Естественная и искусственная радиоактивность

Ядра некоторых изотопов могут самопроизвольно превращаться в ядра других элементов с выделением энергии. Этот процесс называют радиоактивностью. Естественная радиоактивность впервые обнаружена на солях урана в 1896г. французским физиком А. Беккерелем и исследована затем Пьером и Марией Кюри. Было установлено, что радиоактивный распад сопровождается испусканием α-, β-, и γ-лучей. Большинство естественных радиоактивных элементов образует радиоактивные семейства, где каждый радиоактивный элемент возникает из предыдущего и, в свою очередь, превращается в последующий. Процесс радиоактивных превращений продолжается до тех пор, пока не образуется устойчивый изотоп. Для некоторых естественных радиоактивных элементов (40 К, 87 Rb, 152 Sm и др.) распад ограничивается одним звеном превращения.

Искусственная радиоактивность открыта в 1934г. французскими учеными Ирен и Фредериком Жолио-Кюри. Они установили, что при облучении стабильных элементов α-частицами образуются радиоактивные изотопы фосфора, азота и кремния – элементов, не име6ющих естественных радиоактивных изотопов. В дальнейшем при облучении стабильных элементов α-частицами, протонами, дейтронами и нейтронами, были получены радиоактивные изотопы всех химических элементов, начиная от водорода и кончая ураном, причем для большинства элементов получено несколько радиоактивных изотопов.

Существуют следующие основные виды распада природных радиоактивных элементов.

1. Испускание α-частицы, представляющей собой положительно заряженное ядро гелия с атомным номером Z=2 и массовым числом М=4. Ядро, образовавшееся в результате α-распада, имеет массовое число на четыре единицы, а порядковый номер на две единицы меньше, чем у исходного ядра, например:

2. Испускание отрицательных или положительных α-частиц - электрона (обозначается е - или β -) или позитрона (е + или β +), представляющих собой заряженные частицы с примерно одинаковой массой (m e =0,9035-10 -27 г), составляющей всего 1/1835 часть массы протона. При этом массовое число продукта распада такое же, как у исходного ядра, а порядковый номер увеличивается или уменьшается на одну единицу, например:

.

В приведенных записях реакций отмечена важная особенность β-распада: он всегда сопровождается испусканием нейтральной частицы с нулевой массой - нейтрино v при β + -распаде и антинейтрино v при β - -распаде. Очень часто основные (обязательные) продукты распада, α- и β-частицы, а также нейтрино (антинейтрино) , уносят не всю энергию реакции распада. Избыток энергии испускается в виде одного или нескольких -квантов

.

3. Захват ядром электрона одной из оболочек атомов. В результате этого процесса, называемого электронным захватом (ЭЗ), атомный номер (как и при β + -распаде) уменьшается на одну единицу, а энергия реакции уносится нейтрино и в некоторых случаях также -γ-излучением, например:

.

При занятии вакантного места на электронной оболочке другим электроном возникает также характеристическое рентгеновское излучение элемента - продукта реакции.

Электронный захват с К-, L -оболочек принято называть соответственно (К -захватом, L -захватом и т. д.

4. Самопроизвольное деление некоторых тяжелых ядер (238 U , 232 Th ) на две части, обычно с неодинаковой массой. При самопроизвольном делении помимо осколков деления излучаются два или три нейтрона, а иногда и другие частицы. Вновь образовавшиеся ядра обычно нестабильны и распадаются путем испускания нескольких нейтронов и β - -частиц. В ядерной геофизике вызывает интерес испускание некоторыми продуктами деления так называемых запаздывающих нейтронов, сопровождающих β-распад, например:

Регистрацию таких нейтронов используют для определения содержания урана.

5. Испускание одного или двух протонов, при котором масса и заряд уменьшаются на одну или две единицы, наблюдается лишь у части искусственных радиоактивных изотопов с исключительно большим дефицитом нейтронов (соответственно с избытком протонов), например:

.

Этот вид распада недавно открыт советскими учеными, и его значение для ядерной геофизики еще не изучено.

Иногда к радиоактивному распаду относят также переход некоторых ядер из метастабильного (относительно устойчивого возбужденного) состояния в основное с испусканием одного или нескольких γ-квантов. При этом ядерного превращения (в смысле изменения его массы или заряда) не происходит. Однако закон уменьшения числа активных (метастабильных) ядер совпадает с законом радиоактивного распада, что и оправдывает отнесение этого процесса, называемого изомерным переходом (ИП), к особому виду радиоактивности.

Возбужденное ядро-изомер некоторого элемента М Х принято обозначать М m Х. Изомеры обычно получают возбуждением ядер при бомбардировке ядерными частицами или иногда как промежуточный продукт при распаде некоторых ядер. Например, при распаде UX 1 кроме изотопа 234 Pa(UZ) образуется его изомер 234 m Pa(UX 2), имеющий другой период полураспада.

Обычно радиоактивный элемент распадается одним из перечисленных выше способов. Однако многие из них могут распадаться различными путями. Так, например, 226 Ra в 99 % случаев превращается в 222 Rn, излучая α-частицу с энергией 4,9 МэВ. Однако наблюдается переход радия в радон и с испусканием двух частиц: α -частицы с энергией 4,7 МэВ и γ-кванта с энергией 0,2 МэВ. Некоторые радиоактивные элементы распадаются, образуя два или более новых элементов. Так, около 12 % атомов 40 К испытывают К -захват и превращаются в атомы аргона 40 Аr с последующим излучением γ -квантов с энергией 1,46 МэВ. Остальные 88 % 40 К превращаются в атомы кальция 40 Са с излучением β-частицы. Распад искусственных радиоактивных элементов, как правило, сопровождается испусканием электронов (или позитронов) и γ –лучей.

В природе обнаружено более 50 естественных радиоактивных элементов. Наиболее распространены тяжелые элементы, входящие в состав радиоактивных семейств урана , актиноурана AcU и тория ( ,рис. 5.1). В ничтожно малых количествах в природе встречаются элементы семейства нептуния , распад которых ограничивается одним звеном превращений. Из анализа рис. 5.1 следует, что характер распада этих семейств имеет много общего.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

1. Поступление радионуклидов в окружающую среду

1.1. Естественная радиоактивность

1.2.Искусственная радиоактивность

2. Радионуклиды в гидросфере

2.1. Естественная радиоактивность гидросферы

2.2. Искусственная радиоактивность гидросферы

2.3. Актиниды в гидросфере

Список использованной литературы

Введение

Определение естественных и техногенных радионуклидов в объектах окружающей среды (в воздухе, в природных водах и почвах, в продуктах питания) позволяет оценить возможную опасность радиационного воздействия на здоровье человека. В то же время исследование распределения радионуклидов в окружающей среде может дать ценную информацию о происходящих в ней процессах. Радионуклидные методы применяются для изучения перемещения водных и воздушных масс, определения времени жизни аэрозолей, датирования геологических и археологических объектов.

Загрязнение поверхностных вод началось в центральной России еще в XVI в., когда начали удобрять поля навозом. С тех пор в центральных районах страны основным загрязнителем вод было сельское хозяйство. В более северных районах большую роль играл сплав леса, особенно молевой, при котором бревна тонули и гнили в воде. С развитием промышленности и ростом городов стала расти роль коммунальных и промышленных загрязнений.

Резкое усиление загрязнений произошло в ХХ в. Особая опасность связана с совпадением периода роста сбросов загрязненных сточных вод и многовековой тенденции нарастания сухости климата, снижения водности водоемов. В этих условиях растут концентрации поллютантов в растворах и, следовательно, степень их вредного воздействия на природные системы и здоровье человека.

Цель работы заключается в рассмотрении естественной и искусственной радиоактивности природных вод.

1. ПОСТУПЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

1.1 ЕСТЕСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ

Природные радионуклиды можно разделить на две большие группы - первичные , т.е. те, которые образовались одновременно со стабильным веществом Земли, и космогенные , которые образуются постоянно в результате ядерных реакций под действием космического излучения или поступают со внеземным веществом.Очевидно, к настоящему моменту в окружающей среде присутствуют только те первичные радионуклиды, период полураспада которых соизмерим с возрастом Земли (табл. 1)

Таблица 1. Основные первичные радионуклиды

Радионуклид	Т 1 / 2 , лет	Доля в природной смеси изотопов, %

Три первичных радионуклида- 238 U, 235 U и 232 Th - являются родоначальниками естественных радиоактивных рядов. С течением времени в естественных радиоактивных рядах установилось вековое равновесие - состояние, в котором радиоактивности (но не количества ядер) всех членов ряда равны между собой. Вековое равновесие между радионуклидами устанавливается в том случае, если период полураспада материнского радионуклида велик по сравнению с периодом полураспада дочернего. Накопление дочернего радионуклида подчиняется закону

A= A 0 (1-e - лt)

где А - активность дочернего радионуклида, А 0 - активность материнского радионуклида, л- постоянная радиоактивного распада дочернего радионуклида, t- время, прошедшее с начала накопления дочернего радионуклида.

Для установления радиоактивного равновесия достаточен промежуток времени, равный 10 периодам полураспада дочернего радионуклида. Различные геохимические процессы могут приводить к фракционированию членов радиоактивных рядов, поэтому вековое равновесие сохраняется только в системе, замкнутой относительно материнского и дочерних радионуклидов.

Когда образовалась Земля, в состав природной смеси изотопов урана входило определенное количество урана-238, и миллиард лет назад доля урана-235 в природном уране была значительно выше. Для поддержания устойчивой работы ядерного реактора достаточно 3% урана-235.

В настоящее время именно природные радионуклиды составляют основу дозовой нагрузки на человека.

А. Беккерель, изучая флуоресценцию соединений урана, установил примерно через 100 дней после открытия рентгеновских лучей, что фотопластинки, даже завернутые в черную бумагу, темнеют при соседстве с солями урана. Явление было названо «радиоактивность»

В последствии было показано, что радиоактивность -это самопроизвольный распад атомных ядер вещества с испусканием ядерных излучений:б-частиц (ядер гелия), в-частиц (электронов) и г-квантов. Позже были открыты и другие, более редкие виды распада: спонтанное деление ядер, двойной в- распад, испускание ядерных кластеров и т.д.

б-Частицы и г-кванты, испускаемые ядрами при радиоактивных превращениях, обладают дискретными значениями энергии, так как они возникают при переходе ядер из одного определенного энергетического состояния в другое. Распределение частиц или квантов по энергиям называется спектром. Спектры б-частиц и г-квантов дискретны.

При в- распаде одновременно с в- частицами испускается нейтрино, и энергия распада распределяется между в- частицей и нейтрино. В результате в- частицы обладают не дискретным, а непрерывным спектром.

Для оценки воздействия ионизирующего излучения на вещества и живые организмы используют понятие «дозы». Поглощенная доза-это отношение энергии, переданной веществу излучением, к массе вещества. Единица поглощенной дозы-грей (1 Гр=1 Дж/кг). Для оценки воздействия излучения на живые организмы используют эквивалентную дозу, при расчете которой учитывается тот факт, что ионизирующие излучения разного типа и энергии по-разному воздействуют на организм. Единицей эквивалентной дозы в системе СИ является зиверт (Зв). Поглощенная доза трудно поддается непосредственным измерениям, поэтому для расчета эквивалентной и поглощенной доз используют экспозиционную дозу, являющуюся мерой ионизации, т.е. непосредственно измеряемой величиной. Единицей экспозиционной дозы является рентген (Р).

1.2 ИСКУССТВЕННЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Искусственные радионуклиды поступают в окружающую среду в результате испытаний ядерного оружия, ядерных взрывов, проводившихся в мирных целях, а также деятельности предприятий ЯТЦ. Локальными источниками служат аварии самолетовс ядерным оружием на борту, гибель подводных лодок, оснащенных атомными силовыми установками и ядерным оружием. В течении ряда лет многие страны, в том числе и СССР, сбрасывали в моря и реки жидкие радиоактивные отходы и затапливали отработавшие ядерные установки. Вклад в техногенную радиоактивность окружающей среды вносят и аварии искусственных спутников Земли с ядерными источниками энергии. Развитие атомной энергетики также привело к тому, что радионуклиды поступали и продолжают поступать в окружающую среду, как при штатной работе АЭС, так и в результате аварийных ситуаций, из которых наиболее серьезные последствия имела авария на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986. В таблице 2. Представлены обобщенные данные о поступлении техногенных радионуклидов в окружающую среду в результате испытаний ядерного оружия (в том числе и подземных), деятельности предприятий ядерного топливного цикла и аварийных ситуаций на них.

Таблица 2. Оценка выброса техногенных радионуклидов

Источник	Активность выбросов, Пбк
			Радиоакт. благород. газы.
Атмосферные ядерные взрывы
Подземные ядерные взрывы
Работа реакторов
Переработка
Производство и использование радионуклидов
Три-Майл-Айленд
Чернобыль
Селлафилд
Космос-954

2. Радионуклиды в гидросфере

Понятие гидросферы включает океаны, моря, озера, реки, болота, льды, подземные воды, а также атмосферную влагу.

Определяющую роль в радиоактивности гидросферы играют в настоящее время естественные и искусственные радионуклиды, характер распределения которых в атмосфере, водной толще и в донных отложениях определяется совокупностью геохимических и биогеохимических процессов, протекавших в гидросфере за время ее существования.

Роль искусственных радионуклидов в общем балансе радиоактивности гидросферы относительно невелика. Однако локальные уровни радиоактивного загрязнения, связанные главным образом с работой предприятий ядерного топливного цикла, в частности со сбросом низкоактивных отходов по трубопроводам непосредственно в море (Ядерный центр в Селлафилде, Великобритания; предприятие «Кожема» на мысе Аг, Франция), с захоронением контейнеров с высокоактивнми отходами (Тихий и Атлантические океаны, США и Великобритания; Арктические моря), а также с авариями судов с ядерными энергетическими установками, могут заметно превышать уровни радиоактивности, обусловленные естественными причинами.

Продолжает вносить свой вклад в глобальном масштабе и радиоактивность из стратосферного резервуара, где продукты деления длительное время накапливались в результате испытаний ядерного оружия. Значительная часть радионуклидов, поступающих в окружающую среду на континентах, рано или поздно с водами рек или подземным стоком оказываются в морской среде .

2.1 Естественная радиоактивность гидросферы

Основной вклад в природную радиоактивность гидросферы вносит 40 К. Заметный, но существенно меньший вклад вносят 87 Rb, а также первичные радионуклиды уран-238, уран-235 и торий-232 с продуктами их распада, составляющими естественные радиоактивные ряды. Кроме того, на земную поверхность постоянно поступают радионуклиды, образующиеся пр взаимодействии космического излучения с ядрами атомов газов и паров, входящих в состав верхних слоев атмосферы. Концентрации в природных водах некоторых радионуклидов, вносящих значительный вклад в радиоактивность гидросферы, приведены в таблице 3.

Таблица 3.Средние удельные активности некоторых естественных радионуклидов (Бк/л) в природных водах

Радионуклид	Дождевая вода	Озера, реки	Грунтовые воды	Питьевая вода	Поверхностные воды океана
Терригенные радионуклиды
Космогенные радионуклиды

Радиоактивность подземных вод. Подземными водами, в самом общем смысле, называют влагу, заполняющую пустоты земной коры. С точки зрения радиоактивности окружающей среды наибольший интерес представляет лишь та часть влаги, которая находится в области эрозионных врезов поверхностных водоемов и участвует в обще и внутриматериковом влагообороте.

