Энергетическое загрязнение окружающей среды (ионизирующее излучение)

МИНОБРНАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет»

Кафедра «Инженерная защита окружающей среды »

 

Реферат

 

по дисциплине: «Горное дело и окружающая среда»

на тему: «Энергетическое загрязнение окружающей среды (ионизирующее излучение)»

 

 

 

Выполнил(а): ст. гр. ОПИ-10

               

                                            Ф.И.О.

 

 

                                           Подпись

 

 

Принял(а):проф.каф.ИЗОС, д.т.н.

Батугин А.С.

 

                           Подпись

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва-2014 г.

Содержание:

 

1.	Введение .................................................................................................	3
2.	Общие сведения об ионизирующем излучении..................................	4
	2.1. Природа ионизирующего излучения.............................................	4
	2.2. Физические свойства ионизирующих излучений.....................	6
	2.3. Радиационное загрязнение биосферы...........................................	8
3.	Механизм воздействия ионизирующих излучений............................	12
4.	Единицы измерения дозы облучения...................................................	13
5.	Защита окружающей среды от ионизирующих излучений................	15
6.	Заключение..............................................................................................	22
7.	Список литературы.................................................................................	23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение

 

С ионизирующим излучением и его особенностями человечество познакомилось совсем недавно: в 1895 году немецкий физик В.К. Рентген обнаружил лучи высокой проникающей способности, возникающие при бомбардировке металлов энергетическими электронами (Нобелевская премия, 1901 г.), а в 1896 г. А.А. Беккерель обнаружил естественную радиоактивность солей урана. Нет необходимости говорить о том положительном, что внесло в нашу жизнь проникновение в структуру ядра, высвобождение таившихся там сил. Но как всякое сильнодействующее средство, особенно такого масштаба, радиоактивность внесла в среду обитания человека вклад, который к благотворным никак не отнесёшь.

Появилось также число пострадавших от ионизирующей радиации, а сама она начала осознаваться как опасность, способная привести среду обитания человека в состояние, не пригодное для дальнейшего существования. Причина не только в тех разрушениях, которые производит ионизирующее излучение. Хуже  то, что оно не воспринимается нами органолептически:

ни один из органов чувств человека не предупредит его о приближении или сближением с источником радиации. Человек может находиться в поле смертельно опасного для него излучения и не иметь об этом ни малейшего представления [1] .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Общие сведения об ионизирующем излучении

2.1. Природа ионизирующего излучения

 

ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков. К нему относят различные виды микрочастиц и физических полей, способные ионизировать вещество. В более узком смысле к ионизирующему излучению не относят ультрафиолетовое излучение и излучение видимого диапазона света, которое в отдельных случаях также может быть ионизирующим. Излучение микроволнового и радиодиапазонов не является ионизирующим [2-6].

Наиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения:

- коротковолновое электромагнитное излучение (рентгеновское и гамма-излучения)

- потоки заряженных частиц: бета-частиц (электронов и позитронов)

- альфа-частиц (ядер атома гелия-4), протонов, других ионов, мюонов и др., а также нейтронов [2,3,7,8].

Различают непосредственно ионизирующее и косвенно ионизирующее излучение. Непосредственно ионизирующее излучение состоит из заряженных частиц, кинетическая энергия которых достаточна для ионизации при столкновении с атомами вещества (α- и β-излучение радионуклидов, протонное излучение ускорителей и т.п.).

Косвенно ионизирующее излучение состоит из нейтральных частиц, взаимодействие которых со средой приводит к возникновению заряженных частиц, способных непосредственно вызывать ионизацию (нейтронное излучение, гамма-излучение).

Источники ионизирующего излучения бывают естественные (космические лучи, естественно распределенные на Земле радиоактивные вещества и др.) и искусственные (ядерные реакторы, ядерные материалы, ядерное оружие и др.). Они являются существенным экологическим фактором, воздействующим на все живые организмы.

В природе ионизирующее излучение обычно генерируется в результате спонтанного радиоактивного распада радионуклидов, ядерных реакций (синтез и индуцированное деление ядер, захват протонов, нейтронов, альфа-частиц и др.), а также при ускорении заряженных частиц в космосе (природа такого ускорения космических частиц до конца не ясна).

Искусственными источниками ионизирующего излучения являются искусственные радионуклиды (генерируют альфа-, бета- и гамма-излучения), ядерные реакторы (генерируют главным образом нейтронное и гамма-излучение), радионуклидные нейтронные источники, ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц, а также тормозное фотонное излучение), рентгеновские аппараты (генерируют тормозное рентгеновское излучение) [7, 8, 9].

Источник излучения характеризуется активностью. Активность радиоактивного источника — число элементарных радиоактивных распадов в единицу времени.

Удельная активность — активность, приходящаяся на единицу массы вещества источника.

Объёмная активность — активность, приходящаяся на единицу объёма источника. Удельная и объёмная активности используются, как правило, в случае, когда радиоактивное вещество распределено по объёму источника.

Поверхностная активность — активность, приходящаяся на единицу площади источника. Эта величина применяется для случаев, когда радиоактивное вещество распределено по поверхности источника.

В системе СИ единицей активности является беккерель (Бк, Bq); 1 Бк = с−1. В образце с активностью 1 Бк происходит в среднем 1 распад в секунду.

Внесистемными единицами активности являются:

- кюри (Ки, Ci); 1 Ки = 3.7×1010 Бк.

- резерфорд (Рд, Rd); 1 Рд = 106 Бк (используется редко).

Удельная активность измеряется в беккерелях на килограмм (Бк/кг, Bq/kg), иногда Ки/кг и т. д.

Системная единица объёмной активности — Бк/м³, часто используются также Бк/л. Системная единица поверхностной активности — Бк/м², часто используются также Ки/км² (1 Ки/км² = 37 кБк/м²).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Физические свойства ионизирующих излучений

 

 

Рис.1. Компоненты ионизирующего излучения

 

Ионизирующее излучение состоит из трех компонент: α, β, γ. Рассмотрим каждое их них.

Альфа(а)-излучение представляет собой поток ядер гелия, обладающих большой скоростью. Эти ядра имеют массу 4 и заряд +2. Они образуются при радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях. В настоящее время известно более 120 искусственных и естественных альфа-радиоактивных ядер, которые, испуская альфа-частицу, теряют 2 протона и 2 нейтрона.

Энергия альфа-частиц не превышает нескольких МэВ. Излучаемые альфа-частицы движутся практически прямолинейно со скоростью примерно 20 000 км/с.

Под длиной пробега частицы в воздухе или других средах принято называть наибольшее расстояние от источника излучения, при котором еще можно обнаружить частицу до ее поглощения веществом. Длина пробега частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии и среды, в которой происходит движение. С возрастанием начальной энергии частицы и уменьшением плотности среды длина пробега увеличивается. Если начальная энергия излучаемых частиц одинакова, то тяжелые частицы обладают меньшими скоростями, чем легкие. Если частицы движутся медленно, то их взаимодействие с атомами вещества среды более эффективно и частицы быстрее растрачивают имеющийся у них запас энергии.

Длина пробега альфа-частиц в воздухе обычно менее 10 см. Так, например, альфа-частицы с энергией 4 МэВ обладают длиной пробега в воздухе примерно в 2,5 см. В воде или в мягких тканях человеческого тела, плотность которых более чем в 700 раз превышает плотность воздуха, длина пробега альфа-частиц составляет несколько десятков микрометров. За счет своей большой массы при взаимодействии с веществом альфа-частицы быстро теряют свою энергию. Это объясняет их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию: при движении в воздуной среде альфа-частица на 1 см своего пути образует несколько десятков тысяч пар заряженных частиц – ионов.

Бета-излучение представляет собой поток электронов (β--излучение, или, чаще всего, просто β -излучение) или позитронов (β+-излучение), возникающих при радиоактивном распаде. В настоящее время известно около 900 бета-радиоактивных изотопов.

Масса бета-частиц в несколько десятков тысяч раз меньше массы альфа-частиц. В зависимости от природы источника бета-излучений скорость этих частиц может лежать в пределах 0,3 – 0,99 скорости света. Энергия бета-частиц не превышает нескольких МэВ, длина пробега в воздухе составляет приблизительно 1800 см, а в мягких тканях человеческого тела ~ 2,5 см. Проникающая способность бета-частиц выше, чем альфа-частиц (из-за меньших массы и заряда). Например, для полного поглощения потока бета-частиц, обладающих максимальной энергией 2 МэВ, требуется защитный слой алюминия толщиной 3,5 мм. Ионизирующая способность бета-излучения ниже, чем альфа-излучения: на 1 см пробега бета-частиц в среде образуется несколько десятков пар заряженных ионов.

