Контрольная работа: Природа, источники, механизм взаимодействия с веществом, особенности воздействия на организм человека гамма-излучений

3.образование электронно-позитронных пар.

КОМПТОН (Compton) Артур Холли (1892-1962) , американский физик. Открыл и объяснил эффект, названный его именем. Обнаружил полное внутреннее отражение рентгеновских лучей. Открыл широтный эффект в космических лучах. Участник создания атомной бомбы. Нобелевская премия (1927). КОМПТОНА ЭФФЕКТ - открытое А. Комптоном (1922) упругое рассеяние электромагнитного излучения малых длин волн (рентгеновского и гамма-излучения) на свободных электронах, сопровождающееся увеличением длины волны. Комптона эффект подтвердил правильность квантовых представлений об электромагнитном излучении как о потоке фотонов и может рассматриваться как упругое столкновение двух "частиц" - фотона и электрона, при котором фотон передает электрону часть своей энергии (и импульса)

2.2 Гамма-распад

Третий вид радиоактивного распада, открытый первыми исследователями радиоактивности, был распад с испусканием γ-излучения. Большинство атомных ядер, возникающих при α- и β-распадах, образуются в возбужденных состояниях, в которых они пребывают конечное время, определяемое вероятностью распада. Переход ядра из возбужденного состояния в основное состояние или в состояние с меньшей энергией возбуждения может происходить различными способами, в том числе путем испускания электромагнитного γ-излучения. Из этого следует, что γ-излучение — это самопроизвольное коротковолновое электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными атомными ядрами. Переходы ядра из возбужденного состояния, сопровождающиеся испусканием γ-лучей, называются радиационными переходами. Радиационный переход может быть однократным, когда ядро, испустив один квант, сразу переходит в основное состояние, или каскадным, когда снятие возбуждения происходит в результате последовательного испускания нескольких γ-квантов. По своей физической природе γ-излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение ядерного происхождения. Обычно при радиоактивном распаде ядер, энергия ядерных γ-квантов заключена в пределах примерно от 10 кэВ до 5 МэВ, а при ядерных реакциях рождаются γ-кванты до 20 МэВ. Длина волны этого "жесткого" коротковолнового излучения составляет 10^-8 — 10^{-11 см. Так как в} γ-распаде не происходит рождения протона или нейтрона, то, в отличие от α- и β-распадов, каждый из которых является ядерным превращением, при γ-распаде ядерного превращения не происходит. Если обозначить буквой P родительское ядро, то схема γ-распада будет иметь вид:

+ γ +энергия. (1)

Звездочка справа от символа P означает, что исходное ядро находится в возбужденном состоянии.

Пример:

+ γ (0,662 МэВ).

Переходы ядра из возбужденного в основное состояние путем излучения γ-квантов происходят с различной скоростью. Если переход осуществляется примерно за 10^-12 сек, то γ-распад считается сопутствующим α- или β-распаду и часто не выделяется в отдельный тип. Если же скорость перехода составляет 10^-11 сек. и больше, то возбужденное ядро называют метастабильным, и тогда к его массовому числу дописывается буква m, например, Tc^{99 m} . Это особый радионуклид, который используется при радиодиагностических медицинских процедурах. Применение этого радионуклида уменьшает дозу, полученную пациентом, т.к. γ-излучение — единственное излучение, испускаемое данным нуклидом. Большинство γ-излучателей испускают параллельно еще и α- и β-частицы. которые приводят к росту дозы облучения пациента.

2.3Контроль γ-излучения на АЭС и в окружающей среде

Источниками проникающего гамма-излучения на АЭС является реактор, активированное оборудование и теплоноситель. Аварийные ситуации с ядерным топливом приводят к резкому увеличению активности теплоносителя и соответствующему увеличению многих радиационных параметров. Для выполнения требований законодательства на атомных электростанциях создаются системы обезвреживания факторов вредного воздействия на окружающую среду и системы контроля. Система контроля за состоянием окружающей природной среды (экологический мониторинг) в районе расположения АЭС создается с целью надзора за безопасной эксплуатацией объекта на всех стадиях ее существования и должна обеспечивать охрану здоровья персонала, населения и объектов окружающей природной среды от загрязнения и вредного влияния. (Ст. 33. Закона Украины «Об использовании ядерной энергии и радиационной безопасности»).

Информация о состоянии загрязнения объектов внешней среды, об источниках загрязнения, параметрах выбросов и сбросов загрязняющих веществ с объекта должна иметь необходимый и достаточный объем, достоверность и оперативность. Частота снятия показаний датчиков, лабораторных исследований, точки контроля, виды исследований и измерений должны определяться специальным документом: «Регламент контроля окружающей среды», который разрабатывается предприятием и согласовывается с Органами Госсаннадзора. Обязательному лабораторному контролю подлежат: приземный слой воздуха, атмосферные выпадения, грунтовые и поверхностные воды и донные отложения, водная растительность, рыба, моллюски (водоемов в районе размещения объекта), почва, растительность, животные, обитающие в данном районе. Примерный, объем контроля представлен в таблице1.

Таблица 1.Примерный объем контроля объектов окружающей среды на АЭС

Объект контроля	Что определяется	Ориентировочная частота отбора проб, или измерений	Примерное число точек наблюдения	Примечание
Мощность дозы гамма-излучения на местности	Гамма - излучение	Непрерывно с пом. системыACKPO1раз в год ТЛД, 1 раз в 6 мес—переносными приборами	15 — 20 50 — 100	По основным маршрутам движения персонала
Атмосферный воздух	Суммарная бета-активность, γ-спектрометрия Радионуклидный состав α, β	1 раз в 7 дней Объединенные пробы за месяц	15 — 20	γ-спектрометрия α-спектрометрия, радиохимическое определение.
Атмосферные выпадения	Суммарная β-активность, γ-спектрометрия Радионуклидный состав	1 в месяц	15 — 20	Планшеты
Снег	Суммарная β-активность, γ-спектрометрия Радионуклидн.состав	1 раз в год Объединенные пробы	30 — 40
Почва	γ-спектрометрия Радионуклидный состав	1 раз в год	60	Пробы отбираются по кольцевому маршруту, на характ. ландшафтах
Растительность	γ-спектрометрия Радионукпидный состав	1 раз в год	60	Пробы отбираются на характ. лаидшафтах по радиусам
Вода ПЛК, ХФК а также сбросных каналов АЭС	Суммарная β-активность, γ-спектрометрия Радионуклидный состав	Постоянные измерения	По числу сбросов	Возможен квази непрерывный контроль в местах сброса
Вода водоемов, в т.ч. пруда-охладителя	Суммарная β-активность, γ-спектрометрия Радионуклидный состав	1 раз в месяц 1 раз в квартал по объединенной пробе	5-20	С учетом водопользования
Донные отложения и водоросли	— II —	1 раз в год	5-20	С учетом водопользования
Рыба	— II —	1 раз в год	5-20
Животные	— II —	1 раз в год	5-20	В «ближней» зонеАЭС
Грунтовые воды	— II —	1 раз в месяц	По числу скважин	По специальной программе
Продукты питания местн.производства	— II —	1 раз в год	В пунктах проживания	По специальной программе

Как мы видим, одним из обязательных аспектов радиационного контроля является контроль мощности дозы гамма-излучения и годовой дозы на местности в санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения. Радиационный технологический контроль на производстве обязательно включает в себя: контроль мощности дозы гамма-излучения в обслуживаемых, периодически обслуживаемых помещениях и на промплощадке АЭС;

2.4 Материалы для защиты от гамма-излучения

Гамма-излучение наиболее эффективно ослабляется материалами с большим атомным номером и высокой плотностью (свинец, сталь, бетон, магнетитовые и другие руды, свинцовое стекло).На АЭС в качестве материала для биологической защиты обычно используется бетон, металлические конструкции и вода. Рассмотрим некоторые материалы, получившие широкое применение в качестве защиты от гамма-излучения.

Вода используется не только как замедлитель нейтронов, но и как защитный материал от нейтронного излучения вследствие высокой плотности атомов водорода. При поглощении тепловых нейтронов ядрами водорода по реакции H(n,γ)D, возникает захватное γ-излучение с энергией E =2,23 МэВ. Захватное γ-излучение можно снизить, если применить борированную воду. Тепловые нейтроны поглощаются бором по реакции B(n,α)Li, а захватное излучение имеет энергию E = 0,5 МэВ. Конструктивно водяную защиту выполняют в виде заполненных водой секционных баков из стали или других материалов.

Полиэтилен (р = 0,93 г/см³ , n_н = 7,92 ·10²² ядер/см³ ) — термопластичный полимер (C_n H_2n ), является лучшим замедлителем, чем вода. Применяют в виде листов, лент, прутков и т.п. на таких участках защиты, где температура tполиэтилена меньше tразмягчения=368К. Необходимо учитывать высокий коэффициент его линейного расширения (в 13 раз больше, чем у железа). С повышением tполиэтилен размягчается, а затем загорается, образуя двуокись углерода и воду. Защитные свойства от γ-излучения примерно такие же, как у воды. Для уменьшения захватного γ-излучения в полиэтилен добавляют борсодержащие вещества.

Из других водородсодержащих веществ используют различные пластмассы (полистирол, полипропилен) и гидриды металлов.