Объем подземных вод земного шара достигает примерно 100 млн км 3 , .е. в 14 раз меньше объема воды Мирового океана и примерно в 8000 раз больше объема атмосферной влаги. В круговороте радионуклидов в биосфере подземная влага принимает меньшее участие, чем другие воды. Так, если объем влаги в атмосфере меняется каждые 9 суток, а в поверхностных водах океанов и морей примерно каждые 2000лет, то подземные воды меняются в среднем только через 8000 лет. В самой верхней части земной коры подземные воды движутся обычно со скоростью 1-1000 м/год, а на глубинах 1000-2000 м. радиоактивность подземный гидросфера излучение

По условиям залегания подземные воды делятся на почвенные, грунтовые, межпластовые. В состав последних входят и так называемые минеральные воды, часто отличающиеся сравнительно высокой радиоактивностью. Как правило, уровень активности подземных вод зависит от их химического состава, который физико-химическими, физико-географическими, геологическими, гидрологическими, физическими, биологическими и искусственными факторами.

Так как почвенные вод залегают вблизи земной поверхности и формируются за счет атмосферных осадков, то их активность зависит от количества растворимых радионуклидов, содержащихся в почвенных слоях. Этим же обстоятельством определяется и радионуклидный состав грунтовых вод, которыми называются воды, скапливающиеся на первом от поверхности водоупорном слое пород.

Межпластовые воды представляют собой скоплении водной массы между водоупорными слоями в толще осадочных пород. В случаях преобладания процессов испарения над процессами увлажнения радиоактивность почвенной воды может достигать весьма больших величин.

В водах, глубоко залегающих и сильно минерализованных, содержание калия, как правило, повышено. Увеличение активности артезианских вод идет более или менее параллельно увеличению общей концентрации солей, в них содержащихся. Высокая концентрация калия найдена и в минерализованных водах древнепалеозойских отложений Белоруссии.

Радиоактивность минеральных вод. Согласно принятой в радиогидрогеологии классификации, все воды радиоактивных минеральных источников в зависимости от преобладания в их составе того или иного радиоактивного элемента делятся на три группы: радоновые, радиевые и урановые. Кроме того, существуют промежуточные типы вод: радоново-радиевые и радиево-мезоториевые воды. В некоторых минеральных источниках концентрация радия достигает очень высоких значений.

Радиоактивность речной воды в основном обусловливается 40 К, содержание которого зависит как от химического состава пород, омываемых этими водами, так и от ряда климато-метеорологических факторов. Как правило, поверхностные воды (снеговые, дождевые, ледниковые и т.п.) содержат относительно небольшое количество радиоактивных веществ, и поэтому в период весеннего снеготаяния или интенсивных ливней поступление в реки больших масс воды этого происхождения сопровождаются понижением удельной активности речной воды. Во время паводка общая радиоактивность воды рек несколько снижается, а в период межени повышается.

В некоторых случаях химический состав растворенных веществ в воде реки в течении года изменяется столь сильно, что река переходит из одного класса в другой (природные воды классифицируются на гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные). Такие резкие колебания в химическом составе сопровождаются соответствующими изменениями и в уровне радиоактивности рек.

Радиоактивность озерных вод. Активность воды озер тесно связана с химическим составом воды впадающих в них рек и питающих их подземных вод. Как правило, существует прямая зависимость между степенью минерализации и радиоактивностью озерной воды. Озера с низким уровнем минерализации воды и слабой активностью встречаются в Карелии, на Кольском полуострове, в северных областях Сибири. Озера со средним уровнем минерализации и соответствующим уровнем активности преимущественно расположены в районе средней полосы европейской части России и в Сибири.

В тех случаях, когда озеро находится в зоне избыточного увлажнения и приток воды превышает ее испарение, возникает сток воды из озера. В результате таких соотношений активность озерной воды мало чем отличается от степени активности воды рек и, как правило, бывает невысокой. Вследствие превышения испарения над притоком сток из таких озер отсутствует и в них происходит аккумуляция солей и соответственное увеличение радиоактивности воды.

Естественная радиоактивность морской воды. Основные источники первичных радионуклидов, содержащихся в океанической воде, - речной сток и гидротермальные потоки из зон разломов океанической коры. Космогенные радионуклиды и значительная часть техногенных поступают в океан из атмосферы.

Калий -40 вносит в настоящее время наибольший вклад в радиоактивность земной коры и вод океана. Распад ядер происходит по двум основным направлениям: 89,5% ядер испускают в-частицы с максимальной энергией 1.33 Мэв, а 10,5 % ядер испытывают К-захват с последующим испусканием г-квантов с энергией 1,46 МэВ. Удельная в-активность земного калия составляет 28, 27±0,05 Бк/кг, а удельная г-активность калия составляет 3,26±0,05 Бк/кг. Таким образом, калий -40 вносит вклад и в в и в г-радиоактивность окружающей среды.

Из естественных радионуклидов средней части периодической системы следующим после калия-40 по значению удельной активности в океанической воде является рубидий-87 , а также относящийся к первичным радионуклидам. В природной смеси изотопов рубидия на долю 87 Rb приходится 27,85%, период его полураспада равен 6,5Ч10 10 лет. Ядра рубидия испускают в-излучение с максимальной энергией 0, 394 МэВ. Из-за низкой скорости распада и относительно небольшой энергии испускаемого в-излучения вклад этого радионуклида в уровень дозовых нагрузок в окружающей среде весьма незначителен.

Уран. В состав природной смеси изотопов урана входят уран-234, уран-235 и уран-238. Последние два изотопа являются родоначальниками актиниевого и уранового рядов, а уран-234-продукт распада урана-238.

В речном стоке доли урана во взвешенном и растворенном состоянии примерно равны. Основная масса взвешенного речного урана осаждается в прибрежной зоне, на шельфе и на материковом склоне. Однако часть его остается в составе терригенных частиц в океаническом взвешенном материале, а в поверхностных водах наблюдается пропорциональность между содержанием во взвеси карбоната кальция и концентрацией взвешенного урана. .

В водах морей и океанов уран находится преимущественно в растворенной форме в виде устойчивого уранилкарбонатного комплекса 4- .

Радиоактивное равновесие между 238 U и 234 U в океанической воде нарушается из-за того, что 234 U прочно удерживается кристаллической решеткой в исходных продуктах выветривания пород. Среднее значение соотношения 234 U / 238 U в водах океана равно 1, 15 .

Торий . Торий-232 поступает в океан с речным стоком главным образом во взвешенном состоянии в виде мельчайших терригенных частиц, в состав кристаллической решетки которых он входит, и основная масса его осаждается в устьевых районах и на шельфе. В поверхностных водах открытого океана, где концентрации взвеси низка, для взвешенного тория обычно не превышает 10-20 %.

Источником остальных изотопов тория в водах океана является в основном распад материнских радионуклидов. Поступление тория-238 и тория-234 с речным стоком пренебрежимо мало из-за короткого времени их жизни. Торий подвергается процессам гидролиза, комплексообразования, в также адсорбции на частицах взвеси. Этим определяется и существенный сдвиг радиоактивного равновесия тория-230 с ураном: в океанической воде содержится лишь 0,005-0,12 % равновесного тория-230, что свидетельствует об очень быстром удалении его из вод океана.

Основная роль в удалении тория-230 из вод океанов принадлежит адсорбционным процессам на поверхности взвешенных частиц и их осаждению на дно, а в поверхностных слоях- биогенному извлечению. По мере движения взвеси через толщу вод доля взвешенного тория -230 увеличивается. Торий-228 и торий-234 в отличие от тория-230 имеют малые периоды полураспада и основным путем удаления их из вод океана является радиоактивный распад.

Время пребывания тория в водах океана оценивается сотнями лет. Для короткоживущих тория-238, тория-234 перенос со взвешенным веществом приводит к заметным смещениям радиоактивного равновесия с материнским радием-228 и ураном-238.

