависимости от кинетической энергии разделяются на быстрые (до 10 МэВ), сверхбыстрые, промежуточные, медленные и тепловые. Нейтронное излучение обладает большой проникающей способностью. Медленные и тепловые нейтроны вступают в ядерные реакции, в результате могут образовываться стабильные или радиоактивные изотопы.
Нейтронное излучение преде?авляет собой поток нейтральных, то есть незаряженных частиц нейтронов (п), являющихся составной частью всех ядер, за исключением атома водорода. Они не обладают зарядами, поэтому сами не оказывают ионизирующего действия, однако весьма значительный ионизирующий эффект происходит за счет взаимодействия нейтронов с ядрами облучаемых веществ. Облучаемые нейтронами вещества могут приобретать радиоактивные свойства, то есть получать так называемую наведенную радиоактивность. Нейтронное излучение образуется при работе ускорителей элементарных частиц, ядерных реакторов и т. д. Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Задерживаются нейтроны веществами, содержащими в своей молекуле водород (вода, парафин и др.).
В качестве защитного материала часто используют парафин, толщина которого для Ро -Be- и Ро -В-источников нейтронов будет примерно в 1,2 раза меньше, чем толщина водной защиты, определенная по приведенным на рис. 5 и 6 номограммам. Следует отметить, что нейтронное излучение радиоизотопных источников часто сопровождается у-излучением, поэтому необходимо проверять, обеспечивает ли защита от нейтронов также защиту от Y-излучения. Если не обеспечивает, то необходимо вводить в защиту компоненты с высоким атомным номером (железо, свинец).
При внешнем облучении основную роль играют гамма- и нейтронное излучение. Альфа- и бета-частицы составляют главный поражающий фактор радиоактивных облаков, образуемых продуктами деления, остатками расщепляющегося материала и вторично активированными веществами при ядерном взрыве, однако эти частицы легко поглощаются одеждой и поверхностными слоями кожи. Под действием медленных нейтронов в организме создается наведенная радиоактивность, которая была обнаружена в костях и других тканях многих людей, умерших в Японии от лучевой болезни.
Судя по опубликованным данным, нейтронная бомба отличается от «классических» видов ядерного оружия - атомной и водородной бомб - прежде всего мощТолщина слоя половинного ослабления для нейтронного излучения определяется по справочным данным, для гамма-излучения может быть вычислена по плотности материала: rfno;, 23/р, где р - плотность материала, г"см"; 23 см - слой воды (плотность 1 г/см3), ослабляющей гамиа-излучеиие ядерного взрыва в два раза.
Защитные сооружения ГО надежно обеспечивают защиту людей от проникающей радиации. Расчет защитных свойств этих сооружений производится но гамма-излучению, так как доза гамма-излучения значительно выше дозы нейтронного излучения, а слои половинного ослабления для строительных материалов приблизительно одинаковы.
Комплект ИД-1 предназначен для измерения поглощенных доз гамма-нейтронного излучения. Он состоит из индивидуальных дозиметров ИД-1 и зарядного устройства ЗД-6. Принцип работы дозиметра ИД-1 аналогичен принципу работы дозиметров для измерения экспозиционных доз гамма-излучения (например, ДКП-50А).
Д л я определен и я и а л и ч и я наведенной а к-т и в н о с т и техники, подвергшейся воздействию нейтронного излучения, производят два измерения - снаоужп и внутри техники. Если результаты измерений близки между собой, это означает, что техника имеет наведенную активность.
Из таблицы следует, что слой половинного ослабления легких материалов для нейтронного излучения в несколько раз меньше, чем для тяжелых. И наоборот, тяжелые материалы, например металлы, хуже ослабляют нейтронное излучение, чем гамма-излучение.
Все защитные сооружения, выполненные из неметаллических материалов, прекрасно защищают от гамма-нейтронного излучения. Их эффективность защиты от нейтронного излучения может быть повышена путем применения прокладок из легких материалов-(полиэтилена, стеклопластика и др.).
Наиболее чувствительными к воздействию проникающей радиации являются фото-, полупроводниковые и органические материалы. Тг к, фотопленка засвечивается при облучении экспозиционной дозой в несколько рентген. Большой радиационной стойкостью обладают неорганические материалы и металлы. В табл. П.6 15] даны ориентировочные сведения по стойкости различных материалов к воздействию гамма- и нейтронного излучения. Они сгруппированы по стойкости, определенной по изменению электрических и механических параметров. Под максимально допустимыми потоком и экспозиционной дозой понимаются такие потоки и дозы, при которых характеристики материалов ухудшаются на 25%.
