Понятие радиоактивного распада. Методы регистрации ионизирующих излучений. Биологическое воздействие излучений на организм (10356)

Посмотреть архив целиком

Содержание


3. Сущность процессов ионизации и возбуждения атомов

14. Стицилляционный, химический и фотохимический методы обнаружения и регистрации ионизирующих излучений

24. Действие радиоактивных излучений на клетки

Список литературы



1. Сущность процессов ионизации и возбуждения атомов


Открытия радиоактивности подтвердило сложность строения не только атомов, а и их ядер. В 1903 г. Э. Резерфорд и Ф. Содди предложили теорию радиоактивного распада, которая коренным образом изменила старые взгляды на строение атомов. В соответствии с этой теорией, радиоактивные элементы самочинно распадаются с выпусканием α- или β-частинок и образованием атомов новых элементов, химически отличных от исходных. При этом сохраняется стабильность массы как исходных атомов, так и тех, которые образовались вследствие хода процесса распада. Э. Резерфорд в 1919 г. впервые исследовало искусственное преобразование ядер. Во время бомбардировки атомов Нитрогена с α-частинками он выделил ядра атомов Гидрогена (протоны) и атомы нуклида Оксигену. Такие преобразования называют ядерными реакциями, поскольку из ядер атомов одного элемента получаются ядра атомов других элементов. Ядерные реакции записывают с помощью уравнений. Так, рассмотренную выше ядерную реакцию можно записать так:



Определения явлению радиоактивности можно дать, использовав понятие об изотопах: радиоактивностью называется преобразование нестойких ядер атомов одного химического элемента на ядра атомов другого элемента, которое сопровождается выпусканием элементарных частичек. Радиоактивность, которую проявляют изотопы элементов, которые существуют в природе, называется естественной радиоактивностью.

Скорость радиоактивных преобразований разная для разных изотопов. Она характеризуется постоянной радиоактивного распада, которая показывает, сколько атомов радиоактивного нуклида распадается за 1 с Установлено, что количество атомов радиоактивного нуклида, которое распадается за единицу времени, пропорциональная общему количеству атомов этого нуклида и зависит от величины постоянной радиоактивного распада. Например, если на протяжении некоторого периода распалась половина общего количества атомов радиоактивного нуклида, то в следующий такой самый период распадется половина остатка, то есть вдвое меньше, чем за предыдущий период, и т.д.

Продолжительность жизни радиоактивного нуклида характеризуют периодом полураспада, то есть таким промежутком времени, на протяжении которого распадается половина начального количества этого нуклида. Например, период полураспада Радона составляет 3,85 суток, Радия - 1620 лет, Урану - 4,5 миллиарда лет.

Известные такие типы радиоактивных преобразований: α-распад, β-разпад, спонтанный (самочинный) деление ядер. Эти типы радиоактивных преобразований сопровождаются выпусканием α-частичек, электронов, позитронов, γ-луч.

В процессе α-распада ядро атома радиоактивного элемента выпускает ядро атома Гелия, вследствие чего заряд ядра атома исходного радиоактивного элемента уменьшается на две единицы, а массовое число - на четырех. Например, преобразования атома Радия на атом Радона можно записать уравнением



Ядерную реакцию β-распада, который сопровождается выпусканием электронов, позитронов или увлечением орбитальных электронов, также можно записать уравнением


где е- -электрон; hν - квант γ-излучения; νo - антинейтрино (элементарная частичка, масса покоя которой и заряд равняются нулю).

Возможность β-розпаду связана с тем, что, в соответствии с современными представлениями, нейтрон может превращаться при определенных условиях на протон, выпуская при этом электрон и антинейтрино. Протон и нейтрон - два состояния одной и той самой ядерной частички - нуклона. Этот процесс можно изобразить схемой


Нейтрон -> Протон + Электрон + Антинейтрино


В процессе β-распада атомов радиоактивного элемента один из нейтронов, который входит в состав ядра атома, выпускает электрон и антинейтрино, превращаясь на протон. В этом случае положительный заряд ядра увеличивается на единицу. Такой вид радиоактивного распада называется электронным -распадом (β--распадом).

Итак, если ядро атома радиоактивного элемента выпускает одну α-частицу, получается ядро атома нового элемента с протонным числом на две единицы меньшим, а при выпускании β-частички - ядро нового атома с протонным числом на единицу большим, чем у исходного. В этом и состоит суть закона смещения Содди-Фаянса.