Отношения концентраций взвешенных и растворенных форм тория-230 и тория-228 составляют около 0,15-0,20.

Радий . Основной источник поступления радия в воды морей и океанов-донные осадки. Роль речного стока и образования в водной толще в результате распада находящихся там изотопов урана и тория незначительна. Период распада радия-226 составляет 1560 лет, и концентрация растворенных форм радия постепенно убывает с уменьшением глубины. Продукт распада радия-226 благородный газ радон-222 хорошо растворим в воде, и поскольку он обладает сравнительно коротким периодом полураспада, вертикальный профиль его концентрации в океане в значительной степени повторяет распределение радия. Продукты распада радона-222 - полоний-218, свинец-214 и висмут-214 - обладают короткими периодами полураспада. Они вносят свой вклад в б-,в- и г-радиоактивность морской воды, так как практически находятся в состоянии радиоактивного равновесия с радоном-222. Свинец-210 обладает уже достаточно большим периодом полураспада и его поведение в морской среде определяется совокупностью сорбционных и десорбционных процессов, аналогичных рассмотренным выше для изотопов тория.

Радий в морских водах находится преимущественно в катионной форме, и воды океана недонасыщены его наиболее труднорастворимыми соединениями. Незначительная роль биоты в связывании радия подтверждается отсутствием корреляции между концентрацией радия и содержанием органического вещества во взвешенном материале, а также малой долей радия, связанного с планктонными организмами. Прибрежные и придонные воды наиболее обогащены радием-228. Благодаря интенсивному обмену в поверхностных слоях он переносится в центральные районы океанов адвектным и диффузионным путями, и в процессе этого переноса концентрация его уменьшается.

Максимальные значения концентрации радия-238 наблюдается в области пикноклина (слой водной толщи, в котором происходит скачкообразное изменение плотности), что связано с медленным обменом поверхностных вод с нижележащими. В природных слоях радия-228, поступающий из донных отложений, диффундирует в вышележащие слои воды в соответствии с интенсивностью протекающих здесь процессов вертикального обмена, и заметные концентрации его обнаруживаются на расстояниях до 1-1,5 км до дна.

Радон. Все изотопы благородного газа радона - продукты распада соответствующих изотопов радия. Самый долгоживущий из них- радон-222.

Радон в океане в основном образуется в результате распада радия и из-за малого периода полураспада находится в равновесии с радием-226. Некоторая часть радона поступает из донных осадков, и его концентрация в придонных слоях воды может превышать равновесное значение в несколько раз. В поверхностных водах открытого океана определенная часть радона уходит из океана в атмосферу, и дефицит радона в перемешанном слое может достигать половины равновесной с радием концентрации. Влияние потоков радона через границы раздела сказывается лишь в узкой области, прилегающей к границе. Удаление его из океана происходит в основном вследствие радиоактивного распада.

Свинец-210. Основной источник его в океане - это распад материнского радия-226. Он поступает с речным стоком и из атмосферы. Распределение изотопов свинца в океане в значительной степени связано со взвешенным веществом. Время пребывания свинца в водной толще океанов составляет 50-100 лет, так что двух третей свинца-210 может выводиться из океанических вод в результате радиоактивного распада, а остальная часть - в результате процессов гравитационного осаждения на взвеси и адсорбции донными осадками.

В поверхностных слоях морской воды содержание свинца-210 обычно превышает равновесное с радием-226 значение, что является следствием поступления его из атмосферы. Нарушается эта система в районах с низким атмосферным поступлением свинца-210 и высоким содержанием взвешенного вещества.

С глубиной отношение активности свинца-210 к активности радия-226 уменьшается и, начиная с нескольких сотен метров, становится меньше единицы. Однако в районах с низкой биологической активностью равновесие между свинцом -210 и радием-226 может сохраняться до значительных глубин. В глубинных слоях концентрация свинца-210 может отличаться от равновесной с радием-226 в два раза и более. По мере приближения ко дну отношение активностей свинца-210 и радия-226 быстро уменьшается до минимальных значений. Влияние этих процессов благодаря вертикальному перемешиванию сказывается только в пределах 1000 м над поверхностью дна.

Полоний. Полоний-210 - продукт распада свинца-210, являющегося основным источником полония-210 в океане. Вклад речного стока и атмосферы незначителен.

Полоний в океане в значительной степени ассоциирован со взвешенным веществом. В верхнем перемешанном слое отношение активностей полония-210 и свинца-210 почти всегда меньше единицы. Это связано с тем, что время пребывания полония-210 в поверхностном слое меньше, чем свинца-210, составляя 0,6 года для вод Атлантического и Тихого океанов.

Ниже поверхностного слоя отношение полония-210 к свинцу-210 быстро растет до равновесного значения и в дальнейшем с глубиной колеблется, оставаясь в среднем несколько меньше единицы. Наблюдается рост с глубиной концентрации взвешенного полония-210 относительно свинца-210, что свидетельствует о более быстром удалении полония-210 из глубинных вод .

Космогенные радионуклиды. Поступившие из атмосферы космогенные радионуклиды включаются в циклы соответствующих элементов в океане. Благодаря существованию широтных вариаций в распределении космогенных радионуклидов в нижней атмосфере, аналогичный эффект для трития, бериллия-7 и углерода-14 отмечается и в поверхностных водах океанов.

Поступившие на поверхность океана радионуклиды распространяются в нижележащие слои воды. При этом глубина их проникновения определяется (помимо процессов вертикального обмена, общих для всех радиоактивных изотопов различных элементов) скоростью радиоактивного распада, от которой зависит и время установления стационарного вертикального распределения.

Тритий в виде молекул НТО является составной частью воды, а малая его часть входит в состав органического вещества (содержание органического вещества в поверхностных водах около 1 мг/л). До начала ядерной эры соотношение концентраций трития и протия в природных водах составляло 1:10 18 . Затем он стал поступать в природные воды в результате испытаний ядерного оружия и деятельности предприятий ЯТЦ.

В перемешенном слое концентрация трития меняется мало, затем идет слой с резким градиентом, а далее с ростом глубины наблюдается плавное уменьшение концентрации. На такую общую картину могут накладываться эффекты горизонтального переноса. На высоких широтах северной Атлантики в глубинных слоях наблюдается повышенные концентрации трития, что связано с быстрым опусканием вод.

Бериллий-7 поступает в океан из атмосферы, главным образом с атмосферными осадками. Благодаря небольшому периоду полураспада, он содержится в основном в перемешанном слое пикнолина. В ультрамалых концентрациях в водных растворах бериллий, по-видимому, довольно легко адсорбируется на поверхности взвешенных частиц. Коэффициент концентрирования бериллия морскими организмами достигает 10 3 .

Углерод-14 (в виде 14 СО 2) поступает в океан в процессе обмена углекислым газом с атмосферой. В океане он включается в углеродную систему, состоящую из растворенного и взвешенного органического углерода, карбонатной системы и карбонатов взвесей. Большая часть углерода в той или иной форме находится в растворе. Так, органический взвешенный углерод составляет в поверхностных слоях лишь несколько процентов от растворенного, с глубиной эта доля уменьшается. Содержание неорганического растворенного углерода (?СО 2) в океане составляет около 90-105 мг/л, и, следовательно для углерода (в пересчете на СО 2) в составе карбонатов кальция и магния в поверхностной океанической взвеси составляет несколько десятых долей процента и менее. Эта доля с глубиной уменьшается вследствие растворения карбонатов в процессе оседания взвешенного материала. Сравнение содержания неорганического и органического углерода в растворе показывает, что в составе органического вещества углерода примерно в 30 раз меньше. Очень малая часть радиоуглерода в океанических водах может находиться во взвешенном состоянии. Благодаря большому периоду полураспада углерода-14, космогенный радиоуглерод довольно однородно распределен в водах океана по глубине. Значительные количества углерода-14, поступающие от ядерных взрывов, привели к большому росту концентрации в поверхностных слоях и большим градиентам концентрации в верхнем 1000-метровом слое Тихого океана.

