33.Радіоактивність. Закон радіоактивного розпаду. Природа альфа-, бета- і гама-випромінювання. Дозиметрія і захист від випромінювання.

Радіоактивність – це спонтанне перетворення одних ядер в інші, яке супроводжується випромінюванням різних частинок і електромагнітних хвиль. Це явище відкрив французький фізик А.Беккерель, проводячи досліди з освітленням солей урану. Він виявив, що солі урану самовільно, без впливу зовнішніх факторів, випромінюють. Досліджуючи радіоактивність різних елементів, співвітчизники Беккереля М.Склодовська-Кюрі та П. Кюрі виявили ряд нових, невідомих радіоактивних хімічних елементів. У їх дослідах було встановлено, що радіоактивність речовини не залежить від зовнішніх умов: освітленості, температури, тиску, напруженості електричного та індукції магнітного полів. Це випромінювання має високу проникну здатність. Дослідження М. Склодовської-Кюрі і незалежно англійського вченого Е. Резерфорда показали, що в магнітному полі радіоактивний промінь розділяється на три. Два з них відхиляються у протилежні боки, що вказує на їх протилежні заряди. Третій пучок не відхиляється. Позитивно заряджений пучок був названий α-промінням. негативно – β нейтральний – γ-промінням.

Провівши чимало дослідів. Е. Резерфорд встановив, що а-частинки мають заряд і масу рівні відповідно заряду ядра і масі атома гелію. Отже, α-частинки – це ядра атома гелію. Дослідами Е. Резерфорд довів, що кожна а-частинка. захоплюючи два електрони, утворює атом гелію.

Досліджуючи відхилення β-частинок в електричних і магнітних полях, було встановлено, що це електрони з швидкостями руху, близькими до швидкості світла.

γ-випромінювання за своїми властивостями дуже нагадує рентгенівське, але його проникна здатність значно більша. Після виявлення дифракції у-випромінювання на кристалах стало зрозуміло, що це – електромагнітні хвилі. На шкалі електромагнітних хвиль у-промені безпосередньо розміщуються за рентгенівськими (довжина їхньої хвилі менша).

Перетворення ядер відбуваються за так званим правилом зміщення, яке вперше сформулював англійський хімік Содді: під час α-розпаду ядро втрачає позитивнийзаряд 2е, а маса зменшується приблизно на 4 атомні одиниці маси. У результаті елемент зміщується на дві клітинки до початку періодичної системи. Якщо ж відбувається β-розпад то елемент зміщується на одну клітинку ближче до кінця періодичної системи, γ-випромінювання не супроводжується зміною заряду, мас» ядра змінюється надзвичайно мало.

Досліджуючи перетворення радіоактивних речовин встановлено, що інтенсивність випромінювання одних речовин зменшується з часом швидко, інших – набагато повільніше. Для кожної радіоактивної речовини є певний час протягом якого кількість її атомів зменшується в два рази. Цей інтервал називають періодом піврозпаду. Період піврозпаду Т – це час, за який розпадається половина всіх атомів даної речовини.

Нехай у початковий момент часу (t=0) кількість радіоактивних атомів дорівнює N₀ Через період піврозпаду їх буде N₀/2. Ще через період піврозпаду їх буде(N₀/4=N₀/2²)Через n періодів піврозпаду радіоактивних атомів залишиться N=N₀·1/2ⁿ

Оскільки n=t/T, то N=N₀·2^(-1/T) Це і є закон радіоактивного розпаду. Період піврозпаду – основна величина, що характеризує швидкість радіоактивного розпаду. Чим менший період піврозпаду, тим менший час життя атомів, тим швидше відбувається розпад. Для різних речовин його значення дуже різняться.

Іонізація, що виникає при взаємодії випромінювання з живою тканиною, біологічно шкідливо впливає на організм. Найчутливішими до радіації є ядра клітин. Радіація в людському організмі вражає насамперед кістковий мозок, від чого порушується процес утворення крові. Опромінювання впливає на спадковість, вражаючи гени в хромосомах.

Вплив радіації на живий організм характеризує доза опромінення. Поглинутою дозою опромінення називають відношення поглинутої енергії Е іонізуючого проміння до маси т речовини, що опромінюється:

У СІ поглинуту дозу опромінення D=E/mвиражають у греях. 1Гр дорівнює такій поглинутій дозі опромінення, що речовині масою І кг передається 1 Дж енергії іонізуючого проміння: 1 Гр = 1 Дж/кг.

У практиці широко користуються такою одиницею дози опромінення, як рентген (Р). Доза опромінення дорівнює 1 Р, коли в 1 см³ сухого повітря при температурі 0°С і тиску 760 мм. рт. ст. виникає 2·10⁹ пар іонів. 1Р еквівалентний дозі опромінення 0,01 Гр. Враховуючи небезпеку для людини радіоактивних випромінювань, встановлено гранично допустимі дози опромінення. Під час роботи з джерелом радіації необхідні заходи радіаційного захисту. Найпростіший метод захисту – віддалення персоналу на велику відстань від радіоактивних джерел. Встановлюють також захист з речовин, що добре поглинають випромінювання. Джерела гамма-випромінювання помішують у свинцеві контейнери або використовують «будиночки» із свинцевих плит з віконцями із спеціального скла, що містить свинець. Дія захисту від особливо потужних джерел випромінювання (реакторів, прискорювачів) будують захисні стіни з бетону, товщина яких може досягати кількох метрів