Какие элементарные частицы входят в состав атома?

11 ответов на вопрос “Какие элементарные частицы входят в состав атома?”

  1. B-E-O-L-E-T-A Ответить

    6.1.Характеристики атомного ядра. Размер, состав и заряд атомного ядра

    Атом состоит из положительно заряженного
    ядра и окружающих его электронов. Атомные
    ядра имеют размеры примерно 10 -14…
    10 -15м (линейные размеры атома –
    10-10м).
    Атомное ядро состоит из элементарных
    частиц ? протонов
    и нейтронов.     Протонно-нейтронная
    модель ядра была предложена российским
    физиком Д. Д. Иваненко, а впоследствии
    развита В. Гейзенбергом.
    Протон (р) имеет положительный заряд,
    равный заряду электрона, и массу покоятp=1,6726•10-27кг
    1836me, гдеme?масса электрона.
    Нейтрон (n)?нейтральная частица с массой покояmn=
    1,6749•10-27кг
    1839тe,.Массу протонов и
    нейтронов часто выражают в других
    единицах – в атомных единицах массы
    (а.е.м., единица массы, равная 1/12 массы
    атома углерода).
    Массы протона и нейтрона равны
    приблизительно одной атомной единице
    массы. Протоны и нейтроны называют­ся
    нуклонами(от лат.nucleus?ядро). Общее число нуклонов в атомном
    ядре называ­ется массовым числомА).
    Радиусы ядер возрастают с увеличением
    массового числа в соответствии с
    соотношением R = 1,4А1/310-13
    см.
    Эксперименты показывают, что ядра не
    имеют резких границ. В центре ядра
    существует определенная плотность
    ядерного вещества, и она постепенно
    уменьшается до нуля с увеличением
    расстояния от центра. Из-за отсутствия
    четко определенной границы ядра его
    «радиус» определяется как расстояние
    от центра, на котором плотность ядерного
    вещества уменьшается в два раза. Среднее
    распределение плотности материи для
    большинства ядер оказывается не просто
    сферическим. Большинство ядер
    деформировано. Часто ядра имеют форму
    вытянутых или сплющенных эллипсоидов
    Атомное ядро характеризуется зарядомZe,где Z ?зарядовое числоядра, равное числу
    протонов в ядре и совпадающее с порядковым
    номером химического элемента в
    Периодической системе элементов
    Менделеева.
    Ядро обозначается тем же символом, что
    и нейтральный атом:
    ,
    гдеX ?символ
    химического элемента,Z?атомный номер (число протонов в ядре),А ?массовое
    число (число нуклонов в ядре). Массовое
    числоАприблизительно равно массе
    ядра в атомных единицах массы.
    Так как атом нейтрален, то заряд ядра Z
    определяет и число электронов в атоме.
    От числа электронов зависит их
    распределение по состояниям в атоме.
    Заряд ядра определяет специфику данного
    химического элемента, т. е. определяет
    число электро­нов в атоме, конфигурацию
    их электронных оболочек, величину и
    характер внутри­атомного электрического
    поля.
    Ядра с одинаковыми зарядовыми числами
    Z, но с разными массовыми числамиА
    (т. е. с разными числами нейтронов
    N = A – Z    ), называются изотопами, а ядра
    с одинаковымиА,но разнымиZ –изобарами. Например, водород (Z = l)
    имеет три изотопа:
    Н
    –     протий (Z= l,N = 0),
    Н
    –     дейтерий (Z = l,N= 1),
    Н
    –     тритий (Z = l,N = 2), олово –
    десять изотопов и т. д. В подавляющем
    большинстве случаев изотопы одного и
    того же химического элемента обладают
    одинаковыми химическими и почти
    одинаковыми физическими свойствами.
    Е,
    МэВ
    Рис.
    6.1.
    Уровни
    энергии
    и
    наблюдаемые переходы для ядра атома
    бора