Кремний-32 в океане находится преимущественно в растворенном виде. Фильтрация через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм показала, что в поверхностных водах Тихого и Атлантического океанов во взвешенном состоянии находится менее 10% кремния. С глубиной эта величина уменьшается. Подавляющая часть кремния-32, поступающего из атмосферы в океан, должна находиться в растворенной форме .

2.2 ИСКУСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ ГИДРОСФЕРЫ

История радиоактивного загрязнения окружающей среды началась с пуском заводов по переработке урана и первых реакторов в Хэнфорде на реке Колумбия (США). До 1971 г. там работало 8 реакторов. Жидкие отходы низкой активности разбавляли водой до удельной активности около 4 Бк/л и сбрасывали в реку. Отходы более высокой активности выдерживали в специальных емкостях до распада короткоживущих радионуклидов.

В реки США в 1958 г. было сброшено 7Ч10 15 Бк радиоактивных отходов. В результате многолетнего сброса искусственных радионуклидов в реки в их устьях образовались обширные области с повышенной радиоактивностью техногенного происхождения.

Различные радионуклиды по-разному ведут себя по отношению к взвешенному веществу и донным осадкам рек. Стронций-90 образует преимущественно растворимые формы и легко переносится водными массами на большие расстояния. Радиоактивные изотопы цезия способны сорбироваться на глинистых составляющих почв и речной взвеси, что во многом затрудняет его миграцию с речными водами, богатыми взвешенным веществом. Это принципиальное различие в поведении цезия-137 и стронция-90 было наглядно продемонстрировано многочисленными исследованиями техногенной радиоактивности Дуная и Днепра, проведенными после Чернобыльской аварии.

Воды Дуная составляют около 60 % речного стока в Черное море, а его бассейн - это почти половина территории Западной Европы. Поэтому Дунай в настоящее время служит наиболее значимым источником поступления искусственной радиоактивности в Черное море. Характерная особенность Дуная - высокое содержание взвешенного вещества. .

В настоящее время Днепр в среднем и нижнем течении представляет собой систему водохранилищ. Скорости течения Днепра малы, перемещение водных масс от верховья до устья занимает около года. В результате создаются идеальные условия для связывания растворенных компонентов со взвешенным веществом и поступления их в донные осадки Днепровского каскада. Около 94% взвешенного вещества оседает в пределах водохранилища и только 6% достигает следующего резервуара. Скорость переноса 90 Sr с днепровскими водами существенно выше по сравнению со скоростью переноса 137 Cs .

Радиоактивное загрязнение морской среды приняло глобальный характер с началом испытаний ядерного оружия. Было испытано более 350 боеприпасов и над землей, ив океане, в том числе 2 подводных взрыва, 11- над открытым океаном. 113- над или на коралловых островах, 79- на арктических островах.

Продукты ядерных взрывов поднимались на большие высоты в стратосферу и распространялись по всему земному шару. Искусственные радионуклиды из стратосферного резервуара, куда они попали при испытаниях в атмосфере, на поверхности Земли или океана, продолжают поступать на поверхность суши и океана с атмосферными выпадениями. Радионуклиды, поступающие на поверхность суши, которая является площадью водосбора рек, с речными водами также могут поступать в океан.

На долю океана приходится около 70 % поверхности Земли, непосредственные выпадения на поверхность океана создали в конце 50-х-начале 60-х гг. прошлого века заметные уровни искусственной радиоактивности в поверхностных слоях морской воды.

Процессы биогеохимической седиментации привели к довольно быстрому удалению многих радионуклидов из поверхностных слоев морской воды через всю водную толщу на дно. Распределение продуктов деления, поступающих из стратосферного резервуара на земную поверхность, было неравномерным и максимум выпадений пришелся на 40-50-е градусы северной широты. Экватор оказался важным барьером, препятствующим проникновению значительной части радионуклидов из северного полушария, где проводилась большая часть испытаний в южное.

Реки приносят в океан растворенные и взвешенные формы радионуклидов, собранные сов сего своего бассейна. На границе происходит геохимические превращения, связанные со скачкообразным изменением на этом барьере многих гидрохимических параметров: рН, температуры, солености, окислительно-восстановительного потенциала. В результате ряд радионуклидов, присутствовавших в речных водах в растворенной форме, в зоне смещения пресных и морских вод уходит на дно.

Поведение искусственных радионуклидов, попадающих в океан, и их распределение в океане определяются их физико-химическими свойствами, в том числе способностью к гидролизу, сродством к взвешенному веществу, участием в биогеохимических процессах. Важная особенность поведения многих радионуклидов в морской среде связана с их взаимодействием с органическим веществом с образованием комплексных соединений. Поверхность океана покрыта тончайшим микрослоем, содержащим поверхностно-активные вещества, где концентрируются многие микроэлементы.

Постоянно образующиеся в подповерхностном слое воздушные пузырьки лопаются, поднимаясь на поверхность, и этот процесс приводит к выносу на поверхность не только главных ионов солевого состава океанической воды, но и с большей эффективностью ионов многих микроэлементов из поверхностного микрослоя. В результате морские аэрозоли оказываются обогащенными микроэлементами по отношению к главным компонентам морской соли. В подобных процессах могут участвовать и радионуклиды.

Около 80% плутония, сбрасывавшегося европейскими предприятиями по переработке ядерного топлива в растворенной форме, удалялось в процессе седиментации, до того как водные массы достигали Баренцева и Гренландского морей .

В поверхностных водах открытого океана взвешенная фаза содержит 12-35% плутония, а в подповерхностных водах около 6% плутония. Основным источником плутония-239,240 в водах океана являются глобальные выпадения, а источник плутония-238 - европейские предприятия по переработке ядерного топлива. Заметную роль в загрязнении окружающей среды плутонием-238 сыграли аварии космических аппаратов с ядерными энергетическими установками.

2.3 АКТИНИДЫ В ГИДРОСФЕРЕ

В водных системах для актинидов характерен ряд степеней окисления от +3 до +6. Степеням окисления +5+6 отвечают конетически и термодинамически стабильные линейные диоксокатионы. Из-за стерических затруднений координационные числа пяти- и шестивалентных актинидов в водных растворах равны 4 и 6 соответственно. Для An 3+ и An 4+ координационные числа могут меняться от 6 до 12.

Торий в растворе исключительно четырехвалентен. Наиболее характерная степень окисления урана - +6. Для нептуния и протактиния наиболее типично пятивалентное состояние, нептуний может окисляться или восстанавливаться до шести- и четырехвалентного состояний соответственно. Америций и кюрий в условиях окружающей среды проявляют лишь одну степень окисления +3. Наибольшее разнообразие степеней окисления проявляет плутоний: в природных условиях, по-видимому, могут сосуществовать четыре степени окисления от +3 до +6.

В водных растворах актиниды во всех степенях окисления проявляют свойства типичных «жестких» кислот, что определяет электростатическую природу их взаимодействия с анионами и предпочтительное связывание с кислородсодержащими лигандами. В природных водах поведение актинидов определяется реакциями гидролиза и комплексообразования, главным образом с карбонат-ионами.

Гидролиз четырехвалентных актинидов начинается в кислых растворах, а для пятивалентных актинидов он незначителен до рН 9. Плутоний, сорбированный на поверхности взвешенных частиц, находится в восстановленной форме (+4). В прибрежных донных осадках и в почвах плутоний в основном связан с гуминовыми кислотами, имеющими относительно высокий молекулярный вес и с легкими фульвокислотами. .

Время пребывания плутония в водной толще меняется в широких пределах - от десятков дней в прибрежных водах, богатых взвешенным веществом, до десятков лет в открытом океане.

