Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

1. Поступление радионуклидов в окружающую среду

1.1. Естественная радиоактивность

1.2.Искусственная радиоактивность

2. Радионуклиды в гидросфере

2.1. Естественная радиоактивность гидросферы

2.2. Искусственная радиоактивность гидросферы

2.3. Актиниды в гидросфере

Список использованной литературы

Введение

Определение естественных и техногенных радионуклидов в объектах окружающей среды (в воздухе, в природных водах и почвах, в продуктах питания) позволяет оценить возможную опасность радиационного воздействия на здоровье человека. В то же время исследование распределения радионуклидов в окружающей среде может дать ценную информацию о происходящих в ней процессах. Радионуклидные методы применяются для изучения перемещения водных и воздушных масс, определения времени жизни аэрозолей, датирования геологических и археологических объектов.

Загрязнение поверхностных вод началось в центральной России еще в XVI в., когда начали удобрять поля навозом. С тех пор в центральных районах страны основным загрязнителем вод было сельское хозяйство. В более северных районах большую роль играл сплав леса, особенно молевой, при котором бревна тонули и гнили в воде. С развитием промышленности и ростом городов стала расти роль коммунальных и промышленных загрязнений.

Резкое усиление загрязнений произошло в ХХ в. Особая опасность связана с совпадением периода роста сбросов загрязненных сточных вод и многовековой тенденции нарастания сухости климата, снижения водности водоемов. В этих условиях растут концентрации поллютантов в растворах и, следовательно, степень их вредного воздействия на природные системы и здоровье человека.

Цель работы заключается в рассмотрении естественной и искусственной радиоактивности природных вод.

1. ПОСТУПЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

1.1 ЕСТЕСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ

Природные радионуклиды можно разделить на две большие группы - первичные , т.е. те, которые образовались одновременно со стабильным веществом Земли, и космогенные , которые образуются постоянно в результате ядерных реакций под действием космического излучения или поступают со внеземным веществом.Очевидно, к настоящему моменту в окружающей среде присутствуют только те первичные радионуклиды, период полураспада которых соизмерим с возрастом Земли (табл. 1)

Таблица 1. Основные первичные радионуклиды

Радионуклид	Т 1 / 2 , лет	Доля в природной смеси изотопов, %

Три первичных радионуклида- 238 U, 235 U и 232 Th - являются родоначальниками естественных радиоактивных рядов. С течением времени в естественных радиоактивных рядах установилось вековое равновесие - состояние, в котором радиоактивности (но не количества ядер) всех членов ряда равны между собой. Вековое равновесие между радионуклидами устанавливается в том случае, если период полураспада материнского радионуклида велик по сравнению с периодом полураспада дочернего. Накопление дочернего радионуклида подчиняется закону

A= A 0 (1-e - лt)

где А - активность дочернего радионуклида, А 0 - активность материнского радионуклида, л- постоянная радиоактивного распада дочернего радионуклида, t- время, прошедшее с начала накопления дочернего радионуклида.

Для установления радиоактивного равновесия достаточен промежуток времени, равный 10 периодам полураспада дочернего радионуклида. Различные геохимические процессы могут приводить к фракционированию членов радиоактивных рядов, поэтому вековое равновесие сохраняется только в системе, замкнутой относительно материнского и дочерних радионуклидов.

Когда образовалась Земля, в состав природной смеси изотопов урана входило определенное количество урана-238, и миллиард лет назад доля урана-235 в природном уране была значительно выше. Для поддержания устойчивой работы ядерного реактора достаточно 3% урана-235.

В настоящее время именно природные радионуклиды составляют основу дозовой нагрузки на человека.

А. Беккерель, изучая флуоресценцию соединений урана, установил примерно через 100 дней после открытия рентгеновских лучей, что фотопластинки, даже завернутые в черную бумагу, темнеют при соседстве с солями урана. Явление было названо «радиоактивность»

В последствии было показано, что радиоактивность -это самопроизвольный распад атомных ядер вещества с испусканием ядерных излучений:б-частиц (ядер гелия), в-частиц (электронов) и г-квантов. Позже были открыты и другие, более редкие виды распада: спонтанное деление ядер, двойной в- распад, испускание ядерных кластеров и т.д.

б-Частицы и г-кванты, испускаемые ядрами при радиоактивных превращениях, обладают дискретными значениями энергии, так как они возникают при переходе ядер из одного определенного энергетического состояния в другое. Распределение частиц или квантов по энергиям называется спектром. Спектры б-частиц и г-квантов дискретны.

При в- распаде одновременно с в- частицами испускается нейтрино, и энергия распада распределяется между в- частицей и нейтрино. В результате в- частицы обладают не дискретным, а непрерывным спектром.

Для оценки воздействия ионизирующего излучения на вещества и живые организмы используют понятие «дозы». Поглощенная доза-это отношение энергии, переданной веществу излучением, к массе вещества. Единица поглощенной дозы-грей (1 Гр=1 Дж/кг). Для оценки воздействия излучения на живые организмы используют эквивалентную дозу, при расчете которой учитывается тот факт, что ионизирующие излучения разного типа и энергии по-разному воздействуют на организм. Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт (Зв). Поглощенная доза трудно поддается непосредственным измерениям, поэтому для расчета эквивалентной и поглощенной доз используют экспозиционную дозу, являющуюся мерой ионизации, т.е. непосредственно измеряемой величиной. Единицей экспозиционной дозы является рентген (Р).

1.2 ИСКУССТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Искусственные радионуклиды поступают в окружающую среду в результате испытаний ядерного оружия, ядерных взрывов, проводившихся в мирных целях, а также деятельности предприятий ЯТЦ. Локальными источниками служат аварии самолетовс ядерным оружием на борту, гибель подводных лодок, оснащенных атомными силовыми установками и ядерным оружием. В течении ряда лет многие страны, в том числе и СССР, сбрасывали в моря и реки жидкие радиоактивные отходы и затапливали отработавшие ядерные установки. Вклад в техногенную радиоактивность окружающей среды вносят и аварии искусственных спутников Земли с ядерными источниками энергии. Развитие атомной энергетики также привело к тому, что радионуклиды поступали и продолжают поступать в окружающую среду, как при штатной работе АЭС, так и в результате аварийных ситуаций, из которых наиболее серьезные последствия имела авария на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986. В таблице 2. Представлены обобщенные данные о поступлении техногенных радионуклидов в окружающую среду в результате испытаний ядерного оружия (в том числе и подземных), деятельности предприятий ядерного топливного цикла и аварийных ситуаций на них.

Таблица 2. Оценка выброса техногенных радионуклидов

Источник	Активность выбросов, Пбк
			Радиоакт. благород. газы.
Атмосферные ядерные взрывы
Подземные ядерные взрывы
Работа реакторов
Переработка
Производство и использование радионуклидов
Три-Майл-Айленд
Чернобыль
Селлафилд
Космос-954

2. Радионуклиды в гидросфере

Понятие гидросферы включает океаны, моря, озера, реки, болота, льды, подземные воды, а также атмосферную влагу.

Определяющую роль в радиоактивности гидросферы играют в настоящее время естественные и искусственные радионуклиды, характер распределения которых в атмосфере, водной толще и в донных отложениях определяется совокупностью геохимических и биогеохимических процессов, протекавших в гидросфере за время ее существования.