Ядра атомов некоторых нестабильных изотопов могут выпускать частички, которые имеют положительный заряд +1 и массу, близкую к массе электрона. Эта частичка называется позитроном. Итак, возможное преобразование протона на нейтрон согласно с схемой


Протон → Нейтрон + Позитрон + Нейтрино


Преобразования протона на нейтрон наблюдается лишь в том случае, когда нестабильность ядра вызванная избыточным содержимым в нем протонов. Тогда один из протонов превращается в нейтрон, а позитрон и нейтрино, которые возникают при этом, вылетают за границы ядра; заряд ядра уменьшается на единицу

Такой тип радиоактивного распада называется позитронным -распадом (β+-распадом).

Итак, вследствие β-розпаду ядра атома радиоактивного элемента получается атома элемента, смещенного на одно место вправо (β-розпад) или влево (β+-распад) от исходного радиоактивного элемента.

Уменьшения заряда ядра радиоактивного атома на единицу может быть вызвано не только β+-распадом, а и электронным увлечением, вследствие чего один из электронов ближайшего к ядру электронного шара захватывается ядром. Этот электрон с одним из протонов ядра образовывает нейтрон:


е- +р → n.


Теорию строения ядра атома разработали в 30-х годах XX ст. украинские ученые Д.Д. Иваненко и Е.М. Гапон, а также немецкий ученый В. Гейзенберг. В соответствии с этой теорией, ядра атомов состоят из положительно заряженных протонов и электронейтральных нейтронов. Относительные массы этих элементарных частичек почти одинаковые (масса протона 1,00728, масса нейтрона- 1,00866). Протоны и нейтроны (нуклоны) содержатся в ядре очень крепкими ядерными силами. Ядерные силы действуют только на очень маленьких расстояниях - порядка 10-15 м.

Энергия, которая выделяется во время образования ядра из протонов и нейтронов, называется энергией связи ядра и характеризует ее стабильность.



14. Стицилляционный, химический и фотохимический методы обнаружения и регистрации ионизирующих излучений


Современные сцинтилляционные счетчики подразделяют на счетчики с твердым и жидким сцинтилляторами. Жидкостно-сцинтилляционные счетчики предназначены для регистрации бета-излучения низкой энергии. Для регистрации гамма-излучения удобна использовать твердые сцинтилляторы. Сцинтиллятор — вещество, испускающее вспышки света при действии на него ионизирующей радиации.

Жидкие сцинтилляторы — это растворы, содержащие соединения, способные флуоресцировать под действием ионизирующей радиации. Наиболее широко в качестве такого соединения используют 2,5-дифенилоксазол (ППО). Радиоактивное соединенна вводят в сцинтиллятор, что обеспечивает наибольший его контакт с флуоресцирующим веществом.

В качестве твердых сцинтшгляторов чаще всего используют кристалл йодистого натрия, которому придают форму колодца. Под действием излучения молекулы кристаллической решетки подвергаются ионизации и возбуждению, сопровождающемуся световой вспышкой. Интенсивность вспышки зависит от энергии излучения. Световые вспышки фиксируются фотоумножителем, который превращает их в электрические импульсы. Амплитуда этих импульсов пропорциональна интенсивности вспышек, а следовательно, энергии излучения, вызывающего эти вспышки.

Большинство жидких сцинтилляторов, применяемых в настоящее время, приготовлено на основе толуола или диоксана. Толуоловые сцинтилляторы имеют более высокую эффективность регистрации низкоэнергетического бета-излучения. Однако водные образцы в толуоловых сцинтилляторах измерять неудобно из-за малой растворимости воды в толуоле и сильного тушения сцинтилляторов, которое вызвано введением воды.

В качестве растворителя в сцинтилляционных смесях, предназначенных для измерения водных образцов, чаще применяют диоксан. В диоксане можно растворить большое количество воды (до 30%).

Основными компонентами любого сцинтилляционного счетчика являются сцинтиллятор, фотоумножитель, логарифмический усилитель электрических импульсов, электронная система анализа и регистрация (рис. 1).


Рис. 1. Принцип устройства сцинтилляционного датчика


С целью исключения импульсов, соответствующих фону фотоумножителей, сцинтилляции детектируются не одним, а двумя фотоумножителями, соединенными в электронной схеме совпадения, что позволяет почти полностью исключить импульсы, соответствующие фону ФЭУ.