В замкнутых водоемах, а также в прибрежных зонах, богатых взвешенным веществом, может происходить изменение состояния окисления плутония. Восстановление плутония также может происходить под действием сероводорода, что наблюдается, в частности, в Черном море, где сероводород встречается повсеместно на глубине более 100 метров, и в норвежских фьордах. .

Для разделения плутония в высших и низших степенях окисления использовали различия в степени сорбции на трифториде лантана. Для контроля химического выхода использовали две изотопные метки, вводимые в различных химических формах. Плутоний проявляет консервативное поведение в морской воде, это обусловлено его окисленным состоянием.

1. Время пребывания плутония в водной толще меняется в широких пределах - от десятков дней в прибрежных водах, богатых взвешенным веществом, до десятков лет в открытом океане.

2. Поведение искусственных радионуклидов, попадающих в океан, и их распределение в океане определяются их физико-химическими свойствами, в том числе способностью к гидролизу, сродством к взвешенному веществу, участием в биогеохимических процессах.

3. Искусственные радионуклиды из стратосферного резервуара, куда они попали при испытаниях в атмосфере, на поверхности Земли или океана, продолжают поступать на поверхность суши и океана с атмосферными выпадениями.

4. Различные радионуклиды по-разному ведут себя по отношению к взвешенному веществу и донным осадкам рек.

5. Радиоактивность -это самопроизвольный распад атомных ядер вещества с испусканием ядерных излучений:б-частиц (ядер гелия), в-частиц (электронов) и г-квантов.

6. Искусственные радионуклиды поступают в окружающую среду в результате испытаний ядерного оружия, ядерных взрывов, проводившихся в мирных целях, а также деятельности предприятий ЯТЦ.

7. Загрязнение вод проявляется в изменении их физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запаха, вкуса), увеличении содержания солей (сульфатов, хлоридов, нитратов и др.), токсичных тяжелых металлов, сокращении содержания растворенного в воде кислорода, увеличении содержания радионуклидов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Перцов Л.А. Ионизирующее излучение биосферы.- М.: Атомиздат, 1973.228 с

2.Попов Н.И., Федоров К.Н., Орлов В.М. Морская вода. - Наука, 1979.327 с.

3.Виноградов А.П. Введение в геохимию океана. -М.: Наука, 1967. 215 с.

4. Батраков Г.Ф., Еремеев В.Н., Земляной А. Радиоактивные изотопы в океанографических исследованиях.- Киев: Наукова думка, 1979. 180 с.

5.Громов В.В., Москвин А.И. Сапожников Ю.А. Техногенная радиоактивность Мирового океана. - М: Энергоатомиздат, 1985. 272 с.

6.Гедеонов Л.И., Гритченко З.Г., Иванова Л.М., Орлова Т.Е., Тишков В.П., Топорков В.П., Прокопенко В.Ф. Радионуклиды стронция и цезия в низовье Дуная в 1985-1990. -Атомная энергия, 1993, т.74, №1, с.58.

7.Сапожников Ю.А., Алиев Р.А., Калмыков С.Н. Радиоактивность окружающей среды. М:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006 -- 286 с:

8. Голицын А.Н. Промышленная экология и мониторинг загрязнения природной среды: Учебник. Издательство: ОНИКС, 2010 г. - 335 с.

9. Еремин В.Г., Сафонов В.Г. Экологические основы природопользования. М. 2002 г. - 220 с.

10. Снакин, В.В. Экология и охрана природы: Словарь-справочник. / Под ред. акад. А.Л. Яншина. - М.: Academia, 2000. - 384с.

11. Жуков А. И., Монгайт И. Л., Родзиллер И. Д. Методы очистки

производственных сточных вод М.: Стройиздат. 1991. - 204 с.

12. Повякало А. Д., Шангарев И. Р. Экологические проблемы современности -М.: Квота, 2001. - 228 с.

13. Учебник для вузов: «ЭКОЛОГИЯ» / Н.И.Николайкин, Н.Е.Николайкина, О.П.Мелехова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Дрофа, 2003. - 624 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Понятие радиации и радиоактивности, ее виды и причины возникновения. Категория бытовых предметов, которые излучают радиацию, хотя и в пределах допустимых нормативов. Воздействие радиоактивности на живые организмы. Эффекты влияния радиации на человека.

реферат , добавлен 13.03.2017


Характеристика действующих атомных электростанций в Германии: местонахождение, количество энергоблоков, типы реакторов, электрическая мощность. Принципы построения системы контроля радиоактивности окружающей среды, загрязнений поверхности земли и воды.

реферат , добавлен 14.12.2016


Применение основных методов водоподготовки для удаления радиоактивности. Процесс сорбции из водных растворов. Происхождение природных сорбентов. Регенерация ионообменных смол. Основные требования к анионитам, используемым для очистки сточных вод.

курсовая работа , добавлен 17.04.2014


курсовая работа , добавлен 03.11.2011


Образование радиоактивных отходов (РАО), проблема с их обращением и утилизацией. Биологическое действие ионизирующих излучений и основные способы защиты от них. Единицы измерения радиоактивности и доз облучений. Обеспечения безопасности хранилищ РАО.

реферат , добавлен 17.05.2010


Методы и средства регистрации радиоактивного излучения (фотографический, ионизационный, люминесцентный). Радиометрические поля нефтегазоносных площадей. Характеристики радиоактивного излучения, приборы для их измерения. Метод биологической дозиметрии.

презентация , добавлен 10.02.2014


Источники радиоактивного загрязнения объектов окружающей среды естественными радиоактивными элементами. Примеры регионов с высокими содержаниями естественных радиоактивных элементов на земном шаре. Аномалии радиоактивности в осадочных толщах, их причины.

презентация , добавлен 10.02.2014


Общие понятия об атомных реакторах, ядерная энергетика и экология. Единицы измерения, используемые в радиационной экологии человека. Токсичность радионуклидов и пути их попадания в организм человека, накопление в продуктах питания и кормах животных.

курсовая работа , добавлен 18.04.2011


Радиоактивные отходы на СХК. Производственные и аварийные выбросы радиоактивности на СКХ. Аварийные происшествия. Томская авария, 6 апреля 1993 г. Роль средств массовой информации при освещении последствий аварии.

реферат , добавлен 05.10.2006


История открытия явления деления ядра урана-235 под воздействием тепловых нейтронов. Характеристика и причины образования в природе радионуклидов. Понятие природных ядерных реакторов. Анализ размещения буровых скважин на месторождении Богомбо (Габон).

Радиоактивность - это свойство атомных ядер определенных химических элементов самопроизвольно превращаться в ядра других элементов с испусканием особого рода излучения, называемого радиоактивным. Нельзя повлиять на течение процесса радиоактивного распада, не изменив состояния атомного ядра. На скорость течения радиоактивных превращений не оказывают никакого воздействия изменения температуры и давления, наличие электрического и магнитного полей, вид химического соединения данного радиоактивного элемента и его агрегатное состояние.

Радиоактивные явления, происходящие в природе, называют естественной радиоактивностью (космическая радиация и излучения природных радионуклидов, рассеянных в земных породах, почве, воде, воздухе, строительных и других материалах, живых организмах). Например, изотоп 40 K широко рассеян в почвах и прочно удерживается глинами вследствие процессов сорбции. Глинистые почвы почти везде богаче радиоактивными элементами, чем песчаные и известняки. Радиоактивные тяжелые элементы (U, Th, Ra) содержатся преимущественно в горных гранитных породах. Радиоактивные элементы распространены в природе в ничтожных количествах. В земной коре естественно-радиоактивные элементы есть преимущественно в урановых рудах, и почти все они являются изотопами тяжелых элементов с атомным номером более 83. Цепи радиоактивных распадов начинаются с урана - радия (- Ra), тория () или актиния ().