Роль искусственных радионуклидов в общем балансе радиоактивности гидросферы относительно невелика. Однако локальные уровни радиоактивного загрязнения, связанные главным образом с работой предприятий ядерного топливного цикла, в частности со сбросом низкоактивных отходов по трубопроводам непосредственно в море (Ядерный центр в Селлафилде, Великобритания; предприятие «Кожема» на мысе Аг, Франция), с захоронением контейнеров с высокоактивнми отходами (Тихий и Атлантические океаны, США и Великобритания; Арктические моря), а также с авариями судов с ядерными энергетическими установками, могут заметно превышать уровни радиоактивности, обусловленные естественными причинами.

Продолжает вносить свой вклад в глобальном масштабе и радиоактивность из стратосферного резервуара, где продукты деления длительное время накапливались в результате испытаний ядерного оружия. Значительная часть радионуклидов, поступающих в окружающую среду на континентах, рано или поздно с водами рек или подземным стоком оказываются в морской среде .

2.1 Естественная радиоактивность гидросферы

Основной вклад в природную радиоактивность гидросферы вносит 40 К. Заметный, но существенно меньший вклад вносят 87 Rb, а также первичные радионуклиды уран-238, уран-235 и торий-232 с продуктами их распада, составляющими естественные радиоактивные ряды. Кроме того, на земную поверхность постоянно поступают радионуклиды, образующиеся пр взаимодействии космического излучения с ядрами атомов газов и паров, входящих в состав верхних слоев атмосферы. Концентрации в природных водах некоторых радионуклидов, вносящих значительный вклад в радиоактивность гидросферы, приведены в таблице 3.

Таблица 3.Средние удельные активности некоторых естественных радионуклидов (Бк/л) в природных водах

Радионуклид	Дождевая вода	Озера, реки	Грунтовые воды	Питьевая вода	Поверхностные воды океана
Терригенные радионуклиды
Космогенные радионуклиды

Радиоактивность подземных вод. Подземными водами, в самом общем смысле, называют влагу, заполняющую пустоты земной коры. С точки зрения радиоактивности окружающей среды наибольший интерес представляет лишь та часть влаги, которая находится в области эрозионных врезов поверхностных водоемов и участвует в обще и внутриматериковом влагообороте.

Объем подземных вод земного шара достигает примерно 100 млн км 3 , .е. в 14 раз меньше объема воды Мирового океана и примерно в 8000 раз больше объема атмосферной влаги. В круговороте радионуклидов в биосфере подземная влага принимает меньшее участие, чем другие воды. Так, если объем влаги в атмосфере меняется каждые 9 суток, а в поверхностных водах океанов и морей примерно каждые 2000лет, то подземные воды меняются в среднем только через 8000 лет. В самой верхней части земной коры подземные воды движутся обычно со скоростью 1-1000 м/год, а на глубинах 1000-2000 м. радиоактивность подземный гидросфера излучение

По условиям залегания подземные воды делятся на почвенные, грунтовые, межпластовые. В состав последних входят и так называемые минеральные воды, часто отличающиеся сравнительно высокой радиоактивностью. Как правило, уровень активности подземных вод зависит от их химического состава, который физико-химическими, физико-географическими, геологическими, гидрологическими, физическими, биологическими и искусственными факторами.

Так как почвенные вод залегают вблизи земной поверхности и формируются за счет атмосферных осадков, то их активность зависит от количества растворимых радионуклидов, содержащихся в почвенных слоях. Этим же обстоятельством определяется и радионуклидный состав грунтовых вод, которыми называются воды, скапливающиеся на первом от поверхности водоупорном слое пород.

Межпластовые воды представляют собой скоплении водной массы между водоупорными слоями в толще осадочных пород. В случаях преобладания процессов испарения над процессами увлажнения радиоактивность почвенной воды может достигать весьма больших величин.

В водах, глубоко залегающих и сильно минерализованных, содержание калия, как правило, повышено. Увеличение активности артезианских вод идет более или менее параллельно увеличению общей концентрации солей, в них содержащихся. Высокая концентрация калия найдена и в минерализованных водах древнепалеозойских отложений Белоруссии.

Радиоактивность минеральных вод. Согласно принятой в радиогидрогеологии классификации, все воды радиоактивных минеральных источников в зависимости от преобладания в их составе того или иного радиоактивного элемента делятся на три группы: радоновые, радиевые и урановые. Кроме того, существуют промежуточные типы вод: радоново-радиевые и радиево-мезоториевые воды. В некоторых минеральных источниках концентрация радия достигает очень высоких значений.

Радиоактивность речной воды в основном обусловливается 40 К, содержание которого зависит как от химического состава пород, омываемых этими водами, так и от ряда климато-метеорологических факторов. Как правило, поверхностные воды (снеговые, дождевые, ледниковые и т.п.) содержат относительно небольшое количество радиоактивных веществ, и поэтому в период весеннего снеготаяния или интенсивных ливней поступление в реки больших масс воды этого происхождения сопровождаются понижением удельной активности речной воды. Во время паводка общая радиоактивность воды рек несколько снижается, а в период межени повышается.

В некоторых случаях химический состав растворенных веществ в воде реки в течении года изменяется столь сильно, что река переходит из одного класса в другой (природные воды классифицируются на гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные). Такие резкие колебания в химическом составе сопровождаются соответствующими изменениями и в уровне радиоактивности рек.

Радиоактивность озерных вод. Активность воды озер тесно связана с химическим составом воды впадающих в них рек и питающих их подземных вод. Как правило, существует прямая зависимость между степенью минерализации и радиоактивностью озерной воды. Озера с низким уровнем минерализации воды и слабой активностью встречаются в Карелии, на Кольском полуострове, в северных областях Сибири. Озера со средним уровнем минерализации и соответствующим уровнем активности преимущественно расположены в районе средней полосы европейской части России и в Сибири.

В тех случаях, когда озеро находится в зоне избыточного увлажнения и приток воды превышает ее испарение, возникает сток воды из озера. В результате таких соотношений активность озерной воды мало чем отличается от степени активности воды рек и, как правило, бывает невысокой. Вследствие превышения испарения над притоком сток из таких озер отсутствует и в них происходит аккумуляция солей и соответственное увеличение радиоактивности воды.

Естественная радиоактивность морской воды. Основные источники первичных радионуклидов, содержащихся в океанической воде, - речной сток и гидротермальные потоки из зон разломов океанической коры. Космогенные радионуклиды и значительная часть техногенных поступают в океан из атмосферы.

Калий -40 вносит в настоящее время наибольший вклад в радиоактивность земной коры и вод океана. Распад ядер происходит по двум основным направлениям: 89,5% ядер испускают в-частицы с максимальной энергией 1.33 Мэв, а 10,5 % ядер испытывают К-захват с последующим испусканием г-квантов с энергией 1,46 МэВ. Удельная в-активность земного калия составляет 28, 27±0,05 Бк/кг, а удельная г-активность калия составляет 3,26±0,05 Бк/кг. Таким образом, калий -40 вносит вклад и в в и в г-радиоактивность окружающей среды.

Из естественных радионуклидов средней части периодической системы следующим после калия-40 по значению удельной активности в океанической воде является рубидий-87 , а также относящийся к первичным радионуклидам. В природной смеси изотопов рубидия на долю 87 Rb приходится 27,85%, период его полураспада равен 6,5Ч10 10 лет. Ядра рубидия испускают в-излучение с максимальной энергией 0, 394 МэВ. Из-за низкой скорости распада и относительно небольшой энергии испускаемого в-излучения вклад этого радионуклида в уровень дозовых нагрузок в окружающей среде весьма незначителен.

