Реферат: Химия окружающей среды
Пробег в воздухе-частиц различных энергий колеблется в пределах 2,5 – 10 см. В биологических тканях 30 – 120 мкм, а в алюминии 16 – 65 мкм.
- Лучи или частицы (обозначают
; атомный вес 5,486 * 10- 4 ; 1 отрицательный заряд) – поток электронов, имеющих всегда широкий спектр энергий (от 0 до 3 Мэв). Максимальная энергия Емакс.
-лучей отдельных радиоактивных изотопов имеет определенную величину. Средняя энергия спектра
-частиц соответствует приблизительно
(для разных изотопов колеблется в пределах 0,25 – 0,45 Емакс. ). Проникающая способность
-лучей примерно в 100 – 200 раз больше, чем у
-частиц с такой же энегрией. Плотность ионизации на пути основного пробега
-лучей значительно меньше, чем на пути
-частиц. Прирост ионизации к концу пробега выражен во много раз слабее, чем у последних. Помимо взаимодействия с орбитальными электронами некоторые
-частицы изредка (но тем чаще, чем больше их Емакс. ) приходят в соприкосновение с атомным ядром. Кинетическая энергия
-частицы от соударения с ядром превращаются в квант мягкого
-излучения. Длинна пробега зависит от Емакс.
-лучей и для них можно записать ряд формул:
(при 0,03 Мэв < Емакс. < 0,15 Мэв)
(при 0,15 Мэв < Емакс. < 0,8 Мэв.)
(при Емакс. > 0,8 Мэв)
где R – длинна пробега, выраженная в г/см2 (1г/см2 – столб вещества массой в 1г. при сечении в 1см.).
Иногда используется общая приближенная формула:
R = 0,536 Емакс. – 0,165
Толщина поглощающего слоя равна:
, где
d – Толщина слоя в см.
- плотность экранирующего вещества в г/см3
Позитроны (обозначают ) – положительно заряженные
-лучи, почти мгновенно исчезающие путем взаимодействия с электронами и порождения фотонов
-лучей (реакция аннигиляции)
- Лучи – поток фотонов или электромагнитные колебания типа лучей Рентгена, но с меньшей длинной волны (от нескольких
и ниже) и черезвычайно большой проникающей способностью. Поглощение энергии
-лучей веществом может осуществляется следующими путями:
1. Фотоэлектрическое поглощение , при котором энергия -фотона целиком передается орбитальному электрону (этот механизм преобладает при действии мягких
-лучей на вещество с малым атомным весом).
2. Квантового рассеивания , рассматриваемого как упругое столкновение (комптон-эффект), когда -фотон передает электрону только часть своей энергии и преобразуется во вторичный фотон с меньшей энергией, т.е. с большей длинной волны (комптон-эффект преобладает при больших энергиях
-лучей.)
3. Образование пар : позитрон – электрон, т.е. реакции, обратной аннигиляции, происходящей при столкновении -фотонов большой энергии с тяжелыми ядрами (например ядрами Pb).
При энергиях больше 0,1 Мэв удельная ионизация от -лучей примерно в 100 раз меньше, чем от
-лучей с равной энергией. В отличае от
и
-частиц, длинна пробега которых имеет конечную величину,
-лучи нигде полностью не поглощаются. Понижение интенсивности монохроматического параллельного пучка
-лучей при прохождении через вещество подчиняются экспоненциальной зависимости
, где I и I0 – интенсивность пучка до и после прохождения слоя поглотителя толщиной d (в см.), а
(в см.-1 ) – линейный коэффициент поглощения, характеризующий относительное понижение интенсивности пучка при его прохождении через еденицу толщи данного вещества.(Данная таблица «Линейные коэффициенты поглощения
-лучей для некоторых веществ» приведена в справочнике «Вредные вещества в промышленности 2» издание пятое стереотипное, Издательство «Химия» Москва, Ленинград 1965г.)
Отсюда следует, что толщина слоя понижающая интенсивность -лучей в 2 раза (
), равна:
, а для К-кратного ослабления используется формула
. Помимо линейного коэффициента поглощения
используется также массовый
(в см2 * г-1 ), атомный
(в см2 * атом -1 ) и электронный
(в см * е-1 ) коэффициенты поглощения, откуда:
N – Число атомов расподающегося изотопа.
A и Z – Массовое число и атомный номер элемента поглощающего -лучи.
- Плотность среды поглотителя (экранирующего вещества).
Нейтроны – (обозначают n, атомный вес 1,009; заряда нет) обладают сравнительно большой проникающей способностью. В свободном состоянии не стабильны; подвергаясь -распаду, превращаются в протоны (
) [
- период полураспада]. В зависимости от их энергии нейтроны подразделяются на:
1. Тепловые (Е 0,025 эв.)
2. Медленные (Е < 100 эв.)
3. Промежуточной энергии (100 эв. < E < 20 кэв.)
4. Быстрые (20 кэв. < E < 20 Мэв.)
5. Сверхбыстрые (Е > 20 Мэв.)
Проникающая способность нейтронов сравнительно велика. Из-за отсутствия заряда нейтроны проникают сквозь электронные облака вещества и взаимодействуют с атомными ядрами. В процессе неупругого и упругого столкновения нейтроны теряют энергию. При Е < 100 эв. Происходит захват нейтронов ядрами, что может сопровождаться возникновением -лучей,
-частиц, протонов или расщеплением тяжелого ятомного ядра. В биологической ткани основным процессом, приводящим к ионизации, является взаимодействие нейтронов с водородом. Потеряв энергию в процессе рассеивания, тепловые нейтроны захватываются ядрами водорода, которые при этом превращаются в дейтроны (тяжелый водород) и испускают
-лучи. (
). Захват нейтронов ядрами азота (данный процесс преобладает в воздухе, но частично осуществляется в биологической ткани) приводит к вылету протона и возникновению радионуклида углерода 14 С, и можно записать, что 14 N + n1 = 14 C + p1 [14 N (n, p) 14 C].