Аналогичные процессы, происходящие в искусственно полученных веществах (через соответствующие ядерные реакции), называют искусственной радиоактивностью (сжигание угля, разработка месторождений радиоактивных руд, применение радионуклидов в различных отраслях экономики, работа ядерно-технических установок, ядерные взрывы в мирных целях (строительство подземных хранилищ, нефтедобыча, строительство каналов), аварии на объектах, содержащих радиоактивные вещества, ядерные отходы АЭС, промышленности, флота, испытание ядерного оружия (при ядерных взрывах образуется около 250 изотопов 35 элементов (из них 225 радиоактивных) как непосредственных осколков деления ядер тяжелых элементов (235 U, 239 Pu, 233 U, 238 U), так и продуктов их распада.

Количество радиоактивных продуктов деления (РПД) возрастает соответственно мощности ядерного заряда. Часть образовавшихся РПД распадается в ближайшие секунды и минуты после взрыва, другая часть имеет период полураспада порядка нескольких часов.

Радионуклиды, такие как 86 Rb, 89 Sr, 91 Y, 95 Cd, 125 Sn. l25 Te, l31 I, 133 Xe, l36 Cs, 140 Ba, 141 Ce, 156 Eu, 161 Yb, обладают периодом полураспада в несколько дней, a 85 Kr, 90 Sr, 106 Ru, 125 Sb, 137 Cs, l47 Pm, l5l Sm, l55 Eu - от одного года до нескольких десятков лет. Группа, состоящая из 87 Rb, 93 Zr, l29 I, 135 Cs, 144 Nd, 137 Sm, характеризуется чрезвычайно медленным распадом, продолжающимся миллионы лет)).

Искусственные радионуклиды по различным причинам попадают в окружающую среду, повышая тем самым радиационный фон. Кроме того, они включаются в биологические системы и поступают непосредственно в организм животных и человека. Все это создает опасность для нормальной жизнедеятельности живого организма.

Внешние и внутренние источники, действуя непрерывно, сообщают организму определенную поглощенную дозу. Большую часть облучения от источников естественной радиации человек получает за счет земных источников -- в среднем более 5/6 годовой эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением (в основном внутреннее облучение). Оставшаяся часть приходится на космическое излучение (главным образом внешнее облучение). Эффективная эквивалентная доза от воздействия космического излучения составляет около 300 мкЗв/год (для живущих на уровне моря), для живущих выше 2 тыс. м над уровнем моря эта величина в несколько раз больше. Среднегодовая безопасная доза для человека составляет около 1,2 мГр на гонады и 1,3 мГр на скелет.

История развития радиобиологии.

Радиобиология – наука, изучающая механизмы и закономерности действия ИИ на биологические объекты в биологии, медицине, сельском хозяйстве и других сферах деятельности человека.

1895 – В. К. Рентген обнаружил Х-лучи.

1896 – А. Беккерель установил радиоактивность солей урана. Мария Склодовская и Пьер Кюри продолжили исследование радиоактивных элементов полония и радия, содержащихся в виде примесей в солях урана.

Сначала радиобиология носила описательный характер, разработаны методы оценки биологических реакций с позиции «доза-эффект» на уровнях от молекулярного до организменного.

На основе работ Г. А. Надсона и Г. Ф. Филиппова о генетическом воздействии излучений и исследований Г. Мюллера была введена количественная оценка радиобиологических эффектов в радиационную генетику.

Ветеринарная радиобиология изучает эффекты биологического действия радиации и выясняет особенности развития возникающих патологических процессов у животных.

В учебный план вузов курс радиобиологии был введен в 1959 г.

Строение атома

В 1911 г. Э. Резерфорд предложил планетарную модель атома, которую разил в 1913 г. Н. Бором.

Атом состоит из нейтронов, протонов и электронов.

Электронная оболочка – электроны группируются вокруг ядра на различных уровнях в зависимости от энергии, удерживающей их на орбите: K, L, M, N, O, P, Q.

Электрон – устойчивая элементарная частица с массой покоя (масса при скорости равной 0) 0,000548 U, 9,1∙10-28 г.

Протон – устойчивая элементарная единица, 1,00758 U, 1,6725∙10-24 г. Количество протонов в ядре называется атомным номером или зарядовым числом.

Нейтрон – электрически нейтральная частица, 1,00898 U. Сам по себе нестабилен. В свободном состоянии он испускает электрон и антинейтрино, превращаясь в протон. Он не отталкивается атомным ядром, не отклоняется под действием магнитного поля, обладает большой проникающей способностью.

Массовое число – сумма нейтронов и протонов в ядре.

Число нейтронов N=A-Z, где А – массовое число, а Z – порядковый номер.

Ионизация – отделение или присоединение к атому одного или нескольких электронов.

Рекомбинация, или деионизация – процесс замещение отщепившегося с орбиты атома электрона с выделением избыточной энергии.

Возбуждение – переход одного электрона на другой уровень (орбиту).

Явление радиоактивности. Естественная и искусственная радиоактивность. Радиоизотопы

Радиоактивность – явление самопроизвольного излучения. Это свойство ядер определенных элементов самопроизвольно превращаться в ядра других элементов с испусканием радиоактивного излучения. Само явление называется радиоактивным распадом. Радиоактивность является исключительно свойством атомного ядра и зависит только от его внутреннего состояния.

Естественная радиоактивность – это радиоактивные явления, происходящие в природе.

Искусственная радиоактивность – явление радиоактивности в искусственно полученных веществах через ядерные реакции.

Деление на естественную и искусственную радиоактивность условно, поскольку они подчиняются одним и тем же законам.

янЗакон сохр массы-Масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции

Атомно-молекулярное учение разработал М.В. Ломоносовв 1741 г. Основные положения закона:

1) все вещества состоят из «корпускул» (молекул);

2) молекулы состоят из «элементов» (атомов);

3) частицы – молекулы и атомы – находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел есть результат движения их частиц;

4) молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, а молекулы сложных веществ – из различных атомов. Атомно-молекулярное учение окончательно утвердилось в 1860 г.

П ростые вещества - вещества, состоящие исключительно из атомов одного химического элемента, в отличие от сложных веществ. В зависимости от типа химической связи между атомами простые вещества могут быть металлами (Na, Mg, Al, Bi и др.) и неметаллами (H 2 , N 2 , Br 2 , Si и др.)

Химический элемент - совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра и числом протонов, совпадающим с порядковым (атомным) номером в таблице Менделеева. Каждый химический элемент имеет свои название и символ, которые приводятся в Периодической системе элементов Менделеева.

Закон постоянства состава - любое определенное химически чистое соединение независимо от способа его получения состоит из одних и тех же химических элементов

Закон кратных отношений - один из стехиометрических законов химии: если два элемента образуют друг с другом более одного соединения, то массы одного из элементов, приходящиеся на одну и ту же массу другого элемента,

относятся как целые числа, обычно небольшие.

Закон обьёмных отношен объемы вступающих в реакцию газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) относятся друг к другу как целые числа.

Атомная масса элемента - есть отношение массы его атома к 1/12 части массы атома 12С

Атомы в молекулах соединены друг с другом в определенной последовательности согласно их валентностям. Последовательность межатомных связей в молекуле называется ее химическим строением и отражается одной структурной формулой (формулой строения). Молекуля́рная ма́сса масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Численно равна молярной массе.

Моль – это единица количества вещества. Это такое количество вещества (или его порция), которое содержит 6,02 · 1023 частиц (молекул, атомов или других частиц)

Закон Авагадро в равных объёмах различных газов, взятых при одинаковых температуре и давлении, содержится одно и то же число молекул

Моль – это единица количества вещества. Это такое количество вещества (или его порция), которое содержит 6,02 · 1023 частиц (молекул, атомов или других частиц)

Эквивалент- это реальная или условная частица, которая может присоединять, высвобождать или другим способом быть эквивалентна катиону водорода в ионообменных реакциях или электрону в окислительно-восстановительных реакциях

закон эквивалентов: все вещества реагируют в эквивалентных отношениях. Валентностью называется свойство атомов данного элемента присоединять или замещать в соединении определенное число атомов другого элемента

Закон Авогадро позволяет определить число атомов, входящих в состав молекул простых газов. Путем изучения объемных отношений при реакциях, в которых участвуют водород, кислород, азот и хлор, было установлено, что молекулы этих газов двухатомны. Следовательно, определив относительную молекулярную массу любого из этих газов и разделив ее пополам, можно было сразу найти относительную атомную массу соответствующего элемента. Например, установили, что молекулярная масса хлора равна 70,90; отсюда атомная масса хлора равняется или 35,45.

Вале́нтность способность атомов химических элементов образовывать определённое число химических связей с атомами других элементов.

Внутр.э-это сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекулы. Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы

Ковалентная связь образуется двумя электронами с противоположно направленными спинами, причем эта электронная пара принадлежит двум атомам.

энергетическое состояние электронов в атоме.

Главное квантовое число - целое число, обозначающее номер энергетического уровня. Характеризует энергию электронов, занимающих данный энергетический уровень. Является первым в ряду квантовых чисел, который включает в себя главное, орбитальное имагнитное квантовые числа, а также спин

Орбитальное квантовое число - в квантовой физике квантовое число ℓ, определяющее форму распределения амплитуды волновой функции электрона в атоме, то есть форму электронного облака. Определяет подуровень энергетического уровня, задаваемого главным (радиальным) квантовым числом n и может принимать значения

Является собственным значением оператора орбитального момента электрона, отличающегося от момента количества движенияэлектрона j лишь на оператор спина s :

Энергия ионизации - представляет собой наименьшую энергию, необходимую для удаления электрона от свободного атома. На энергию ионизации атома наиболее существенное влияние оказывают следующие факторы:

эффективный заряд ядра, являющийся функцией числа электронов в атоме, экранирующих ядро и расположенных на более глубоко лежащих внутренних орбиталях;

радиальное расстояние от ядра до максимума зарядовой плотности наружного, наиболее слабо связанного с атомом и покидающего его при ионизации, электрона;

мера проникающей способности этого электрона;

межэлектронное отталкивание среди наружных (валентных) электронов.

Сродство к электрону - количество энергии, выделяющееся при присоединении электрона к атому, молекуле пли радикалу. Сродство к электрону выражается обычно в электрон-вольтах. Значение величины Сродства к электрону важно для понимания природы химической связи и процессов образования отрицательных ионов. Чем больше Сродство к электрону, тем легче атом присоединяет электрон. Сродство атомов металлов к электрону равно нулю, у атомов неметаллов Сродство к электрону тем больше, чем ближе стоит элемент (неметалл) к инертному газу в периодической системе Д. И. Менделеева. Поэтому в пределах периода усиливаются неметаллические свойства по мере приближения к концу периода.

Атом состоит из ядра и окружающего его электронного "облака". Находящиеся в электронном облаке электроны несут отрицательный электрический заряд. Протоны , входящие в состав ядра, несутположительный заряд.В любом атоме число протонов в ядре в точности равно числу электронов в электронном облаке, поэтому атом в целом – нейтральная частица, не несущая заряда.Атом может потерять один или несколько электронов или наоборот – захватить чужые электроны. В этом случае атом приобретает положительный или отрицательный заряд и называется ионом .

Изото́пы (от др.-греч. ισος - «равный» , «одинаковый» , и τόπος - «место» ) - разновидности атомов (и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный номер, но при этом разные массовые числа. Название связано с тем, что все изотопы одного атома помещаются в одно и то же место (в одну клетку) таблицы Менделеева: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O - три стабильных изотопа кислорода.

Радиоактивные элементы и их распад.

Радиоактивный распад - спонтанное изменение состава нестабильных атомных ядер путём испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов. Существуют альфа, бета и гамма распады. Соответственно они испускают альфа, бета и гамма частицы. Распад имеющий самую сильную проникающую способность, это гамма распад (не откланяются магнитным полем). Альфа – положительно заряженные частицы. Бета – отрицательно заряженные частицы.

Распад ядер радиоактивных элементов или изотопов может происходить тремя основными путями, и соответствующие реакции ядерного распада названы тремя первыми буквами греческого алфавита. При альфа-распаде выделяется атом гелия, состоящий из двух протонов и двух нейтронов, - его принято называть альфа-частицей. Поскольку альфа-распад влечет за собой понижение числа положительно заряженных протонов в атоме на два, ядро, испустившее альфа-частицу, превращается в ядро элемента, отстоящую на две позиции ниже от нее в периодической системе Менделеева. При бета-распаде ядро испускает электрон, а элемент продвигается на одну позицию вперед по периодической таблице (при этом, по существу, нейтрон превращается в протон с излучением этого самого электрона). Наконец, гамма-распад - это распад ядер с излучением фотонов высоких энергий, которые принято называть гамма-лучами. При этом ядро теряет энергию, но химический элемент не видоизменяется. Радиоактивный элемент - химический элемент, все изотопы которого радиоактивны.

1. 37. Искусственная радиоактивность.

Искусственная радиоактивность - самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции. Все три типа излучений - a, b и g, характерные для естественной радиоактивности,- испускаются также и искусственно-радиоактивными веществами. Однако среди искусственно-радиоактивных веществ часто встречается еще иной тип распада, не свойственный естественно-радиоактивным элементам. Это - распад с испусканием позитронов - частиц, обладающих массой электрона, но несущих -положительный заряд. По абсолютной величине заряды позитрона и электрона равны. Искусственно-радиоактивные вещества могут получаться при весьма разнообразных ядерных реакциях. Примером может служить реакция захвата нейтронов серебром. Для проведения такой реакции достаточно поместить пластинку серебра поблизости от источника нейтронов, окруженного парафином.

1. 38. Ядерные реакции.

Ядерная реакция - процесс образования новых ядер или частиц при их столкновениях. Впервые ядерную реакцию наблюдал Резерфорд в 1919 году, бомбардируя α-частицами ядра атомов азота, она была зафиксирована по появлению вторичных ионизирующих частиц, имеющих пробег в газе больше пробега α-частиц и идентифицированных как протоны. Впоследствии с помощью камеры Вильсона были получены фотографии этого процесса.

1. 39. Теория химического строения.

У этой теории четыре положения: 1) Атомы в молекуле соединены в определённой последовательности в соответствии с их валентностью. Эта последовательность называется химическим строением . 2) Свойства вещества зависят не только от качественного и количественного состава молекулы, но и от её химического строения. Вещества, имеющие один и тот же состав, но разное строение, называются изомерами , а само их существование изомерией . 3) Атомы и группы атомов в молекуле взаимно влияют друг на друга непосредственно или посредством других атомов. 4) Строение вещества познаваемо, возможен синтез веществ с заданным строением. Бутлеров.1861 г.

1. 40. Ковалентная связь.

Ковалентная связь - химическая связь, образованная перекрытием пары валентных электронных облаков. Обеспечивающие связь электронные облака называются общей электронной парой . Бывает полярной и неполярной. Важная характеристика ковалентной связи это её полярность. Если молекула состоит из 2 атомов, которые связаны полярной связью, то такая молекула – полярная молекула. Представляет собой диполь. Диполь – электро-нейтральная система в которой центры положительного и отрицательного заряда находятся на определённом расстоянии друг от друга. Полярность молекулы, количественно оценивается дипольным моментом, которые равен произведению длины диполя на значение эффективного заряда. Эффективный заряд = 1.6 * 10 -19 Кл. Способность молекул и отдельных связей полиризоватся под влиянием внешнего электрического поля называется полиризуемостью. Способность атома участвовать в образовании ограниченного числа ковалентных связей, называется насыщаемостью ковалентной связи. Направленность ковалентной связи обуславливает пространственную структуру молекул, т.е. перекрывание электронных облаков. Происходит только при определённой взаимной ориентации орбиталей обеспечивающей наибольшую электронную плотность в области перекрывания.