    Квантовая теория строго ограничивает
    значения энергий, которыми могут обладать
    составные части ядер. Совокупности
    протонов и нейтронов в ядрах могут
    находиться только в определенных
    дискретных энергетических состояниях,
    характерных для данного изотопа.
    Когда электрон переходит из более
    высокого в более низкое энергетическое
    состояние, разность энергий излучается
    в виде фотона. Энергия этих фотонов
    имеет порядок нескольких электрон?вольт.
    Для ядер энергии уровней лежат в интервале
    примерно от 1 до 10 МэВ. При переходах
    между этими уровнями испускаются фотоны
    очень больших энергий (?–кванты). Для
    иллюстрации таких переходов на рис. 6.1
    приведены пять первых уровней энергии
    ядра
    .Вертикальными линиями указаны наблюдаемые
    переходы. Например, ??квант
    с энергией 1,43 МэВ испускается при
    переходе ядра из состояния с энергией
    3,58 МэВ в состояние с энергией 2,15 МэВ.

  2. --ПугАвка-- Ответить

    Элементарные частицы и античастицы

    Изучая радиоактивный распад и ядерные реакции (см. гл. 6), мы уже упоминали об элементарных частицах: протонах и нейтронах (входят в состав атомного ядра), электронах (образуют электронную оболочку атома), фотонах (квантах электромагнитного излучения), нейтрино (рождаются в процессах бета-распадов). Также мы рассматривали античастицы: позитрон и антинейтрино (см. § 43).
    Следует подчеркнуть, что по мере развития науки и экспериментальной техники понятие «элементарности» все время трансформировалось. Если вначале атомы считались неделимыми частицами материи, то впоследствии оказалось, что атомы состоят из электронов и ядер, а последние — из нуклонов (протонов и нейтронов), которые в свою очередь состоят из кварков (см. 55).
    В настоящее время элементарными частицами называют большую группу мельчайших Частиц материи, которые не являются атомами или атомными ядрами (за исключением протона — ядра атома водорода) и которые при взаимодействии ведут себя как единое целое. Характерным свойством всех элементарных частиц является их способность к взаимным превращениям (рождению и уничтожению) при взаимодействии с другими частицами.
    Для описания свойств и поведения элементарных частиц им приписываются известные уже характеристики, такие как масса, среднее время жизни, электрический заряд, магнитный момент, спин, а также новые, характерные только для них величины (квантовые числа), которые будут рассмотрены в дальнейшем.
    Существование античастицы электрона — позитрона — было предсказано П. Дираком (1931) при анализе квантово-механического, релятивистского уравнения для электрона и который был обнаружен в составе космического излучения К. Андерсоном (1932). Электрон и позитрон, как уже следует из рассмотренного материала, не являются единственной парой частица — античастица. К середине 70-х годов XX в. были обнаружены античастицы практически для всех элементарных частиц.
    Согласно принципу зарядового сопряжения,
    сформулированному в релятивистской квантовой теории, для каждой элементарной частицы должна существовать античастица. Эксперименты показывают, что за немногим исключением, каждая частица действительно имеет античастицу. В настоящее время общее число известных элементарных частиц (вместе с античастицами) насчитывается более 400.
    Из общих положений квантовой теории следует, что частицы и античастицы должны иметь одинаковые массы, одинаковые времена жизни в вакууме, одинаковые по модулю, но противоположные по знаку, электрические заряды (и магнитные моменты), а также одинаковые остальные квантовые числа, приписываемые элементарным частицам. Античастицы обозначаются тем же символом, что и частицы, только с тильдой (например, п и п, р и р).
    Согласно теории Дирака, столкновение частицы и античастицы должно приводить к их взаимной аннигиляции (процесс, при котором частица и античастица, сталкиваясь, взаимно уничтожают друг друга), в результате которой выделяется энергия и рождаются другие частицы.
    Примером указанного процесса является реакция аннигиляции пары электрон—позитрон:

    т. е. электронно-позитронная пара превращается в два у-кванта (рис. 46), причем энергия пары переходит в энергию фотонов. Термин «аннигиляция» не следует трактовать буквально: никакого уничтожения материи в процессе (50.1) не происходит [один ее вид (электрон и позитрон) превращается в другой вид (фотоны)].