Нейтронное излучение представляет собой поток ядерных частиц, не имеющих электрического заряда. Масса нейтрона приблизительно в 4 раза меньше массы альфа-частиц. В зависимости от энергии различают медленные нейтроны (с энергией менее 1 КэВ1), нейтроны промежуточных энергий (от 1 до 500 КэВ) и быстрые нейтроны (от 500 КэВ до 20 МэВ). Среди медленных нейтронов различают тепловые нейтроны с энергией менее 0,2 эВ. Тепловые нейтроны находятся по существу в состоянии термодинамического равновесия с тепловым движением атомов среды. Наиболее вероятная скорость движения таких нейтронов при комнатной температуре составляет 2200 м/с. При неупругом взаимодействии нейтронов с ядрами атомов среды возникает вторичное излучение, состоящее из заряженных частиц и гамма-квантов (гамма-излучение). При упругих взаимодействиях нейтронов с ядрами может наблюдаться обычная ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии, но она существенно выше, чем у альфа- или бета-частиц. Так, длина пробега нейтронов промежуточных энергий составляет около 15 м в воздушной среде и 3 см в биологической ткани, аналогичные показатели для быстрых нейтронов – соответственно 120 м и 10 см. Таким образом, нейтронное излучение обладает высокой проникающей способностью и представляет для человека наибольшую опасность из всех видов корпускулярного излучения. Мощность нейтронного потока измеряется плотностью потока нейтронов (нейтр./см²*с).

 

Гамма-излучение (γ-излучение) представляет собой электромагнитное излучение с высокой энергией и с малой длиной волны. Оно испускается при ядерных превращениях или взаимодействии частиц. Высокая энергия (0,01–3МэВ) и малая длина волны обусловливает большую проникающую способность гамма-излучения. Гамма-лучи не отклоняются в электрических и магнитных полях. Это излучение обладает меньшей ионизирующей способностью, чем альфа- и бета-излучение.

Рентгеновское излучение может быть получено в специальных рентгеновских трубах, в ускорителях электронов, в среде, окружающей источник бета-излучения, и др. Рентгеновские лучи представляют собой один из видов электромагнитного излучения. Энергия его обычно не превышает 1 МэВ.

Рентгеновское излучение, как и гамма-излучение, обладает малой ионизирующей способностью и большой глубиной проникновения[12].

 

 

2.3. Радиационное загрязнение биосферы

 

Одной из составляющих радиационного загрязнения биосферы

является технологически изменённый естественный радиационный фон – за счёт поступления в природную среду естественных радионуклидов, извлекаемых из глубин земли вместе с углём, газом, нефтью, минеральными удобрениями, строительными материалами и др. К нему также относят: дополнительное облучение при полётах в самолётах;  радионуклиды радий-226, прометий-147, тритий, используемые для светосоставов постоянного действия, цветные телевизоры и другие устройства, содержащие радионуклиды или излучающие рентгеновское излучение; радионуклид Ро-210, используемый для снятия статического электрического заряда в некоторых производствах; некоторые пожарные дымовые детекторы; керамическую и стеклянную посуду, содержащую уран и торий и др.

Ряд радионуклидов содержится в сжигаемых углях. Удельная активность угольной золы достигает следующих величин, Бк/кг: 265 – 40К, 200 – 238U, 240 - 226Ra, 930 - 210Pb, 1700 – 210Ро и т.д. Индивидуальная средняя годовая доза облучения в районе ТЭС мощностью 1 млн.кВт (район радиусом 20 км) может достигать 0,005 Зв. Эта доза зависит от зольности угля и эффективности очистки дымовых газов от твёрдых частиц (летучей золы).

Значительное количество радионуклидов содержится в удобрениях, применяемых в сельском хозяйстве. После внесения удобрений в почву радионуклиды по пищевым цепям поступают в живые организмы. Так, тройной суперфосфат (производства США) имеет удельную активность, Бк/кг: 2100 – 238U, 1800 – 230Th, 780 - 226Ra, азотно-фосфорно-калиевые удобрения (Бельгия): 470 – 238U, 210 - 226Ra, 5900 – 40К.

Предметы широкого потребления – дополнительные источники облучения человека. Так, часы с циферблатом, содержащим радий – 226, создают мощность дозы 0,074 мкГр/ч, цветной телевизор - 0,003 мкГр/ч (на расстоянии 2,5 м от экрана).