Основные источники фона сцинтилляционных счетчиков.

1. Внешнее излучение (космическое и излучение от источников в помещении лаборатории). Внешний фон в значительной степени ослабляется защитой и дискриминацией импульсов с большой амплитудой.

2. Внутреннее излучение, обусловленное загрязненностью радиоактивными изотопами материалов защиты с самого счетчика, а также присутствием в воздухе эманации радия и тория.

3. Случайные совпадения между двумя ФЭУ оптической обратной связи (свечение остаточных газов, люминесценция стекла колб ФЭУ или динодов).

4. Случайные совпадения из-за термошумов ФЭУ и конечного разрешающего времени схемы совпадений.

Для уменьшения фона используют материалы, содержащие минимальное количество радиоактивных изотопов.

Для каждого изотопа характерно непрерывное распределение энергии спектра, максимум которого является специфической характеристикой данного изотопа. Современные сцинтилляционные счетчики настроены таким образом, чтобы фиксировать импульсы в узком диапазоне амплитуд. Это позволяет уменьшить влияние других изотопов и фонового излучения на определение активности нужного изотопа путем амплитудного анализа.

При установке окна счетчика таким образом, чтобы регистрировались только импульсы, энергия которых лежит в интервале х—у, будут просчитываться основная часть излучения изотопа А и незначительная часть излучения изотопа Б.

Определение гамма-излучения — более простая операция, чем определение бета-излучения методом жидкостной сцинтилляции. Оно не требует подготовки образцов, что позволяет экономить время и реактивы, а также сокращается время измерения за счет более высокой удельной их активности, чем бета-радиоактивных изотопов.

Современные гамма-счетчики рассчитаны для обработки и анализа результатов радиометрии большого количества образцов в автоматическом режиме. Широкое внедрение в практику радиоиммунологического анализа привело к создании» поколения специализированных для РИА гамма-счетчиков среди которых можно отметить RIA GAMMA (LKB — Швеция), «Гамма-2» и «Гамма-12» (СССР). Эти радиометры предназначены для регистрации гамма-излучения 125J, 131J, 57Сг, 51Со и др.

Счетчики RIA GAMMA снабжены системой автоматической подачи в детектор и смены образцов. С помощью пульта управления программируют время счета, число параллельных проб, высоту подачи в детектор образцов, последовательность калибровочных проб и концентрации стандартов, параметр построения счетчиком калибровочной кривой. По желанию оператора самописец может регистрировать на перфоленте последовательность проб, характер проб, концентрации стандартов, время счета образцов, число импульсов за время измерения, число импульсов в минуту, среднее значение между параллельными пробами, ошибки измерения радиоактивности, значения концентраций неизвестных образцов и некоторые другие данные. Построение калибровочной кривой и обработка результатов осуществляются с помощью встроенного в счетчик микрокомпьютера, память которого хранит до 64 килобит информации.

Радиометр «Гамма-12» предназначен для одновременного счета и обработки 12 образцов за счет наличия в нем 12 детекторов. Это самый высокопроизводительный гамма-счетчик, за один рабочий день можно просчитать до 6000 образцов, но смену проб необходимо производить вручную.

Данные счетчики — приборы многоцелевого назначения. Кроме обработки данных РИА, они пригодны для радиометрии любых других гамма-активных изотопов в оптимальном диапазоне энергии гамма-квантов от 10 до 999 кэВ.

Радиометры «Rack-Beta» и «Бета-2», предназначенные для регистрации бета-частиц, имеют аналогичный принцип устройства и работы. Управление счетчиком осуществляется посредством программирования всех необходимых параметров счета и обработки результатов. По желанию оператора самописец регистрирует номер образца по порядку, характер пробы, время счета, число импульсов в заданное время, число импульсов в минуту, число распадов в минуту, ошибку измерения, среднее значение между двумя измерениями, поправку на тушение, хемилюминесценцию. Все эти параметры обрабатывают и регистрируют по каждому из каналов. Счет изотопов по каждому из каналов осуществляется одновременно. Счетчики рассчитаны для радиометрии практически всех бета-излучателей и способны обрабатывать результаты РИА в случае использования в качестве метни 14С или 3Н.


Случайные файлы

Файл
126108.rtf
92999.rtf
10737.rtf
21184-1.rtf
godonimia.doc




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.