    Рис. 46

    Следует отметить, что при аннигиляции электрона и позитрона не всегда рождаются два у-кванта [см.
    (50.1)]. Например, если электрон и позитрон обладают очень большой энергией, то при их столкновении могут рождаться разные частицы, даже очень тяжелые. Поэтому метод встречных пучков
    электронов и позитронов используют для генерации новых частиц и исследования их свойств. В процессе (50.1) выполняются законы сохранения импульса (фотоны разлетаются в разные стороны) и энергии (энергия обоих у-квантов не может быть меньше суммы энергий покоя электрона и позитрона), закон сохранения спина.
    В природе также возможен процесс, обратный аннигиляции, — рождение пар. Так, у-кванг с энергией, большей или равной 2т,с2, при прохождении вблизи ядра атома может превратиться в электрон и позитрон:

    Здесь также выполняются законы сохранения импульса, энергии, зарядовых чисел и закон сохранения спина.

  3. Tehuginn Ответить

    Элементарные частицы были впервые открыты и изучены в ходе исследования ядерных процессов. В связи с этим в течение долгого времени физика элементарных частиц являлась одним из разделов ядерной физики. И только с середины 20-го века физика элементарных частиц выделилась в отдельное, самостоятельное направление. Оба эти раздела физики до сих пор объединяются общностью изучаемых явлений и применяемых методов исследования. Но есть у этих направлений и отличия. Основной задачей физики элементарных частиц является исследование природы, свойств и взаимных превращений элементарных частиц.

    Из истории вопроса

    Первым из тех, кто задумался о существовании мельчайших частиц, из которых состоят все вещества и окружающие предметы, был древнегреческий философ Демокрит. Он был первым, кто высказал предположение о существовании фундаментальных частиц. Согласно письменным источникам, случилось это в 4 веке до нашей эры. Демокрит дал название атому и определил, что это неделимая частица материи.
    В течение ряда веков понятие об атомах носило скорее философский, чем физический смысл. И только начиная с 19 века представление об атомах стали использовать сначала для объяснения химических, а затем и физических процессов.
    В 30-е годы 19 столетия Макс Фарадей ввел в обиход понятие иона в рамках теории электролиза, а также выполнил изменение элементарного заряда. К концу столетия Антуан Анри Беккерель открыл явление радиоактивности, Джозеф Томсон установил существование электронов, Эрнест Резерфорд – ?-частиц. В первые пять лет 20 века Альберт Эйнштейн разработал учение о фотонах (квантах электромагнитного поля). Все эти открытия были бы невозможны без понятия об атомах.
    В течение первой трети 20 века было установлено, что атом имеет сложное строение, которое предполагает наличие ядра и расположенных вокруг него электронов. Эрнест Резерфорд предложил орбитальную модель строения атома, согласно которой электроны движутся вокруг ядра по определенным орбитам. Он же во время опытов по расщеплению ядер атомов установил существование протонов.
    Открытие нейтронов принадлежит известному английскому физику Джеймсу Чедвику. Он установил, что ядра атомов имеют сложное строение. Так возникла протон-нейтронная теория строения ядер, разработкой которой занимались немецкий исследователь Вейнер Гейзенберг и наш соотечественник, физик-теоретик, лауреат Сталинской премии Дмитрий Дмитриевич Иваненко.
    Существование позитрона было предсказано англичанином Полем Дираком. Эта положительно заряженная частица, имеющая такую же массу и такой же (по модулю) заряд, что и электрон, была открыта американским физиком-экспериментатором Карлом Дейвидом Андерсеном в космических лучах.
    В тридцатых годах 20-го века были открыты взаимные превращения нейтронов и протонов. Было установлено, что элементарные частицы не являются неизменными. В это же время были открыты мюоны– частицы, масса которых составляет 207 электронных масс, а затем и пионы – частицы, которые обеспечивают взаимодействие между нуклонами в ядре атома.
    До середины 20 века было открыто большое количество элементарных частиц. Это стало возможно благодаря широкому исследованию космических лучей, внедрению ускорительной техники, развитию ядерной физики.