Уран. В состав природной смеси изотопов урана входят уран-234, уран-235 и уран-238. Последние два изотопа являются родоначальниками актиниевого и уранового рядов, а уран-234-продукт распада урана-238.

В речном стоке доли урана во взвешенном и растворенном состоянии примерно равны. Основная масса взвешенного речного урана осаждается в прибрежной зоне, на шельфе и на материковом склоне. Однако часть его остается в составе терригенных частиц в океаническом взвешенном материале, а в поверхностных водах наблюдается пропорциональность между содержанием во взвеси карбоната кальция и концентрацией взвешенного урана. .

В водах морей и океанов уран находится преимущественно в растворенной форме в виде устойчивого уранилкарбонатного комплекса 4- .

Радиоактивное равновесие между 238 U и 234 U в океанической воде нарушается из-за того, что 234 U прочно удерживается кристаллической решеткой в исходных продуктах выветривания пород. Среднее значение соотношения 234 U / 238 U в водах океана равно 1, 15 .

Торий . Торий-232 поступает в океан с речным стоком главным образом во взвешенном состоянии в виде мельчайших терригенных частиц, в состав кристаллической решетки которых он входит, и основная масса его осаждается в устьевых районах и на шельфе. В поверхностных водах открытого океана, где концентрации взвеси низка, для взвешенного тория обычно не превышает 10-20 %.

Источником остальных изотопов тория в водах океана является в основном распад материнских радионуклидов. Поступление тория-238 и тория-234 с речным стоком пренебрежимо мало из-за короткого времени их жизни. Торий подвергается процессам гидролиза, комплексообразования, в также адсорбции на частицах взвеси. Этим определяется и существенный сдвиг радиоактивного равновесия тория-230 с ураном: в океанической воде содержится лишь 0,005-0,12 % равновесного тория-230, что свидетельствует об очень быстром удалении его из вод океана.

Основная роль в удалении тория-230 из вод океанов принадлежит адсорбционным процессам на поверхности взвешенных частиц и их осаждению на дно, а в поверхностных слоях- биогенному извлечению. По мере движения взвеси через толщу вод доля взвешенного тория -230 увеличивается. Торий-228 и торий-234 в отличие от тория-230 имеют малые периоды полураспада и основным путем удаления их из вод океана является радиоактивный распад.

Время пребывания тория в водах океана оценивается сотнями лет. Для короткоживущих тория-238, тория-234 перенос со взвешенным веществом приводит к заметным смещениям радиоактивного равновесия с материнским радием-228 и ураном-238.

Отношения концентраций взвешенных и растворенных форм тория-230 и тория-228 составляют около 0,15-0,20.

Радий . Основной источник поступления радия в воды морей и океанов-донные осадки. Роль речного стока и образования в водной толще в результате распада находящихся там изотопов урана и тория незначительна. Период распада радия-226 составляет 1560 лет, и концентрация растворенных форм радия постепенно убывает с уменьшением глубины. Продукт распада радия-226 благородный газ радон-222 хорошо растворим в воде, и поскольку он обладает сравнительно коротким периодом полураспада, вертикальный профиль его концентрации в океане в значительной степени повторяет распределение радия. Продукты распада радона-222 - полоний-218, свинец-214 и висмут-214 - обладают короткими периодами полураспада. Они вносят свой вклад в б-,в- и г-радиоактивность морской воды, так как практически находятся в состоянии радиоактивного равновесия с радоном-222. Свинец-210 обладает уже достаточно большим периодом полураспада и его поведение в морской среде определяется совокупностью сорбционных и десорбционных процессов, аналогичных рассмотренным выше для изотопов тория.

Радий в морских водах находится преимущественно в катионной форме, и воды океана недонасыщены его наиболее труднорастворимыми соединениями. Незначительная роль биоты в связывании радия подтверждается отсутствием корреляции между концентрацией радия и содержанием органического вещества во взвешенном материале, а также малой долей радия, связанного с планктонными организмами. Прибрежные и придонные воды наиболее обогащены радием-228. Благодаря интенсивному обмену в поверхностных слоях он переносится в центральные районы океанов адвектным и диффузионным путями, и в процессе этого переноса концентрация его уменьшается.

Максимальные значения концентрации радия-238 наблюдается в области пикноклина (слой водной толщи, в котором происходит скачкообразное изменение плотности), что связано с медленным обменом поверхностных вод с нижележащими. В природных слоях радия-228, поступающий из донных отложений, диффундирует в вышележащие слои воды в соответствии с интенсивностью протекающих здесь процессов вертикального обмена, и заметные концентрации его обнаруживаются на расстояниях до 1-1,5 км до дна.

Радон. Все изотопы благородного газа радона - продукты распада соответствующих изотопов радия. Самый долгоживущий из них- радон-222.

Радон в океане в основном образуется в результате распада радия и из-за малого периода полураспада находится в равновесии с радием-226. Некоторая часть радона поступает из донных осадков, и его концентрация в придонных слоях воды может превышать равновесное значение в несколько раз. В поверхностных водах открытого океана определенная часть радона уходит из океана в атмосферу, и дефицит радона в перемешанном слое может достигать половины равновесной с радием концентрации. Влияние потоков радона через границы раздела сказывается лишь в узкой области, прилегающей к границе. Удаление его из океана происходит в основном вследствие радиоактивного распада.

Свинец-210. Основной источник его в океане - это распад материнского радия-226. Он поступает с речным стоком и из атмосферы. Распределение изотопов свинца в океане в значительной степени связано со взвешенным веществом. Время пребывания свинца в водной толще океанов составляет 50-100 лет, так что двух третей свинца-210 может выводиться из океанических вод в результате радиоактивного распада, а остальная часть - в результате процессов гравитационного осаждения на взвеси и адсорбции донными осадками.

В поверхностных слоях морской воды содержание свинца-210 обычно превышает равновесное с радием-226 значение, что является следствием поступления его из атмосферы. Нарушается эта система в районах с низким атмосферным поступлением свинца-210 и высоким содержанием взвешенного вещества.

С глубиной отношение активности свинца-210 к активности радия-226 уменьшается и, начиная с нескольких сотен метров, становится меньше единицы. Однако в районах с низкой биологической активностью равновесие между свинцом -210 и радием-226 может сохраняться до значительных глубин. В глубинных слоях концентрация свинца-210 может отличаться от равновесной с радием-226 в два раза и более. По мере приближения ко дну отношение активностей свинца-210 и радия-226 быстро уменьшается до минимальных значений. Влияние этих процессов благодаря вертикальному перемешиванию сказывается только в пределах 1000 м над поверхностью дна.

Полоний. Полоний-210 - продукт распада свинца-210, являющегося основным источником полония-210 в океане. Вклад речного стока и атмосферы незначителен.

Полоний в океане в значительной степени ассоциирован со взвешенным веществом. В верхнем перемешанном слое отношение активностей полония-210 и свинца-210 почти всегда меньше единицы. Это связано с тем, что время пребывания полония-210 в поверхностном слое меньше, чем свинца-210, составляя 0,6 года для вод Атлантического и Тихого океанов.

Ниже поверхностного слоя отношение полония-210 к свинцу-210 быстро растет до равновесного значения и в дальнейшем с глубиной колеблется, оставаясь в среднем несколько меньше единицы. Наблюдается рост с глубиной концентрации взвешенного полония-210 относительно свинца-210, что свидетельствует о более быстром удалении полония-210 из глубинных вод .

