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 Е_макс. -лучей отдельных радиоактивных изотопов имеет определенную величину. Средняя энергия спектра -частиц соответствует приблизительно (для разных изотопов колеблется в пределах 0,25 – 0,45 Е_макс. ). 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 Е_макс. ) приходят в соприкосновение с атомным ядром. Кинетическая энергия -частицы от соударения с ядром превращаются в квант мягкого -излучения. Длинна пробега зависит от Е_макс. -лучей и для них можно записать ряд формул:

(при 0,03 Мэв < Е_макс. < 0,15 Мэв)

(при 0,15 Мэв < Е_макс. < 0,8 Мэв.)

(при Е_макс. > 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 Е_макс. – 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].