    Виды частиц

    В наше время известно порядка 400 элементарных или субъядерных частиц. Большинство из них нестабильно: одни частицы могут самопроизвольно превращаться в другие с течением времени. Исключением из этого являются нейтрино, фотон, протон и электрон.
    Время жизни нестабильных частиц значительно разнится. Дольше всех «живет» нейтрон: 15 минут. Существование ?-мезона ограничено отрезком времени в 2,2·10–6 секунды, нейтрального ?-мезона – 0,87·10–16 с. Среднее время существования гиперонов, массивных частиц, составляет всего 10–10 с.
    Определение 1

  4. Hyundai Ответить

    Согласно этой модели, атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него электронов. Почти вся масса атома (более 99,96 %) сосредоточена в его ядре, диаметр которого приблизительно в 100 000 раз меньше диаметра всего атома.
    На рисунке справа показана модель атома по Резерфорду. Конечно, относительные размеры всего атома и его ядра даны не в соответствующем масштабе. Даже если изобразить размеры ядра атома водорода точкой всего в 1 мм, то границы атома должны были бы находиться на расстоянии 50 м.

    Позже было установлено, что ядро атома также имеет сложное строение. Оно состоит из частиц двух типов: протонов и нейтронов.
    В таблице ниже приводятся основные характеристики частиц, входящих в состав атома.
    Основные характеристики частиц, входящих в состав атома:
    ЧастицаСимволОтносительная атомная массаОтносительный заряд
    Протонp1,007 ? 11+
    Нейтронn1,009 ? 10
    Электронe-1/18401-
    Протон и нейтрон имеют практически одинаковую массу, равную примерно 1 u, т. е. одной атомной единице массы. Протон (его символ р) имеет относительный заряд 1+, а нейтрон (символ n) электронейтрален.
    Относительный заряд электрона (его символическое обозначение е—) равен 1-, а масса примерно в 1840 раз меньше массы протона, т. е. равна 1/1840u.

  5. Mrs.Viktoria Ответить

    Ядро, согласно принятой планетарной модели, состоит из протонов и нейтронов. Эти частицы имеют почти одинаковую массу, но у протона положительный заряд, нейтрон же его вообще не имеет.
    Протон был открыт Эрнестом Резерфордом в результате его опытов с альфа-частицами, которыми он бомбардировал атомы золота. Была подсчитана масса протона. Она оказалась почти в 2000 раз больше массы электрона. Протон – самая стабильная частица во Вселенной. Ученые считают, что время ее жизни приближается к бесконечности.
    Гипотеза о существовании нейтрона была высказана еще Резерфордом, но экспериментально подтвердить ее он не смог. Это было сделано Дж. Чедвиком в 1932 году. Нейтрон «живет» около 900 секунд. Через это время нейтрон распадется на протон, электрон и электронное нейтрино. Он способен вызывать ядерные реакции, так как легко может проникнуть в ядро, минуя действие сил электростатического взаимодействия, и вызвать его деление.

    Более мелкие частицы

    И протон, и нейтрон не являются целостными частицами. Согласно современным представлениям, они состоят из групп кварков, которые связывают их в ядре. Именно кварки осуществляют сильное и ядерное взаимодействие между составляющими ядра.