Космогенные радионуклиды. Поступившие из атмосферы космогенные радионуклиды включаются в циклы соответствующих элементов в океане. Благодаря существованию широтных вариаций в распределении космогенных радионуклидов в нижней атмосфере, аналогичный эффект для трития, бериллия-7 и углерода-14 отмечается и в поверхностных водах океанов.

Поступившие на поверхность океана радионуклиды распространяются в нижележащие слои воды. При этом глубина их проникновения определяется (помимо процессов вертикального обмена, общих для всех радиоактивных изотопов различных элементов) скоростью радиоактивного распада, от которой зависит и время установления стационарного вертикального распределения.

Тритий в виде молекул НТО является составной частью воды, а малая его часть входит в состав органического вещества (содержание органического вещества в поверхностных водах около 1 мг/л). До начала ядерной эры соотношение концентраций трития и протия в природных водах составляло 1:10 18 . Затем он стал поступать в природные воды в результате испытаний ядерного оружия и деятельности предприятий ЯТЦ.

В перемешенном слое концентрация трития меняется мало, затем идет слой с резким градиентом, а далее с ростом глубины наблюдается плавное уменьшение концентрации. На такую общую картину могут накладываться эффекты горизонтального переноса. На высоких широтах северной Атлантики в глубинных слоях наблюдается повышенные концентрации трития, что связано с быстрым опусканием вод.

Бериллий-7 поступает в океан из атмосферы, главным образом с атмосферными осадками. Благодаря небольшому периоду полураспада, он содержится в основном в перемешанном слое пикнолина. В ультрамалых концентрациях в водных растворах бериллий, по-видимому, довольно легко адсорбируется на поверхности взвешенных частиц. Коэффициент концентрирования бериллия морскими организмами достигает 10 3 .

Углерод-14 (в виде 14 СО 2) поступает в океан в процессе обмена углекислым газом с атмосферой. В океане он включается в углеродную систему, состоящую из растворенного и взвешенного органического углерода, карбонатной системы и карбонатов взвесей. Большая часть углерода в той или иной форме находится в растворе. Так, органический взвешенный углерод составляет в поверхностных слоях лишь несколько процентов от растворенного, с глубиной эта доля уменьшается. Содержание неорганического растворенного углерода (?СО 2) в океане составляет около 90-105 мг/л, и, следовательно для углерода (в пересчете на СО 2) в составе карбонатов кальция и магния в поверхностной океанической взвеси составляет несколько десятых долей процента и менее. Эта доля с глубиной уменьшается вследствие растворения карбонатов в процессе оседания взвешенного материала. Сравнение содержания неорганического и органического углерода в растворе показывает, что в составе органического вещества углерода примерно в 30 раз меньше. Очень малая часть радиоуглерода в океанических водах может находиться во взвешенном состоянии. Благодаря большому периоду полураспада углерода-14, космогенный радиоуглерод довольно однородно распределен в водах океана по глубине. Значительные количества углерода-14, поступающие от ядерных взрывов, привели к большому росту концентрации в поверхностных слоях и большим градиентам концентрации в верхнем 1000-метровом слое Тихого океана.

Кремний-32 в океане находится преимущественно в растворенном виде. Фильтрация через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм показала, что в поверхностных водах Тихого и Атлантического океанов во взвешенном состоянии находится менее 10% кремния. С глубиной эта величина уменьшается. Подавляющая часть кремния-32, поступающего из атмосферы в океан, должна находиться в растворенной форме .

2.2 ИСКУСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ ГИДРОСФЕРЫ

История радиоактивного загрязнения окружающей среды началась с пуском заводов по переработке урана и первых реакторов в Хэнфорде на реке Колумбия (США). До 1971 г. там работало 8 реакторов. Жидкие отходы низкой активности разбавляли водой до удельной активности около 4 Бк/л и сбрасывали в реку. Отходы более высокой активности выдерживали в специальных емкостях до распада короткоживущих радионуклидов.

В реки США в 1958 г. было сброшено 7Ч10 15 Бк радиоактивных отходов. В результате многолетнего сброса искусственных радионуклидов в реки в их устьях образовались обширные области с повышенной радиоактивностью техногенного происхождения.

Различные радионуклиды по-разному ведут себя по отношению к взвешенному веществу и донным осадкам рек. Стронций-90 образует преимущественно растворимые формы и легко переносится водными массами на большие расстояния. Радиоактивные изотопы цезия способны сорбироваться на глинистых составляющих почв и речной взвеси, что во многом затрудняет его миграцию с речными водами, богатыми взвешенным веществом. Это принципиальное различие в поведении цезия-137 и стронция-90 было наглядно продемонстрировано многочисленными исследованиями техногенной радиоактивности Дуная и Днепра, проведенными после Чернобыльской аварии.

Воды Дуная составляют около 60 % речного стока в Черное море, а его бассейн - это почти половина территории Западной Европы. Поэтому Дунай в настоящее время служит наиболее значимым источником поступления искусственной радиоактивности в Черное море. Характерная особенность Дуная - высокое содержание взвешенного вещества. .

В настоящее время Днепр в среднем и нижнем течении представляет собой систему водохранилищ. Скорости течения Днепра малы, перемещение водных масс от верховья до устья занимает около года. В результате создаются идеальные условия для связывания растворенных компонентов со взвешенным веществом и поступления их в донные осадки Днепровского каскада. Около 94% взвешенного вещества оседает в пределах водохранилища и только 6% достигает следующего резервуара. Скорость переноса 90 Sr с днепровскими водами существенно выше по сравнению со скоростью переноса 137 Cs .

Радиоактивное загрязнение морской среды приняло глобальный характер с началом испытаний ядерного оружия. Было испытано более 350 боеприпасов и над землей, ив океане, в том числе 2 подводных взрыва, 11- над открытым океаном. 113- над или на коралловых островах, 79- на арктических островах.

Продукты ядерных взрывов поднимались на большие высоты в стратосферу и распространялись по всему земному шару. Искусственные радионуклиды из стратосферного резервуара, куда они попали при испытаниях в атмосфере, на поверхности Земли или океана, продолжают поступать на поверхность суши и океана с атмосферными выпадениями. Радионуклиды, поступающие на поверхность суши, которая является площадью водосбора рек, с речными водами также могут поступать в океан.

На долю океана приходится около 70 % поверхности Земли, непосредственные выпадения на поверхность океана создали в конце 50-х-начале 60-х гг. прошлого века заметные уровни искусственной радиоактивности в поверхностных слоях морской воды.

Процессы биогеохимической седиментации привели к довольно быстрому удалению многих радионуклидов из поверхностных слоев морской воды через всю водную толщу на дно. Распределение продуктов деления, поступающих из стратосферного резервуара на земную поверхность, было неравномерным и максимум выпадений пришелся на 40-50-е градусы северной широты. Экватор оказался важным барьером, препятствующим проникновению значительной части радионуклидов из северного полушария, где проводилась большая часть испытаний в южное.

Реки приносят в океан растворенные и взвешенные формы радионуклидов, собранные сов сего своего бассейна. На границе происходит геохимические превращения, связанные со скачкообразным изменением на этом барьере многих гидрохимических параметров: рН, температуры, солености, окислительно-восстановительного потенциала. В результате ряд радионуклидов, присутствовавших в речных водах в растворенной форме, в зоне смещения пресных и морских вод уходит на дно.