Защита от нейтронного излучения. Пространственное распределение плотности потока (мощности дозы) нейтронов в большинстве случаев можно описать экспериментальной зависимостью ср = срое8*. В расчетах вместо линейного коэффициента ослабления 5 часто используют массовый коэффициент ослабления 5„ = 5/р, где р-плотность защитной среды. Тогда произведение 5Л может быть представлено в виде 5Л = 8, (ря) = 5,/и, где т„ - поверхностная плотность экрана. С учетом этого
При проектировании защиты от нейтронного излучения необходимо учитывать, что процесс поглощения эффективен для тепловых, медленных и резонансных нейтронов, поэтому быстрые нейтроны должны быть предварительно замедлены. Тяжелые материалы хорошо ослабляют быстрые нейтроны. Промежуточные нейтроны эффективнее ослаблять йодородосодержащими веществами. Это означает, что следует искать такую комбинацию тяжелых и водородосодержащих веществ, которые давали бы наибольшую эффективность (например, используют комбинации Н2О + Fe, Н2О + РЬ).
Большое практическое значение имеет проблема комбинированного влияния ионизирующего излучения и химического фактора в окружающей среде. Особенно злободневны два аспекта этой проблемы: первый - уменьшить разрушающее действие радиации с помощью вредного вещества, используя явление антагонизма. Например, установлено, что острое воздействие ядов, вызывающее в организме гипоксию (снижение кислорода в тканях) и одновременное и последовательное действие ионизирующей радиации, сопровождается ослаблением тяжести радиационного поражения, т. е. способствует большей радиационной устойчивости организма. Такие вещества называют радиопротекторами. Этот эффект замечен для оксида углерода, анилина, цианидов и др. Защитное действие гипоксии и некоторых веществ наиболее выражено при воздействии гамма, рентгеновского и нейтронного излучения, а также при облучении тяжелыми ядрами.
Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водоро-досодержащие материалы, т. е. имеющие в своей химической формуле атомы водорода. Обычно применяют воду, парафин, полиэтилен. Кроме того, нейтронное излучение хорошо поглощается бором, бериллием, кадмием, графитом. Поскольку нейтронные излучения сопровождаются гамма-излучениями, необходимо применять многослойные экраны из различных материалов: свинец-полиэтилен, сталь - вода и т. д. В ряде случаев для одновременного поглощения нейтронного и гамма-излучений применяют водные растворы гидроксидов тяжелых металлов, например, гидроксид железа Fe(OH)3.
Механизм воздействия ИИ на человека.
Принципиальной особенностью действия ионизирующего излучения является его способность проникать в биологические ткани, клетки, субклеточные структуры и, вызывая одномоментную ионизацию атомов, за счёт химических реакций повреждать их. Ионизирована может быть любая молекула, а отсюда все структурно-функциональные разрушения в соматических клетках, генетические мутации, воздействия на зародыш, болезнь и смерть человека.
Механизм такого воздействия заключается в поглощении энергии ионизации организмом и разрыве химических связей его молекул с образованием высокоактивных соединений, так называемых свободных радикалов.
Организм человека на 75% состоит из воды, следовательно, решающее значение в этом случае будет иметь косвенное воздействие радиации через ионизацию молекулы воды и последующие реакции со свободными радикалами. При ионизации молекулы воды образуется положительный ион Н О и электрон, который, потеряв энергию, может образовать отрицательный ион Н О. Оба эти иона являются неустойчивыми и распадаются на пару стабильных ионов, которые рекомбинируют (восстанавливаются) с образованием молекулы воды и двух свободных радикалов ОН и Н, отличающихся исключительно высокой химической активностью. Непосредственно или через цепь вторичных превращений, таких как образование перекисного радикала (гидратного оксида воды), а затем перекиси водорода Н О и других активных окислителей группы ОН и Н, взаимодействуя с молекулами белков, они ведут к разрушению ткани в основном за счет энергично протекающих процессов окисления. При этом одна активная молекула с большой энергией вовлекает в реакцию тысячи молекул живого вещества. В организме окислительные реакции начинают превалировать над восстановительными. Наступает расплата за аэробный способ биоэнергетики - насыщение организма свободным кислородом.
Кроме того, дополнительное поступление энергии ионизации в организм нарушает сбалансированность энергетических процессов, происходящих в нём. Ведь наличие энергии в органических веществах зависит в первую очередь не от их элементарного состава, а от строения, расположения и характера связей атомов, т.е. тех элементов, которые легче всего поддаются энергетическому воздействию.
Нейтронное излучение. Нейтроны излучаются ядрами при ядерных реакциях, когда полученная извне ядром энергия бывает достаточная для разрушения связи нейтрона с ядром, в результате деления ядер урана. Не имея заряда, нейтроны не взаимодействуют с электрическими полями электронов и ядер при прохождении через вещество и беспрепятственно движутся до столкновения с ядром. А так как размеры ядер неизмеримо меньше самих атомов, то столкновения очень редки и длина свободного пробега даже в твердых телах достигает несколько сантиметров (в воздухе сотни метров).
Рассматривают три вида взаимодействия нейтронов с веществом:
упругое рассеяние на ядрах – когда часть энергии нейтрона передается ядру, другая часть остается у рассеянного нейтрона. При упругом рассеянии внутренняя энергия ядра не изменяется, она лишь приобретает кинетическую энергию;
неупругое рассеяние на ядрах – когда внутренняя энергия отдачи изменяется. Ядро становится возбужденным и возвращаясь в нормальное состояние может испустить гамма-квант;
захват нейтронов ядрами – при захвате нейтронов ядрами образуется сильно возбужденное ядро, которое, возвращаясь в нормальное состояние, может испустить различные частицы.
По энергии нейтроны делятся на тепловые, промежуточные и быстрые. Для защиты от нейтронного излучения применяются материалы, обладающие высокой замедляющей и поглощающей способностью – вода, парафин, графиты, бор, кадмий и т.д.
Основным источником нейтронов является работающий реактор. Под действием нейтронов в реакторе происходит активация теплоносителя, конструкционных материалов, а также продуктов коррозии оборудования и трубопроводов. Образующиеся при этом радиоактивные изотопы являются источниками гамма- и бета – излучений. При делении урана в реакторе образуются осколочные продукты деления обладающие, в основном, гамма- и бета- активностью, а также газообразные продукты деления.
Бета-излучения
Бета-частицы – поток электронов или позитронов, испускаемых ядрами радиоактивных элементов при бета-распаде. Электрон (b – -частица) имеет массу m e = 9,109´10 -31 кг и отрицательный заряд e = 1,6´10 -19 Кл. Позитрон (b + -частица) – элементарная частица с положительным электрическим зарядом, античастица по отношению к электрону . Массы электрона и позитрона равны, а их электрические заряды и магнитные моменты равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку. Позитрон стабилен, но в веществе существует лишь короткое время (доли секунды) из-за аннигиляции с электронами.
Бета-частицы одного и того же радиоактивного элемента обладают различным запасом энергии. Это объясняется природой бета-распада радиоактивных ядер, при котором образующаяся энергия распределяется между дочерним ядром, бета-частицей и нейтрино в различных соотношениях. Таким образом, энергетический спектр бета-частиц сложный и непрерывный. Максимальная энергия лежит в пределах от 0,018 до 13,5 МэВ. Бета-распад может происходить не только на основной уровень, но и на возбужденные уровни дочернего ядра. Поток бета-частиц называется бета-излучением. В результате электронного бета-распада исходное ядро превращается в новое ядро, масса которого остается прежней, а заряд увеличивается на единицу, при этом появляется частица – антинейтрино:
Позитронный бета-распад приводит к образованию ядра с прежней массой и зарядом, уменьшенным на единицу, при этом образуется нейтрино:
Нейтрино от антинейтрино отличается направлением спина по отношению к импульсу.
К бета-распаду относится еще один вид превращения ядер – электронный захват , при котором ядро притягивает к себе один из электронов, расположенных на внутренних орбитах атома (чаще К-слоя):
; 
Место захваченного электрона сразу же заполняется электроном с более высокого уровня, при этом испускается рентгеновское излучение. Ядро же такого атома остается неизменным по массе, превращается в новое ядро с зарядом, уменьшенным на единицу.
Часто один и тот же радионуклид подвергается одновременно нескольким типам распада. Например, К-40 претерпевает электронный распад и электронный захват (К-захват).
Таким образом, при всех видах бета-распада массовое число ядра остается без изменения, а зарядовое число изменяется на единицу.
При взаимодействии бета-частиц с веществом происходит ионизация и возбуждение атомов, при этом бета-частицы передают атомам свою кинетическую энергию и рассеиваются. Потеря бета-частицей энергии при каждом акте взаимодействия с веществом сопровождается уменьшением ее скорости до тепловой скорости движения вещества. Отрицательная бета-частица при этом либо остается в виде свободного электрона, либо присоединяется к нейтральному атому или положительному иону, превращая первый в отрицательный ион, а второй – в нейтральный атом. Положительная бета-частица (позитрон) в конце своего пути, сталкиваясь с электроном, соединяется с ним и аннигилирует.
Многократные изменения направления бета-частицы при ее взаимодействии с веществом приводят к тому, что глубина проникновения ее в вещество – длина пробега – оказывается значительно меньше истиной длины пути бета-частицы в веществе, а ионизация носит объемный характер.
Средняя величина удельной ионизации – линейная плотность ионизации – в воздухе зависит от энергии бета-частиц и составляет 100–300 пар ионов на 1 см пути, а максимальный пробег в воздухе достигает нескольких метров, в биологической ткани – сантиметры, в металлах – десятки мкм. Скорость движения бета-частиц в воздухе близка к скорости света (250000–270000 км/с).
Для защиты от бета-излучения используются: стекло, алюминий, плексиглас, полимеры – материалы, состоящие из элементов с малым порядковым номером.
Толщина слоя вещества, в котором происходит полное поглощение бета-частиц, соответствует максимальной длине пробега – длине пробега бета-частиц, имеющих наибольшую энергию в данном спектре, может быть определена по формуле
где R max – максимальная длина пробега (толщина слоя), см; E max – максимальная энергия бета-частиц в спектре, МэВ; r – плотность вещества, г/см 3 .
Потеря энергии бета-частицами и рассеяние их в веществе приводят к постепенному ослаблению потока бета-частиц, которое выражается экспоненциальной зависимостью
, (3.4)
где N – число бета-частиц, прошедших слой вещества толщиной R в единицу времени; N 0 – начальное число бета-частиц, падающих в единицу времени на поглощающий слой; m л – линейный коэффициент поглощения, см -1 ; R – толщина поглощающего слоя, см.
Нейтронные излучения
Свободные нейтроны образуются в процессе спонтанного деления ядра, под которым понимается его расщепление, т.е. распад на два осколка, сумма масс которых примерно равна массе исходного ядра. Возникающие в процессе деления ядер нейтроны имеют энергию около 2 МэВ.
235 92 U + 1 0 n – 56 144 Ва + 89 36 Кr + 2 0 1 n + Q
Нейтрон
(n) – элементарная, электрически нейтральная частица с массой m n = 1,6748´10 -27 кг. Нейтрон в свободном состоянии нестабилен, он самопроизвольно превращается в протон с испусканием электрона и антинейтрино: 1 0 
; время жизни нейтронов составляет около 16 мин.
Около 1 % нейтронов испускаются возбужденными осколками деления исходного ядра. При этом изменяется энергетическое состояние ядра-осколка с уменьшением массового числа на единицу:
.
Такие превращения происходят после завершения процесса деления ядра за время от долей до десятков секунд. Нейтроны, испускаемые спустя период времени порядка секунды после акта деления, называются запаздывающими . Энергия запаздывающих нейтронов – около 0,5 МэВ.
Нейтроны, взаимодействуя с веществом, либо рассеиваются, либо захватываются ядрами атомов вещества. Различаются рассеяние упругое и неупругое и радиационный захват с испусканием заряженных частиц.
Упругим называется такое рассеяние, при котором нейтрон, столкнувшись с ядром атома, передает ему часть кинетической энергии и отскакивает от ядра, изменив направление своего движения, с уменьшенной энергией. При столкновениях переданная нейтроном ядру энергия превращается в кинетическую энергию ядра, которое приходит в движение и называется ядром отдачи (рис.7) . Ядра отдачи, получившие от нейтрона достаточно большую энергию, могут оказаться выбитыми из атомов и будут взаимодействовать с веществом как заряженные частицы, производя ионизацию.
Наибольшую энергию нейтрон теряет при взаимодействии с ядрами, равными или близкими ему по массе. Так как при этом происходит замедление нейтронов, то особенно эффективными замедлителями являются легкие элементы (водород, бериллий, графит). Вероятность упругого рассеяния растет с уменьшением энергии нейтрона и заряда ядра.
Рис. 7. Упругое столкновение нейтрона с ядром
Неупругим рассеянием называется такое взаимодействие нейтрона с ядром, когда нейтрон проникает в него, выбивая из него один из нейтронов меньшей энергии и другого направления, чем первоначальный, и переводит ядро в возбужденное состояние, из которого оно очень быстро переходит в основное состояние с испусканием гамма-кванта (рис. 8).
Неупругое рассеяние характерно для взаимодействия нейтронов достаточно больших энергий с ядрами тяжелых элементов.
Рис. 8. Неупругое столкновение нейтрона с ядром
Явление, при котором нейтрон, проникая в ядро, образует более тяжелый изотоп взаимодействующего с ним ядра, называется захватом нейтронов . Ядро, захватившее нейтрон, переходит в возбужденное состояние и, возвращаясь в основное состояние, испускает один или несколько гамма-квантов с энергией порядка мегаэлектронвольт или заряженные частицы (рис. 9).
Захват нейтрона ядром сопровождается с испусканием гамма-квантов по следующей схеме:
0 1 n + 13 27 Al – 13 28 Al *
13 28 Al * –– 13 28 Al +гамма-квант
Захват нейтронов ядрами становится возможен благодаря тому, что не имея заряда и не испытывая вследствие этого отталкивающего электрического воздействия со стороны ядра, нейтрон способен приблизиться к нему на такие небольшие расстояния, на которых сказываются ядерные силы притяжения. Вероятность захвата возрастает для нейтронов малых энергий вследствие большего времени нахождения нейтрона вблизи ядра.
Рис. 9. Захват нейтрона ядром
Основной качественной характеристикой нейтронного излучения является энергетический спектр – распределение нейтронов по энергиям. При этом различают следующие энергетические спектры нейтронов: медленные с энергией до 0,5 эВ, промежуточные – с энергией от 0,5 эВ до 200 кэВ, быстрые – с энергией от 200 кэВ до 20 МэВ и сверхбыстрые – с энергией свыше 20 МэВ.
Нейтронное излучение является косвенно ионизирующим, это объясняется тем, что нейтроны практически не взаимодействуют с электронными оболочками атомов и непосредственно не ионизируют атомы. Нейтроны движутся в веществе без потери энергии, пока не встретятся с ядрами.
Проникающая способность нейтронов в воздухе сотни метров и сравнима с проникающей способностью гамма-излучений, или даже больше ее. В воздухе нейтрон проходит около 300 метров между двумя последовательными столкновениями, а в более плотных жидких и твердых веществах – около 1 см.
Гамма-излучения
Гамма-излучение – коротковолновое электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными атомными ядрами. Гамма-излучение наблюдается при радиоактивном распаде атомных ядер и ядерных реакциях. Испускание гамма–лучей не приводит к превращениям элементов и поэтому не считается видом радиоактивных превращений. Гамма-излучение лишь сопровождает некоторые радиоактивные превращения, в которых ядра образуются в возбужденных состояниях. Возбужденные ядра в течение 10 -12 с переходят в основное состояние, испуская избыток энергии в виде гамма-кванта. Иногда ядро последовательно испускает ряд гамма-квантов, переходя каждый раз в менее возбужденное состояние, пока не станет стабильным. Это явление получило название каскадного излучения .
Гамма-кванты не обладают ни зарядом, ни массой покоя. Их испускание не приводит к образованию ядер новых элементов. Возбужденное и стабильное ядро одного элемента отличается только энергией, т.е. при гамма-переходах изменение заряда Z и массового числа А не происходит. Излучение гамма-кванта является процессом, самопроизвольно происходящим в ядрах и характеризующим свойства ядер.
Если значком * обозначить возбужденное состояние ядра, то процесс излучения гамма-кванта hn можно записать так:
,
где h – постоянная Планка (h = 6,626´10 –34 Дж×с); n – частота электромагнитных волн.
Излученные ядром гамма-кванты характеризуются большой энергией, каждый из них может быть обнаружен и зарегистрирован приборами. При радиоактивном распаде ядер обычно наблюдаются гамма-кванты с энергией от 10 кэВ до 5 МэВ, при ядерных реакциях встречаются гамма-кванты с энергиями до 20 МэВ. В современных ускорителях получают гамма-кванты с энергией до 20 ГэВ.
Гамма-излучение ядерного взрыва образуется непосредственно в процессе деления ядер U или Pu. Его источником являются также осколки деления, испускающие гамма-квант при переходе из возбужденного состояния в основное.
Среди процессов взаимодействия гамма-квантов с веществом наибольшую вероятность имеют: фотоэффект, комптоновское рассеяние и образование пары электрон-позитрон.
Процесс взаимодействия гамма-кванта с веществом, при котором гамма-квант полностью поглощается атомом вещества и выбивает из атома электрон, называется фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом). Фотоэффект чаще происходит при малых значениях энергии гамма-квантов и резко уменьшается с ее увеличением.
При энергии гамма-квантов от 0,2 до 1 МэВ наиболее вероятным становится процесс взаимодействия гамма-кванта с одним из внешних электронов. В процессе этого взаимодействия гамма-квант передает электрону часть своей энергии, которая переходит в кинетическую энергию электрона (Е е) и расходуется вторичным электроном на ионизацию атомов вещества. Соответственно уменьшается энергия гамма-кванта (Е g), при этом изменяется направление его движения. Процесс уменьшения энергии гамма-квантов и рассеяния их электронами получил название Комптон-эффекта (неупругое рассеяние) (рис.11).
При взаимодействии гамма-квантов с электромагнитным полем ядра он может прекратить свое существование как гамма-квант и превратиться в две частицы: электрон и позитрон. Такой процесс взаимодействия гамма-квантов с веществом называется образованием пар электрон-позитрон . Такое взаимодействие возможно, если гамма-квант имеет энергию, равную или большую 1,02 МэВ. Это объясняется тем, что энергия покоя электрона и позитрона соответственно равна 0,51 МэВ, то на их образование расходуется 1,02 МэВ.
Рис.10. Фотоэффект Рис. 11. Эффект Комптона
Вся избыточная энергия, которой обладает гамма-квант сверх 1,02 МэВ, сообщается поровну в виде кинетической энергии электрону и позитрону. Возникающие при образовании пары электрон и позитрон расходуют свою кинетическую энергию на ионизацию среды, после чего позитрон аннигилирует, соединяясь с одним из имеющихся в среде свободных электронов (рис. 12).
В отличие от альфа- и бета-частиц, непосредственно ионизирующих атомы, гамма-кванты во всех случаях, взаимодействуя с веществом, вызывают появление в нем свободных вторичных электронов и позитронов, которые производят ионизацию.
Рис. 12. Образование электронно-позитронной пары
Для гамма-излучения характерна очень низкая вероятность взаимодействия с веществом. Это означает, что фотоэффект, комптоновское рассеяние и образование электронно-позитронных пар при прохождении гамма-излучения через вещество проходят достаточно редко.
Ионизирующая способность гамма-квантов при одинаковой энергии гамма-квантов и заряженных частиц и при одинаковой взаимодействующей среде в тысячи раз меньше, чем ионизирующая способность заряженных частиц.
В воздухе линейная плотность ионизации гамма-квантов составляет 2-3 пары ионов на 1 см пути. Проникающая способность гамма-квантов в воздухе сотни метров.
Ослабление (поглощение) интенсивности гамма-излучения в веществе определяется по закону Бугера:
, (3.5)
где I – интенсивность гамма-излучения на глубине R в веществе; I 0 – интенсивность гамма-излучения при входе в вещество; m – линейный коэффициент ослабления.
Коэффициент m состоит из коэффициента поглощения при фотоэффекте m ф, коэффициента ослабления при комптон-эффекте m к и коэффициента поглощения при образовании электронно-позитронных пар m пар:
. (3.6)
Коэффициент m зависит не только от энергии гамма-квантов, но и от плотности и среднего атомного номера вещества среды. Поэтому поглощение гамма-квантов веществом удобнее выражать через массовый коэффициент ослабления m m = m/r. Тогда получим
. (3.7)
. Доза излучения – это количество энергии ионизирующего излучения, поглощенного единицей массы облучаемой среды. Различают поглощенную, экспозиционную и эквивалентную дозы излучения.
Поглощенной дозой излучения (D) называется количество энергии любого вида ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы любого вещества:
, (3.8)
где dЕ – поглощенная энергия излучения; dm – масса облучаемого вещества.
Эта величина позволяет дать количественную оценку действия различных видов излучения в различных средах. Она не зависит от объема и массы облучаемого вещества и определяется главным образом ионизирующей способностью и энергией излучений, свойствами поглощающего вещества и продолжительностью облучения.
При определении дозы в биологическом объекте нужно учитывать внешнее и внутреннее облучение, так как радиоактивные вещества могут попасть в организм с пищей, водой и вдыхаемым воздухом. В этом случае облучение внутренних органов происходит не только гамма-, но также альфа- и бета-излучением.
Поглощенная доза является количественной мерой воздействия ионизирующего излучения на вещество. За единицу измерения поглощенной дозы принят грей (Гр) - поглощенная доза излучения, соответствующая энергии 1 джоуль ионизирующего излучения любого вида, переданной облученному веществу массой 1 кг: 1 Гр = 1 Дж/кг.
На практике применяется внесистемная единица – рад (Rad – по первым буквам английского словосочетания "radiation absorbet dose"). Доза в 1 рад означает, что в каждом грамме вещества, подвергшегося облучению, поглощено 100 эрг энергии. 1 рад = 100 эрг/г = = 0,01 Дж/кг = 0,01 Гр, т.е. 1 Гр = 100 рад (1 эрг = 10 Дж).
Поглощенная доза излучения зависит от свойств излучения и поглощающей среды. Для заряженных частиц (альфа -, бета-частиц, протонов) небольших энергий, быстрых нейтронов и некоторых других излучений, когда основными процессами их взаимодействия с веществом является непосредственная ионизация и возбуждение, поглощенная доза служит однозначной характеристикой ионизирующего излучения по его взаимодействию со средой. Это связано с тем, что между параметрами, характеризующими ионизирующую способность излучения в среде, и поглощенной дозой, можно установить адекватные прямые зависимости.
Для рентгеновского и гамма-излучений таких зависимостей не наблюдается, т.к. эти виды излучений косвенно ионизирующие. Следовательно, поглощенная доза не может служить характеристикой этих излучений по их воздействию на среду.
Введение
Нейтрон был открыт в 1932 году. Открытие нейтрона было поворотным пунктом в исследовании ядерных реакций. Так как нейтроны лишены заряда, то они без препятствия проникают в атомные ядра и вызывают их превращения. Итальянский физик Ферми, который первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами, обнаружил, что ядерные превращения вызываются даже медленными нейтронами, движущимися с тепловыми скоростями. Практическое использование внутриядерной энергии оказалось возможным благодаря тому, что фундаментальным фактом ядерного деления является испускание в процессе деления двух-трёх нейтронов. Энергия освобождённых в процессе деления нейтронов имеет различное значение- от нескольких миллионов электрон-вольт до совсем малых, близких к нулю.Только в ядрах нейтрон за счёт взаимодействия с другими нуклонами приобретает стабильность. Свободный же нейтрон живёт в среднем 16 мин. Это было экспериментально доказано лишь после того, как были построены ядерные реакторы, дающие мощные пучки нейтронов.
Радиоактивность – способность радионуклидов спонтанно превращаться в атомы других элементов, вследствие перехода ядра с одного энергетического состояния в другое, что сопровождается ионизирующим излучением. В нормальном состоянии соотношение между количеством нейтронов и протонов в ядре строго определенное. Расстояние между ними, их энергия связи – минимальные, ядро устойчивое. В результате облучения нейтронами (или другими частицами), ядро переходит в возбужденное состояние. Через промежуток времени оно переходит в устойчивое состояние, а избыточная энергия превращается в радиоактивное излучение ядра. Процесс перехода ядер из неустойчивого в устойчивое состояние с излучением избыточной энергии называется радиоактивным распадом.
Нейтронное излучение
Основными видами радиоактивных излучений при распаде ядер являются:
· гамма – излучение;
· бета – излучение;
· альфа – излучение;
· нейтронное излучение.
Нейтронное излучение . Нейтроны излучаются ядрами при ядерных реакциях, когда полученная извне ядром энергия бывает достаточная для разрушения связи нейтрона с ядром, в результате деления ядер урана. Не имея заряда, нейтроны не взаимодействуют с электрическими полями электронов и ядер при прохождении через вещество и беспрепятственно движутся до столкновения с ядром. А так как размеры ядер неизмеримо меньше самих атомов, то столкновения очень редки и длина свободного пробега даже в твердых телах достигает несколько сантиметров (в воздухе сотни метров).
Рассматривают три вида взаимодействия нейтронов с веществом:
· упругое рассеяние на ядрах – когда часть энергии нейтрона передается ядру, другая часть остается у рассеянного нейтрона. При упругом рассеянии внутренняя энергия ядра не изменяется, она лишь приобретает кинетическую энергию;
· неупругое рассеяние на ядрах – когда внутренняя энергия отдачи изменяется. Ядро становится возбужденным и возвращаясь в нормальное состояние может испустить гамма-квант;
· захват нейтронов ядрами – при захвате нейтронов ядрами образуется сильно возбужденное ядро, которое, возвращаясь в нормальное состояние, может испустить различные частицы.
По энергии нейтроны делятся на тепловые, промежуточные и быстрые. Для защиты от нейтронного излучения применяются материалы, обладающие высокой замедляющей и поглощающей способностью – вода, парафин, графиты, бор, кадмий и т.д.
Основным источником нейтронов является работающий реактор. Под действием нейтронов в реакторе происходит активация теплоносителя, конструкционных материалов, а также продуктов коррозии оборудования и трубопроводов. Образующиеся при этом радиоактивные изотопы являются источниками гамма- и бета – излучений. При делении урана в реакторе образуются осколочные продукты деления обладающие, в основном, гамма- и бета- активностью, а также газообразные продукты деления.
Источники излучений на АЭС
Вне зависимости от типа реактора, установленного на АЭС, и ее технологической схемы основными источниками излучения на АЭС являются активная зона реактора, трубопроводы и оборудование технологического контура, бассейны выдержки с отработанным ядерным топливом, системы спецводоочистки и их оборудование, сама защита реактора.
Рис.1 Источники нейтронов.
Источники нейтронов в активной зоне работающего реактора можно подразделить на четыре группы:
· мгновенные нейтроны, т.е. нейтроны, сопровождающие процесс деления ядер горючего;
· запаздывающие нейтроны - испускаются сильно возбужденными ядрами осколков деления;
· нейтроны активации - испускаются при радиоактивном распаде продуктов некоторых ядерных реакций;
· фотонейтроны - образуются в результате (γ, n)-реакций на некоторых ядрах.
Наибольший вклад в дозу облучения, при работе реактора на мощности, вносят мгновенные нейтроны.
Источники нейтронов. Мгновенные нейтроны образуются практически одновременно с делением ядра. Среднее число мгновенных нейтронов при делении 235U, 233U, 239Pu равно 2,5 ±0,03, 2,47 ± 0,03 и 2,9 ± 0,04 соответственно. Запаздывающие нейтроны образуются в количестве, существенно меньшем (0,002 - 0,007 нейтр./деление), и испускаются некоторыми продуктами деления с периодами полураспада 0,18 - 54,5 с.
Энергетическое распределение мгновенных и запаздывающих нейтронов описывается различными эмпирическими формулами, но чаще формулой:
где S(En) - количество нейтронов.
En - энергия нейтронов, МэВ.
В области энергий от 4 до 12 МэВ - наиболее важной с точки зрения радиационной зашиты-спектр нейтронов деления можно описать простой экспонентой:
S(En) = 1,75 ехр (- 0,776 En), (2)
погрешность этого соотношения не более 15%.
Для целей радиационной защиты необходимо иметь интегральный спектр нейтронов деления, то есть количество нейтронов в спектре нейтронов деления (1) с энергией, превышающей En:
(3)
Для профилактической работы спектр нейтронов деления (рис. 6.2) и интегральный спектр нейтронов деления (рис. 6.3) представляют в виде таблиц, в которых S(En) и χ(Εn) нормированы на единицу. Наиболее вероятная энергия нейтронов деления 0,6 - 0,8 МэВ, а средняя - 2 МэВ, максимальная принимается равной 12 МэВ.
В результате взаимодействия нейтронов, образовавшихся при делении с ядрами элементов, входящих в состав активной зоны (упругое и неупругое рассеяние, поглощение, деление), спектр нейтронов деления (рис. 6.2) деформируется и приобретает вид, показанный на рис. 4. В области энергий, соответствующих группе быстрых нейтронов, он практически не отличается от спектра нейтронов деления, в промежуточной области энергий - это спектр замедляющихся нейтронов, то есть 1/En - спектр, а в тепловой и надтепловой областях энергии - спектр Максвелла. Естественно, что на рис.4 показан принципиальный вид спектра, реальный зависит от состава активной зоны, и информацию о нем, так же как и о спектре нейтронов утечки из активной зоны и их количестве (плотности потока нейтронов на поверхности активной зоны), можно получить из результатов расчета физических характеристик активной зоны.