  6. Balabar Ответить

    . (6.1)
    Здесь – целые коэффициенты, а символами обозначены элементарные частицы (нейтрон, протон, электрон, нейтрино, квант жесткого электромагнитного излучения и другие). В ядерных реакциях сохраняется суммарное зарядовое число Z и так называемое барионное число, которое в отсутствие рождения тяжелых сильно взаимодействующих частиц совпадает с массовым числом A.
    Реакции ядерного распада.Частным видом ядерной реакции является реакция распада ядра или частицы. Уравнение распада ядра имеет вид
    . (6.2)
    Важным частным случаем ядерного распада является процесс ?- распада, описываемый уравнением
    . (6.3)
    Исходное ядро может быть продуктом ядерной реакции. Так, например, при бомбардировке лития протонами происходят следующие реакции:
    . (6.4)
    Изотоп является нестабильным и в продуктах реакции не наблюдается.
    Механизм a-распада состоит в туннельном прохождении a-частиц через потенциальный барьер, возни­кающий в результате конкуренции короткодействующих сил ядерного притяжения и дальнодействующих сил кулоновского отталкивания (рис. 6.1).
    Рис. 6.1
    Распад частицы описывается уравнением
    . (6.5)
    Например, уравнение распада нейтрона на протон p, электрон e и электронный антинейтрино имеет вид
    . (6.6)
    Эта реакция идет с выделением примерно 1 МэВ энергии, распределяющейся между электроном и антинейтрино. Если исходный нейтрон связан в ядре, образующийся протон остается в ядре, в результате чего зарядовое число увеличивается на единицу. Электрон и электронный антинейтрино покидают ядро, что приводит к возникновению b-излучения. Поэтому процесс распада нейтрона называется b–распадом (часто более точно -распадом). b-распад происходит в результате так называемого слабого взаимодействия.
    Кроме и a и b лучей результатом ядерных реакций может быть g-излучение – это излучение квантов электромагнитного излучения высоких энергий при переходах атомных ядер из возбужденного состояния в состояния с меньшей энергией.
    Закон радиоактивного распада. Скорость ядерного распада, в отличие от химического, практически не зависит от внешних условий. За одинаковое время распадается одинаковая доля ядер , где – число ядер в данный момент времени. Поэтому уменьшение числа ядер описывается уравнением
    , (6.7)
    где – константа скорости распада. Интегрируя уравнение (6.4) с начальным условием , получаем закон радиоактивного распада
    . (6.8)
    В ядерной физике принято для описания скорости распада использовать не константу скорости , а период полураспада , то есть время, за которое число ядер или частиц уменьшается в два раза. В соответствии с определением справедливо равенство
    . (6.9)
    Логарифмируя равенство (6.9), получаем связь между константой скорости и периодом полураспада:
    . (6.10)
    Следовательно, закон радиоактивного распада можно представить в виде
    . (6.11)
    Периоды полураспада частиц и ядер лежат в очень широком диапазоне от десятков миллиардов лет до миллиардных долей секунды. Нейтроны в свободном состоянии неустойчивы и распадаются согласно уравнению (6.5) с периодом полураспада около 11 минут. В то же время связанный в ядре нейтрон может иметь период полураспада, пре­вышающий миллионы лет, или быть стабильным.
    Существуют элементарные частицы (например электрон, протон, фотон и другие), распады которых не обнаружены. Эти частицы, так же как частицы и ядра с большим периодом полураспада (превышающим 10000 лет), называются стабильными. Частицы и ядра с малым называются радиоактивными, или нестабильными.
    Некоторые ядерные реакции могут происходить неоднозначно с различными конечными продуктами. Возможные схемы протекания ядерной реакции называются ее каналами.
    Энергия связи ядра. Ядерная энергия. Как показывают точные измерения, в ядерных реакциях не выполняется закон сохранения массы. Разность масс исходных частиц и ядер и продуктов реакции называется дефектом масс . Так, например, при образовании ядра из свободных нуклонов дефект масс ядра определяется по формуле
    , (6.12)
    где Mяд – масса ядра. С точки зрения теории относительности изменение массы системы сопровождается изменением ее полной энергии:
    . (6.13)
    Наличие дефекта масс приводит к введению отличного от массы массового числа А – округленной до ближайшего целого массы, выраженной в а.е.м. Массовое число в ядерных реакциях сохранятся.
    Формально закон сохранения массы не выполняется и в химических реакциях. Однако изменение энергии по сравнению с энергией покоя, а следовательно, и дефект масс химических реакций очень мал.
    Положительный дефект масс ядра по сравнению с энергией свободных частиц соответствует энергии связи нуклонов, которая обеспечивает устойчивость ядра, несмотря на наличие сил электростатического отталкивания протонов. Вследствие насыщенности ядерных сил энергия связи почти линейно растет с ростом массового числа и удельная энергия связи ядра
    (6.14)
    меняется мало и для ядер элементов в средней части периодической системы составляет (28 < A < 138 то есть от до ) e » 8,5 МэВ/нуклон. Часто используется в ядерной физике единица энергии 1 Мэв=Дж =кал. В одной а.е.м заключена энергия 931,5 МэВ.
    Рис. 6.2