Поведение искусственных радионуклидов, попадающих в океан, и их распределение в океане определяются их физико-химическими свойствами, в том числе способностью к гидролизу, сродством к взвешенному веществу, участием в биогеохимических процессах. Важная особенность поведения многих радионуклидов в морской среде связана с их взаимодействием с органическим веществом с образованием комплексных соединений. Поверхность океана покрыта тончайшим микрослоем, содержащим поверхностно-активные вещества, где концентрируются многие микроэлементы.

Постоянно образующиеся в подповерхностном слое воздушные пузырьки лопаются, поднимаясь на поверхность, и этот процесс приводит к выносу на поверхность не только главных ионов солевого состава океанической воды, но и с большей эффективностью ионов многих микроэлементов из поверхностного микрослоя. В результате морские аэрозоли оказываются обогащенными микроэлементами по отношению к главным компонентам морской соли. В подобных процессах могут участвовать и радионуклиды.

Около 80% плутония, сбрасывавшегося европейскими предприятиями по переработке ядерного топлива в растворенной форме, удалялось в процессе седиментации, до того как водные массы достигали Баренцева и Гренландского морей .

В поверхностных водах открытого океана взвешенная фаза содержит 12-35% плутония, а в подповерхностных водах около 6% плутония. Основным источником плутония-239,240 в водах океана являются глобальные выпадения, а источник плутония-238 - европейские предприятия по переработке ядерного топлива. Заметную роль в загрязнении окружающей среды плутонием-238 сыграли аварии космических аппаратов с ядерными энергетическими установками.

2.3 АКТИНИДЫ В ГИДРОСФЕРЕ

В водных системах для актинидов характерен ряд степеней окисления от +3 до +6. Степеням окисления +5+6 отвечают конетически и термодинамически стабильные линейные диоксокатионы. Из-за стерических затруднений координационные числа пяти- и шестивалентных актинидов в водных растворах равны 4 и 6 соответственно. Для An 3+ и An 4+ координационные числа могут меняться от 6 до 12.

Торий в растворе исключительно четырехвалентен. Наиболее характерная степень окисления урана - +6. Для нептуния и протактиния наиболее типично пятивалентное состояние, нептуний может окисляться или восстанавливаться до шести- и четырехвалентного состояний соответственно. Америций и кюрий в условиях окружающей среды проявляют лишь одну степень окисления +3. Наибольшее разнообразие степеней окисления проявляет плутоний: в природных условиях, по-видимому, могут сосуществовать четыре степени окисления от +3 до +6.

В водных растворах актиниды во всех степенях окисления проявляют свойства типичных «жестких» кислот, что определяет электростатическую природу их взаимодействия с анионами и предпочтительное связывание с кислородсодержащими лигандами. В природных водах поведение актинидов определяется реакциями гидролиза и комплексообразования, главным образом с карбонат-ионами.

Гидролиз четырехвалентных актинидов начинается в кислых растворах, а для пятивалентных актинидов он незначителен до рН 9. Плутоний, сорбированный на поверхности взвешенных частиц, находится в восстановленной форме (+4). В прибрежных донных осадках и в почвах плутоний в основном связан с гуминовыми кислотами, имеющими относительно высокий молекулярный вес и с легкими фульвокислотами. .

Время пребывания плутония в водной толще меняется в широких пределах - от десятков дней в прибрежных водах, богатых взвешенным веществом, до десятков лет в открытом океане.

В замкнутых водоемах, а также в прибрежных зонах, богатых взвешенным веществом, может происходить изменение состояния окисления плутония. Восстановление плутония также может происходить под действием сероводорода, что наблюдается, в частности, в Черном море, где сероводород встречается повсеместно на глубине более 100 метров, и в норвежских фьордах. .

Для разделения плутония в высших и низших степенях окисления использовали различия в степени сорбции на трифториде лантана. Для контроля химического выхода использовали две изотопные метки, вводимые в различных химических формах. Плутоний проявляет консервативное поведение в морской воде, это обусловлено его окисленным состоянием.

1. Время пребывания плутония в водной толще меняется в широких пределах - от десятков дней в прибрежных водах, богатых взвешенным веществом, до десятков лет в открытом океане.

2. Поведение искусственных радионуклидов, попадающих в океан, и их распределение в океане определяются их физико-химическими свойствами, в том числе способностью к гидролизу, сродством к взвешенному веществу, участием в биогеохимических процессах.

3. Искусственные радионуклиды из стратосферного резервуара, куда они попали при испытаниях в атмосфере, на поверхности Земли или океана, продолжают поступать на поверхность суши и океана с атмосферными выпадениями.

4. Различные радионуклиды по-разному ведут себя по отношению к взвешенному веществу и донным осадкам рек.

5. Радиоактивность -это самопроизвольный распад атомных ядер вещества с испусканием ядерных излучений:б-частиц (ядер гелия), в-частиц (электронов) и г-квантов.

6. Искусственные радионуклиды поступают в окружающую среду в результате испытаний ядерного оружия, ядерных взрывов, проводившихся в мирных целях, а также деятельности предприятий ЯТЦ.

7. Загрязнение вод проявляется в изменении их физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запаха, вкуса), увеличении содержания солей (сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), токсичных тяжелых металлов, сокращении содержания растворенного в воде кислорода, увеличении содержания радионуклидов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Перцов Л.А. Ионизирующее излучение биосферы.- М.: Атомиздат, 1973.228 с

2.Попов Н.И., Федоров К.Н., Орлов В.М. Морская вода. - Наука, 1979.327 с.

3.Виноградов А.П. Введение в геохимию океана. -М.: Наука, 1967. 215 с.

4. Батраков Г.Ф., Еремеев В.Н., Земляной А. Радиоактивные изотопы в океанографических исследованиях.- Киев: Наукова думка, 1979. 180 с.

5.Громов В.В., Москвин А.И. Сапожников Ю.А. Техногенная радиоактивность Мирового океана. - М: Энергоатомиздат, 1985. 272 с.

6.Гедеонов Л.И., Гритченко З.Г., Иванова Л.М., Орлова Т.Е., Тишков В.П., Топорков В.П., Прокопенко В.Ф. Радионуклиды стронция и цезия в низовье Дуная в 1985-1990. -Атомная энергия, 1993, т.74, №1, с.58.

7.Сапожников Ю.А., Алиев Р.А., Калмыков С.Н. Радиоактивность окружающей среды. М:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006 -- 286 с:

8. Голицын А.Н. Промышленная экология и мониторинг загрязнения природной среды: Учебник. Издательство: ОНИКС, 2010 г. - 335 с.

9. Еремин В.Г., Сафонов В.Г. Экологические основы природопользования. М. 2002 г. - 220 с.

10. Снакин, В.В. Экология и охрана природы: Словарь-справочник. / Под ред. акад. А.Л. Яншина. - М.: Academia, 2000. - 384с.

11. Жуков А. И., Монгайт И. Л., Родзиллер И. Д. Методы очистки

производственных сточных вод М.: Стройиздат. 1991. - 204 с.

12. Повякало А. Д., Шангарев И. Р. Экологические проблемы современности -М.: Квота, 2001. - 228 с.

13. Учебник для вузов: «ЭКОЛОГИЯ» / Н.И.Николайкин, Н.Е.Николайкина, О.П.Мелехова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Дрофа, 2003. - 624 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Понятие радиации и радиоактивности, ее виды и причины возникновения. Категория бытовых предметов, которые излучают радиацию, хотя и в пределах допустимых нормативов. Воздействие радиоактивности на живые организмы. Эффекты влияния радиации на человека.

реферат , добавлен 13.03.2017


Характеристика действующих атомных электростанций в Германии: местонахождение, количество энергоблоков, типы реакторов, электрическая мощность. Принципы построения системы контроля радиоактивности окружающей среды, загрязнений поверхности земли и воды.

реферат , добавлен 14.12.2016


Применение основных методов водоподготовки для удаления радиоактивности. Процесс сорбции из водных растворов. Происхождение природных сорбентов. Регенерация ионообменных смол. Основные требования к анионитам, используемым для очистки сточных вод.

курсовая работа , добавлен 17.04.2014


курсовая работа , добавлен 03.11.2011


Образование радиоактивных отходов (РАО), проблема с их обращением и утилизацией. Биологическое действие ионизирующих излучений и основные способы защиты от них. Единицы измерения радиоактивности и доз облучений. Обеспечения безопасности хранилищ РАО.

реферат , добавлен 17.05.2010


Методы и средства регистрации радиоактивного излучения (фотографический, ионизационный, люминесцентный). Радиометрические поля нефтегазоносных площадей. Характеристики радиоактивного излучения, приборы для их измерения. Метод биологической дозиметрии.

презентация , добавлен 10.02.2014


Источники радиоактивного загрязнения объектов окружающей среды естественными радиоактивными элементами. Примеры регионов с высокими содержаниями естественных радиоактивных элементов на земном шаре. Аномалии радиоактивности в осадочных толщах, их причины.

презентация , добавлен 10.02.2014


Общие понятия об атомных реакторах, ядерная энергетика и экология. Единицы измерения, используемые в радиационной экологии человека. Токсичность радионуклидов и пути их попадания в организм человека, накопление в продуктах питания и кормах животных.

курсовая работа , добавлен 18.04.2011


Радиоактивные отходы на СХК. Производственные и аварийные выбросы радиоактивности на СКХ. Аварийные происшествия. Томская авария, 6 апреля 1993 г. Роль средств массовой информации при освещении последствий аварии.

реферат , добавлен 05.10.2006


История открытия явления деления ядра урана-235 под воздействием тепловых нейтронов. Характеристика и причины образования в природе радионуклидов. Понятие природных ядерных реакторов. Анализ размещения буровых скважин на месторождении Богомбо (Габон).

Радиоактивностью называется превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы другого элемента , сопровождающееся испусканием некоторых частиц .

Естественной радиоактивностью называется радиоактивность , наблюдающаяся у существующих в природе неустойчивых изотопов .

Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов , полученных в результате ядерных реакций .

На рис. 9.3 показан классический опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения.

Радиоактивный препарат помещался на дно узкого канала в свинцовом контейнере. Против канала помещалась фотопластинка. На выходившее из канала излучение действовало сильное магнитное поле, перпендикулярное к лучу. Вся установка размещалась в вакууме.

Обычно все типы радиоактивности сопровождаются испусканием гамма-излучения – жесткого , коротковолнового электромагнитного излучения . Гамма-излучение является основной формой уменьшения энергии возбужденных продуктов радиоактивных превращений. Ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским ; возникающее дочернее ядро, как правило, оказывается возбужденным, и его переход в основное состояние сопровождается испусканием γ-фотона.

В табл. 1 приведены основные типы радиоактивности.

Таблица 1

Тип радиоактивности	Изменение заряда ядра Z	Изменение массового числа А	Характер процесса
			Вылет α-частицы – системы двух протонов и двух нейтронов, соединенных воедино
			Взаимные превращения в ядре нейтрона () и протона ()
β – -распад
β + -распад
Электронный захват (е – -или К-захват)			И – электронное нейтрино и антинейтрино
Спонтанное деление	Z – (1/2)A	A – (1/2)A	Деление ядра обычно на два осколка, имеющих приблизительно равные массы и заряды

Самопроизвольный распад атомных ядер подчиняется закону радиоактивного распада :

,

(9.4.1)

где N 0 – количество ядер в данном объеме вещества в начальный момент времени t = 0, N – число ядер в том же объеме к моменту времени t , λ – постоянная распада , имеющая смысл вероятности распада ядра за 1 секунду и равная доле ядер, распадающихся за единицу времени.

Закон самопроизвольного радиоактивного распада основывается на двух предположениях:

· постоянная распада не зависит от внешних условий;

· число ядер, распадающихся за время dt, пропорционально наличному количеству ядер. Эти предположения означают, что радиоактивный распад является статистическим процессом и распад данного ядра является случайным событием, имеющим определенную вероятность.

Величина 1/λ равна средней продолжительности жизни (среднее время жизни ) радиоактивного изотопа . Действительно, суммарная продолжительность жизни dN ядер равна: . Средняя продолжительность τ жизни всех первоначально существовавших ядер:

.

(9.4.2)

Характеристикой устойчивости ядер относительно распада служит период полураспада Т 1/2 . Так называется время , в течение которого первоначальное количество ядер данного радиоактивного вещества уменьшается наполовину . Связь λ и Т 1/2:

.

(9.4.3)

Естественная радиоактивность наблюдается у ядер атомов химических элементов, расположенных за свинцом в периодической системе Менделеева. Естественная радиоактивность легких и средних ядер наблюдается лишь у ядер , , , , , , .

При радиоактивном распаде ядер выполняется закон сохранения электрического заряда:

,

(9.4.4)

где Z яд e – заряд материнского ядра, Z i е – заряды ядер и частиц, возникших в результате радиоактивного распада. Этот закон применяется при исследовании всех ядерных реакций.

Правило сохранения массовых чисел при явлениях естественной радиоактивности:

,

(9.4.5)

где A яд – массовое число материнского ядра, A i – массовые числа ядер или частиц, получившихся в результате радиоактивного распада.

Правила смещения (правила Фаянса и Содди ) при радиоактивных распадах:

при α-распаде ;

при β – -распаде .

Здесь – материнское ядро, Y – символ дочернего ядра, – ядро гелия, – символическое обозначение электрона, для которого A = 0 и Z = –1.

Радиоактивность - это способность некоторых химических элементов (урана, тория, радия, калифорния) самопроизвольно распадаться и испускать невидимые излучения.

Радиоактивные вещества (РВ) распадаются со строго определённой скоростью, измеряемой периодом полураспада, т.е. временем, в течение которого распадается половина всех атомов. Радиоактивный распад не может быть остановлен или ускорен каким-либо способом.

Пучок излучений в магнитном поле разделяется на три вида излучения:

б-излучение - поток положительно заряженных частиц представляющих собой ядро гелия, движущийся со скоростью около 20 000 км /с, т.е. в 35 000 раз быстрее, чем современные самолёты. Альфа-частица относится к тяжелым частицам, она в 7300 раз тяжелее электрона. В животных тканях её проникающая способность ещё меньше и измеряется микронами. Альфа- частицы входят в состав космических лучей у Земли (6%).

Альфа - распад представляет собой самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся испусканием двух протонов и двух нейтронов, образующих ядро Не 4 2.

В результате альфа-распада заряд ядра уменьшается на 2, а массовое число на 4 единицы. Например: кинетическая энергия вылетающей б- частицы определяется массами исходного и конечного ядра б - частицы. Известно более 200 б- активных ядер, расположенных в основном в конце периодической системы. Известно также около 20 б-радиоактивных изотопов редкоземельных элементов. Здесь б -распад наиболее характерен для ядер с числом нейтронов N=84, которые при испускании б-частиц превращаются в ядра с заполненной ядерной оболочкой (N=82). Время жизни б-активных ядер колеблются в широких пределах: от 3*10 -7 сек (для Po 212) до (2-5)*10 15 лет (природные изотопы Ce 142, 144, 176) Энергия наблюдаемого б-распада лежит в пределах 4-9 Мэв (за исключением длиннопробежных б-частиц) для всех тяжелых ядер и 2-4.5 Мэв для редкоземельных элементов.

в- излучение - поток заряженных отрицательно заряженных частиц (электронов). Их скорость 200 000-300 000 км/с приближается к скорости света. Масса бета- частиц равна 1/1840 массы водорода. Бета- частицы относятся к лёгким частицам.

г-излучение - представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение. По свойствам оно близко к рентгеновскому излучению, но обладает значительно большей скоростью и энергией, но распространяется со скоростью света. В спектре электромагнитных волн эти лучи занимают почти крайнее справа место. За ними следуют лишь космические лучи. Энергия гамма- лучей в среднем составляет около 1,3 Мэв (мегаэлектроновольт). Это очень большая энергия. Частота колебаний волн гамма лучей равна, 10 20 раз/сек, то есть гамма лучи относятся к очень жёстким лучам, и проникающая способность велика. Через тело человека они проходят беспрепятственно.

При некоторых ядерных реакциях возникает сильно проникающее излучение, не отклоняющееся электрическим и магнитным полями. Эти лучи проникают через слой свинца толщиной в несколько метров. Это излучение представляет собой поток частиц, заряженных нейтрально. Эти частицы названы нейтронами.

Масса нейтрона равна массе протона. Нейтроны обладают различной скоростью, в среднем меньше скорости света. Быстрые нейтроны развивают энергию порядка 0,5 Мэв и выше, медленные - от долей до нескольких тысяч электроновольт. Нейтроны, являясь электрически нейтральными частицами, обладают, как и гамма- лучи, большой проникающей способностью. Ослабление потока нейтронов в основном происходит за счет столкновения с ядрами других атомов и за счет захвата нейтронов ядрами атомов. Так при столкновении с легкими ядрами нейтроны в большей степени теряют свою энергию, но легкие водородосодержащие вещества такие как: вода, парафин, ткани тела человека, сырой бетон, почва, являются лучшими замедлителями и поглотителями нейтронов.

В природе многие химические элементы выделяют излучения. Эти элементы называются радиоактивными элементами, а сам процесс получил название естественной радиоактивности. На процессы радиоактивного излучения не оказывают никакого действия ни огромные давления и температуры, ни магнитные и электрические поля. Радиоактивное излучение связано с превращением ядер элемента. Существует два вида естественного радиоактивного распада.

Альфа-распад, при котором ядро испускает альфа- частицу. При этом виде распада всегда из одного ядра получается ядро другого элемента, у которого заряд меньше на две единицы, а масса меньше на четыре единицы. Так, например, распадается радий, превращаясь в радон:

Ra 88 226 > He 2 4 + Rn 86 222

Бета-распад, при котором из ядра вылетает бета-частица. Так как бета-частица может быть различно заряженной, то бета-распад может быть или электронный, или позитронный.

При электронном распаде образуется элемент с той же массой, но с зарядом, большим на единицу. Так торий превращается в протактиний:

Th 90 233 >Pa 91 233 + e -1 + г - квант.

При позитронном распаде радиоактивный элемент теряет положительную частицу и превращается в элемент с той же массой, но с зарядом меньшим на единицу. Так изотоп магния, превращается в натрий:

Mg 12 23 > Na 11 23 + e +1 + г- квант.

Направляя, пучок альфа- частиц на пластинку алюминия, впервые получили искусственный радиоактивный изотоп фосфора Р 15 30:

Al 13 27 + He 2 4 > P 15 30 + n 0 1

Полученные таким образом изотопы были названы искусственно радиоактивными, а их способность распадаться получила название искусственной радиоактивности. В настоящее время получено свыше 900 искусственных радиоактивных изотопов.

Они широко используются в медицине и в биологии для изучения химических превращений в организме. Этот метод называется методом меченых атомов.

Радиоактивность - это. способность ядер атомов некоторых химических элементов самопроизвольно превращаться в ядра дру­гих химических элементов с выделением энергии в виде излучений. Естественно радиоактивными называются вещества, существующие в природе, а искусственно радиоактивными - приобретшие это свойство искусственно. Явление радиоактивности было открыто в 1896 г. французским физиком А. Беккерелем при изучении фос­форесценции солей урана. При спонтанном, не зависящем от внеш­них причин, распаде солей урана испускались лучи, сходные с рентгеновскими: они проникали через непрозрачные вещества, засвечивали фотобумагу, ионизировали газы, воздействовали на живую ткань. В 1898г. Мария Склодовская-Кюри открыла радио­активность тория. Она показала также, что урановая руда обла­дает большей радиоактивностью по сравнению с чистым ураном. Мария и Пьер Кюри высказали предположение, что соли урана содержат примеси других радиоактивных веществ, ими оказались полоний и радий.

Излучения естественно радиоактивных элементов, как показал английский физик Э. Резерфорд (1911), имеют различные физиче­ские свойства. Часть лучей в электрическом поле отклоняется к отрицательно заряженному проводнику, что свидетельствует об их положительном заряде; их назвали ά-лучами. Другая часть лучей отклонялась к положительно заряженному проводнику. Эти отрицательно заряженные лучи получили название β-лучей. Электронейтральные лучи, которые не отклонялись в электриче­ском поле, были названы γ-лучами.

Изучение сущности естественного радиоактивного распада при­вело Э. Резерфорда к заключению о возможности искусственного расщепления ядер. В 1919 г. при бомбардировке ά -частицами ядра атома азота он выбил из него положительно заряженную частицу - протон. При этом образовался новый химический элемент - кислород.

В 1932 г. появились данные о существовании в ядре атомов наряду с протонами аналогичных им по величине нейтронов. Со­ветские физики Д. Д. ИЕаненко, Е. Г. Гапон и немецкий физик Гольдхабер разработали теорию о протонно-нейтропном строении ядра атома. Английский физик Chadwick в 1933 г. открыл нейтрон. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри при бомбардировке ά -частицами алюминия, бора, магния наряду с нейтронами получили позит­рон. Причем позитроны испускались и после прекращения облу­чения алюминия, т. е. впервые были получены радиоактивные элементы искусственным путем.

2713А1 +42 ά→10n + 3015P→ е+ + 3014Si

Первый генератор нейтронов, которые образовывались в ускори­теле тяжелых заряженных частиц (циклотроне), сконструировал в 1936 г. Laurence.

В 1940 г. советские физики Г. Н. Флеров и К. А. Петржак открыли явление самопроизвольного деления ядер урана на круп­ные осколки с выделением 2-3 свободных нейтронов, которые, в свою очередь, вызывали деление других ядер с высвобождением новых нейтронов и т. д. Показана возможность цепной реакции, которая могла быть использована для облучения нейтронами ста­бильных химических элементов и превращения их в радиоактив­ные. В противоположность а-частицам нейтроны, будучи электро­нейтральными, легко внедряются в ядра атомов, переводя их в возбужденное состояние.

В 1942 г. в США итальянский физик Э. Ферми впервые получил цепную реакцию на практике, создав работающий атомный реак­тор. Ко времени второй мировой войны относится разработка пер­вых образцов атомного оружия. Его применили США в 1945 г. при бомбардировке японских городов Хиросима и Нагасаки. В 1954 г. в СССР началась промышленная эксплуатация первой в мире атомной электростанции.

Благодаря созданию атомных реакторов и мощных ускорите­лей заряженных частиц в настоящее время получены радиоактив­ные изотопы всех химических элементов, которые можно исполь­зовать для нужд народного хозяйства, в том числе и для меди­цины.

Искусственно радиоактивные изотопы получают путем бомбар­дировки ядер атомов стабильных химических элементов нейтро­нами, протонами, дейтронами, а также из продуктов деления урана или плутония в атомных реакторах.

В качестве примера можно привести реакцию получения радио­фосфора:

3115P + 10n → 3215Р или 3115P + 11H → 3215P + e+ + п.

Личные впечатления и предложения по улучшению работы ДЭЦ “Живая нить”
О пользе иппотерапии. Иппотерапия – конная реабилитация, а еще проще – лечение с помощью лошади. Чтобы убедить скептиков, достаточно показат...

Когда малыш еще не родился…
Стоматологическое просвещение родителей играет важную роль в сохранении стоматологического здоровья детей. Необходимость ухода за временными зубами должна быть понятна родителям. Состояние временных...

Естественная и искусственная радиоактивность

Ядра некоторых изотопов могут самопроизвольно превращаться в ядра других элементов с выделением энергии. Этот процесс называют радиоактивностью. Естественная радиоактивность впервые обнаружена на солях урана в 1896г. французским физиком А. Беккерелем и исследована затем Пьером и Марией Кюри. Было установлено, что радиоактивный распад сопровождается испусканием α-, β-, и γ-лучей. Большинство естественных радиоактивных элементов образует радиоактивные семейства, где каждый радиоактивный элемент возникает из предыдущего и, в свою очередь, превращается в последующий. Процесс радиоактивных превращений продолжается до тех пор, пока не образуется устойчивый изотоп. Для некоторых естественных радиоактивных элементов (40 К, 87 Rb, 152 Sm и др.) распад ограничивается одним звеном превращения.

Искусственная радиоактивность открыта в 1934г. французскими учеными Ирен и Фредериком Жолио-Кюри. Они установили, что при облучении стабильных элементов α-частицами образуются радиоактивные изотопы фосфора, азота и кремния – элементов, не име6ющих естественных радиоактивных изотопов. В дальнейшем при облучении стабильных элементов α-частицами, протонами, дейтронами и нейтронами, были получены радиоактивные изотопы всех химических элементов, начиная от водорода и кончая ураном, причем для большинства элементов получено несколько радиоактивных изотопов.

Существуют следующие основные виды распада природных радиоактивных элементов.

1. Испускание α-частицы, представляющей собой положительно заряженное ядро гелия с атомным номером Z=2 и массовым числом М=4. Ядро, образовавшееся в результате α-распада, имеет массовое число на четыре единицы, а порядковый номер на две единицы меньше, чем у исходного ядра, например:

2. Испускание отрицательных или положительных α-частиц - электрона (обозначается е - или β -) или позитрона (е + или β +), представляющих собой заряженные частицы с примерно одинаковой массой (m e =0,9035-10 -27 г), составляющей всего 1/1835 часть массы протона. При этом массовое число продукта распада такое же, как у исходного ядра, а порядковый номер увеличивается или уменьшается на одну единицу, например:

.

В приведенных записях реакций отмечена важная особенность β-распада: он всегда сопровождается испусканием нейтральной частицы с нулевой массой - нейтрино v при β + -распаде и антинейтрино v при β - -распаде. Очень часто основные (обязательные) продукты распада, α- и β-частицы, а также нейтрино (антинейтрино) , уносят не всю энергию реакции распада. Избыток энергии испускается в виде одного или нескольких -квантов

.

3. Захват ядром электрона одной из оболочек атомов. В результате этого процесса, называемого электронным захватом (ЭЗ), атомный номер (как и при β + -распаде) уменьшается на одну единицу, а энергия реакции уносится нейтрино и в некоторых случаях также -γ-излучением, например:

.

При занятии вакантного места на электронной оболочке другим электроном возникает также характеристическое рентгеновское излучение элемента - продукта реакции.

Электронный захват с К-, L -оболочек принято называть соответственно (К -захватом, L -захватом и т. д.

4. Самопроизвольное деление некоторых тяжелых ядер (238 U , 232 Th ) на две части, обычно с неодинаковой массой. При самопроизвольном делении помимо осколков деления излучаются два или три нейтрона, а иногда и другие частицы. Вновь образовавшиеся ядра обычно нестабильны и распадаются путем испускания нескольких нейтронов и β - -частиц. В ядерной геофизике вызывает интерес испускание некоторыми продуктами деления так называемых запаздывающих нейтронов, сопровождающих β-распад, например:

Регистрацию таких нейтронов используют для определения содержания урана.

5. Испускание одного или двух протонов, при котором масса и заряд уменьшаются на одну или две единицы, наблюдается лишь у части искусственных радиоактивных изотопов с исключительно большим дефицитом нейтронов (соответственно с избытком протонов), например:

.

Этот вид распада недавно открыт советскими учеными, и его значение для ядерной геофизики еще не изучено.

Иногда к радиоактивному распаду относят также переход некоторых ядер из метастабильного (относительно устойчивого возбужденного) состояния в основное с испусканием одного или нескольких γ-квантов. При этом ядерного превращения (в смысле изменения его массы или заряда) не происходит. Однако закон уменьшения числа активных (метастабильных) ядер совпадает с законом радиоактивного распада, что и оправдывает отнесение этого процесса, называемого изомерным переходом (ИП), к особому виду радиоактивности.

Возбужденное ядро-изомер некоторого элемента М Х принято обозначать М m Х. Изомеры обычно получают возбуждением ядер при бомбардировке ядерными частицами или иногда как промежуточный продукт при распаде некоторых ядер. Например, при распаде UX 1 кроме изотопа 234 Pa(UZ) образуется его изомер 234 m Pa(UX 2), имеющий другой период полураспада.

Обычно радиоактивный элемент распадается одним из перечисленных выше способов. Однако многие из них могут распадаться различными путями. Так, например, 226 Ra в 99 % случаев превращается в 222 Rn, излучая α-частицу с энергией 4,9 МэВ. Однако наблюдается переход радия в радон и с испусканием двух частиц: α -частицы с энергией 4,7 МэВ и γ-кванта с энергией 0,2 МэВ. Некоторые радиоактивные элементы распадаются, образуя два или более новых элементов. Так, около 12 % атомов 40 К испытывают К -захват и превращаются в атомы аргона 40 Аr с последующим излучением γ -квантов с энергией 1,46 МэВ. Остальные 88 % 40 К превращаются в атомы кальция 40 Са с излучением β-частицы. Распад искусственных радиоактивных элементов, как правило, сопровождается испусканием электронов (или позитронов) и γ –лучей.

В природе обнаружено более 50 естественных радиоактивных элементов. Наиболее распространены тяжелые элементы, входящие в состав радиоактивных семейств урана , актиноурана AcU и тория ( ,рис. 5.1). В ничтожно малых количествах в природе встречаются элементы семейства нептуния , распад которых ограничивается одним звеном превращений. Из анализа рис. 5.1 следует, что характер распада этих семейств имеет много общего.