    Заметное уменьшение удельной энергии наблюдается для легких ядер, для которых не происходит полного насыщения ядерных сил. С другой стороны, добавление в ядро протонов увеличивает электрическую составляющую взаимодействия пропорционально квадрату зарядового числа. Вследствие этого и тяжелые ядра становятся менее устойчивыми, чем ядра из середины таблицы Менделеева. График зависимости удельной энергии связи от массового числа показан на рис. 6.2.
    Для осуществления ядерных реакций, в которых суммарная энергия связи продуктов превышает энергию связи исходных ядер, необходимо затратить энергию. Дефект масс таких реакций отрицателен. Ядерные реакции с положительным дефектом масс проходят с выделением энергии. График на рис. 6.2 объясняет возможность выделения энергии при делении тяжелых ядер или синтезе легких. Каждый из этих типов ядерных реакций служит основой одного из направлений ядерной энергетики. Энергия, получаемая в результате реакции деления тяжелых ядер, называется ядерной (часто неточно – атомной). Энергия, получаемая при слиянии легких ядер, называется термоядерной. В любом случае энергия, выделяющаяся или поглощающаяся в ядерной реакции, может быть определена по формуле
    , (6.15)
    где – массы продуктов реакции и исходных ядер и частиц соответственно.
    Ядерная энергетика. Выделение энергии в результате осуществления ядерной реакции является лишь необходимым условием возможности использования процесса в энергетике. Так, например, скорость выделения энергии в реакциях a и b распада и большинство реакций ядерного распада вида (6.2), постоянно происходящих в природе, мала и не удовлетворяет требованиям энергетики. Для того чтобы процесс представлял практический интерес, необходим механизм управления его скоростью.
    Как было указано выше, изменение внешних условий (температуры, давления, концентраций) в весьма широких пределах не сказываются на скорости ядерных реакций. В противоположность этому, период полураспада ядер очень сильно меняется даже при минимальном изменении их состава. Так, например, для изотопа урана период полураспада , а при изменении массового числа всего на единицу для изотопа скорость распада значительно увеличивается и . Таким образом, облучая стабильные ядра нуклонами или a-частицами, можно получить ядра с малым периодом полураспада. Это явление называется искусственной радиоактивностью. При этом для поглощения атомными ядрами заряженных частиц необходимо преодолеть кулоновское отталкивание, растущее с ростом зарядового числа. Поэтому искусственная радиоактивность тяжелых ядер чаще осуществляется при взаимодействии стабильных изотопов с нейтронами.
    Ядра при поглощении нейтронов переходят в возбужденное состояние. Тяжелое составное ядро, возбужденное при захвате нейтрона, может разделиться на две части. Возбужденное ядро похоже на заряженную каплю жидкости, поверхность которой испытывает сильные колебания. Деление тяжелого ядра на два осколка сопровождается выделением огромной удельной энергии по сравнению с энергией химических реакций. Для сравнения – энергия ядерных реакций ~ 1 МэВ, энергия химических реакций ~ 1 эВ в расчете на реагирующее ядро или молекулу соответственно.
    Тяжелые ядра способны к делению, если для них выполняется условие . Изотоп урана способен к самопроизвольному делению с испусканием нейтронов. Испускаемые в процессе деления нейтроны способны вызвать деление других ядер урана и в достаточно большой массе вещества вызвать цепную реакцию деления в виде взрыва. При поглощении части нейтронов (чаще всего для этого используются кадмиевые стержни) цепной реакции деления можно придать управляемый характер. Такие процессы используются на атомных электростанциях для разогрева пара, который вращает турбины, соединенные с электрогенераторами. В природном уране цепная реакция не идет, так как доля изотопа менее одного процента. Составляющий основную часть природной смеси изотоп поглощает нейтроны и не поддерживает цепную реакцию. Для ее осуществления необходимо увеличить концентрацию по крайней мере до 2,5%. По разным оценкам запасов изотопа для обеспечения энергетических потребностей хватит человечеству на 50 – 100 лет. Существуют технические возможности одновременно с получением энергии превращать в способный поддерживать цепную реакцию изотоп плутония . Этого ядерного топлива хватит на 1000 лет.
    Практически неисчерпаемым источником энергии является реакция синтеза легких ядер, например, в реакции слияния изотопов водорода дейтерия и трития
    , (6.16)
    при которой выделяется энергия 17,58 МэВ. Однако для осуществления этого процесса необходимо преодолеть электростатическое отталкивание, что возможно пока только при высоких температурах (откуда и название процесса – термоядерная реакция). В настоящее время реакции синтеза легких ядер с достаточным для практических целей энергетическим выходом осуществляются только в условиях ядерного взрыва. Разрабатываются различные варианты управляемой термоядерной реакции с удержанием возникающей плазмы магнитным полем, лазерным излучением, силами инерции ядер. Реализация управляемого термоядерного синтеза позволит полностью решить энергетические проблемы на Земле.
    Дозиметрия радиоактивного излучения и защита от него. a-, b- и g – излучения вызывают ионизацию вещества, в котором они распространяются. Существуют различные методы регистрации и измерения интенсивности радиоактивных излучений. Для определения и учета величин, характеризующих ионизирующие излучения, введены понятия доз излучения: экспозиционная доза, поглощенная доза, эквивалентная доза.
    Экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучений – количественная характеристика излучения, основанная на способности излучений ионизировать воздух. За единицу экспозиционной дозы в системе единиц СИ принята такая доза, при которой в 1 кг сухого воздуха образуются ионы, несущие заряд 1 Кл электричества каждого знака. На практике широко применяется внесистемная единица измерения экспозиционной дозы – рентген (Р). Один рентген соответствует излучению, при котором в 1 см3 сухого воздуха образуется суммарный заряд ионов одного знака, равный (1/3)·10-9 Кл. Энергия излучения, поглощенная единицей массы, называется «грей» (Гр): 1 Гр = 1 Дж/кг.
    Поскольку различные виды излучения при одинаковой дозе вызывают различные по тяжести поражения живой ткани, для характеристики a- и b-излучения вводится понятие эквивалентной дозы. С этой целью вводится биологический эквивалент рентгена («бэр»). Так называется поглощенная энергия излучения, биологически эквивалентная 1 Гр рентгеновского или гамма-излучения. В среднем протоны, нейтроны и a-частицы приводят к поражениям живой ткани в 10, а многозарядные ионы в 20 раз более сильным, чем жесткое электромагнитное излучение.
    Особенно чувствительными к облучению являются хрусталик глаза, репродуктивные и кроветворные органы. Предельно допустимой дозой облучения населения за год для чувствительных органов считается 0,05 бэр, для остальных органов 1 бэр. Смертельной считается доза однократного облучения, превышающая 200 бэр.Естественный радиационный фон, в большинстве местностей составляющий 10-20 мк Р/ч, не приносит вреда живым организмам. Значительные изменения естественной радиоактивности могут быть связаны с особенностями геологического строения. Так, например, некоторые виды гранита увеличивают радиационный фон до 50 мк Р/ч, вследствие чего применять их для внутренней отделки зданий нецелесообразно. Выходящий через разломы земной коры и скапливающийся в закрытых помещениях радиоактивный газ радон также значительно, хотя и на непродолжительное время, увеличивает естественный радиационный фон. Простое проветривание помещения значительно снижает радиацию. Для обнаружения и количественного измерения ионизирующих излучений используются различные дозиметрические приборы. Большей частью они регистрируют гамма-излучение.
    Ослабление ядерного излучения при прохождении через слой вещества толщиной х подчиняется закону Бугера
    . (6.17)
    Коэффициент поглощения d сильно зависит от вида излучения и вещества. Заряженные частицы (a-частицы, протоны и тяжелые ионы) достаточно сильно поглощаются воздухом и любыми строительными материалами, и для защиты от этих видов радиации, как правило, специальных мер принимать не надо.
    Для ослабления остальных видов излучения необходимо применять специальные меры. Весьма эффективно поглощает ?-излучения свинец, слой которого толщиной 1 см ослабляет излучение в среднем в 100 раз. Коэффициент поглощения железа и его сплавов примерно в 10 раз меньше, чем свинца. Остальные строительные материалы (бетон, кирпич, гранит, мрамор и другие) примерно в 100-130 раз слабее, чем свинец, поглощают радиоактивное излучение. Значительно (при высокой концентрации до 5-7 раз) повышают защитные свойства бетона и кирпича добавки барита (). К сожалению, барит уменьшает прочность строительных материалов, что ограничивает возможности его применения. Нейтроны плохо поглощаются свинцом и строительными материалами и сильно поглощаются бором, кадмием и их соединениями.

  10. VideoAnswer Ответить

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *