1

ФИЗИКА ЯДРА

План

1. Радіоактивність

2. Склад атомного ядра. Ізотопи

3. Ядерні сили. Дефект маси атомного ядра. Енергія зв'язку.

4. Ядерні реакції

5. Закон радіоактивного розпаду

6. Ланцюгова реакція поділу. Ядерний реактор.

7. Термоядерний синтез

8. Методи реєстрації заряджених часток

9. Біологічна дія випромінювання

10. Елементарні частки

Ключові поняття та терміни

Радіоактивність

Проникаюча здатність

Нейтрон

Протон

Електрон

Ізотопи

Ядерні сили

Дефект маси атомного ядра

Енергія зв'язку

Закон радіоактивного розпаду

Період напіврозпаду

Активність

Ланцюгова реакція поділу

Ядерний реактор

Термоядерна реакція

2

1. Радіоактивність

Крім фотоефекту, у кінці XIX — на початку XX століття було зроблено

ряд важливих відкриттів. Так, у 1896 р. французьким вченим Бекерелем була

виявлена природна радіоактивність солей урану. Термін «радіоактивність» у

перекладі з латинської мови означає випромінювання активних (сильнодіючих)

променів, тобто таких, що здатні іонізувати речовину, викликати різноманітні

ефекти

Бекерель помітив, що таке випромінювання засвічує фотоплівку, але не

розгадав його природу. Це пізніше вдалось Резерфорду і Вілларду. Перший

пропустив промені урану та інших активних елементів (радію, торію і полонію,

відкритих подружжям Кюрі) через магнітне і електричне поле, виділивши дві

складові — альфа-проміння з малою проникною здатністю і позитивним

зарядом, та бета-проміння, яке він зразу ототожнив з потоком електронів.

Трохи пізніше Резерфорд довів, що альфа - промінь — це потік двічі

іонізованих атомів гелію. Відкриття Бекереля не тільки остаточно довело склад-

ність і подільність атомів, але й дало в руки вчених інструмент для дослідження

структури атомів — потік швидких альфа-частинок.

2. Склад атомного ядра. Ізотопи.

Відкривши ядро, Резерфорд спочатку вважав, що у його склад входять

протони і електрони, але невдовзі від цього припущення відмовились. Лише у

1932 році в результаті поглибленого вивчення такої ядерної реакції

nCBeHe 1

0

12

6

0

4

4

2

був відкритий нейтрон (позначається 01n), який і входить у склад ядер.

Була створена протонно-нейтронна модель ядра ( рис. 1.)

За цією моделлю усі ядра містять один або більше протонів, які й

визначають заряд ядра і його належність до певного елемента таблиці

Менделєєва. Число протонів називають зарядовим числом і прийнято позначати

його Z. Ядро позначається символом відповідного хімічного елемента, а

зарядове число вказується зліва внизу . Загальне число частинок у ядрі

позначається А, називається масовим числом ядра і записується біля

3

Рисунок 1.Склад ядра

позначення ядра зліва зверху. Названі два числа А і Z, а також число нейтронів

N пов'язані очевидним співвідношенням

.ZAN

Ядра одного й того ж елемента, які відрізняються числом нейтронів,

називаються ізотопами даного елемента ( рис.2).

Рисунок 2. Види ізотопів

Більшість природних елементів, за винятком ванадію, зустрічаються

довкола нас у вигляді кількох ізотопів. Наприклад на 6000 ядер легкого водню

11Н у воді припадає одне ядро важкого водню 1

2Н (дейтерію). Існує й надважкий

водень 1

3Н (тритій) з двома нейтронами. Один із них «зайвий», таке ядро

нестійке і досить швидко розпадається, тому у природі тритій Практично не

зустрічається. Для термоядерної зброї його виготовляють штучно.

4

Загальна кількість стійких ізотопів різних ядер трохи більша 300, а всього

різних за складом ядер досліджено вже більше 2300. Отже, більшість ізотопів

нестійкі, радіоактивні й розпадаються з виділенням випромінювань. Частина їх

використовується для дослідження участі тих чи інших елементів у

біопроцесах, а інші — як джерело потрібного випромінювання у медицині й

техніці.

3. Ядерні сили. Дефект маси атомного ядра. Енергія зв'язку.

Розміри ядер близькі до 1 • 10-15

м. На такій відстані групу з протонів і

нейтронів тримають разом так звані ядерні сили (точніше сильна взаємодія

важких частинок), величина яких у межах ядра аж у 137 разів перевищує

відштовхування позитивних зарядів протонів. На відстані біля 3 • 10-15

м ці сили

відразу перетворюються на нуль, чим вони дуже відрізняються від сил Кулона

й гравітації, які поступово зменшуються з відстанню. У легких ядер наближено

виконується співвідношення Z N, y важких нейтронів завжди більше, ніж

протонів N > Z.

Головною характеристикою ядра є його енергія зв'язку Ея Вона

визначається як енергія, яку необхідно витратити на те, щоб розділити ядро на

окремі А частинок і віддалити їх одна від одної. За законом збереження енергії

при об'єднанні А частинок у ядро масою М має виділитись така ж енергія (Ея).

У відповідності з формулою Ейнштейна зв'язку маси і енергії, виділену

енергію можна обчислити через дефект мас ядра Δm, тобто різницю мас А

частинок (Nmn + Zmp) і маси ядра М:

.22 MZmNmcEmcE pnnn

де mп — маса нейтрона, тр — маса протона.

Маси частинок чи ядер вимірюють або у кілограмах, або у так званих

атомних одиницях маси (а.о.м.), які визначаються як 1/12 маси ядра вуглецю

612

С. Її точне значення таке:

.1060219,11060219,1101011

./1,931106605655,1...1

131966

227

ДжKллeBMeBде

cMeBкгмoa

5

Наведені одиниці допоможуть швидко переводити дефекті мас, записаний

через атомні одиниці маси в енергетичну шкалу, що часто використовується під

час розрахунків енергії зв'язку та енергії, що витрачається чи виділяється під

час ядерних реакцій.

Енергія зв'язку ядер Ея є лише відносним показником їх стабільності і

міцності, бо чим більша кількість частинок у ядрі, тим вище значення Ея. Більш

точною й інформативною характеристикою міцності ядра є відносна енергія

зв'язку ея, яка визначається як відношення енергії зв'язку ядра Ея до числа

частинок у ньому:

ея = Ея/А.

На рис.3 наведена залежність питомої енергії зв'язку від числа частинок у

ядрі для стабільних ядер.

Рисунок 3. Питома енергія зв'язку ядер

З нього випливає ряд висновків:

а) найміцніші ядра мають середні значення A в діапазоні 40—100, роз-

ташовані навколо нікелю й заліза;

6

б) міцність важких ядер плавно зменшується внаслідок збільшення у них

розмірів і числа протонів;

в) легкі ядра мають складну залежність ея (А) (ея найбільша у ядер, які

мають парну кількість і прогонів, і нейтронів: 24Не, 4

8Be, 6

12C та ін.), але

загалом вона є зростаючою при збільшенні числа частинок в ядрі.

З графіка видно, що виділення ядерної енергії спостерігається при

утворенні важчих ядер з легких (реакції синтезу — джерело енергії зірок) і при

поділі дуже важких ядер на уламки з утворенням ядер елементів середньої

частини графіка ея (А). Цей спосіб реалізований у ядерних реакторах на урані й

плутонії, у ядерній зброї.

4. Ядерні реакції.

Під ядерною реакцією розуміють взаємодію ядра з іншим ядром або

елементарною частинкою, наслідком якої є перетворення ядра в інше або зміна

його стану. Оскільки тут взаємодіють дві частинки, то таку реакцію називають

також бінарною. Цікавою особливістю ядерних реакцій є, неоднозначність

кінцевого результату, оскільки різні їх варіанти досягаються з певною

імовірністю і дуже залежать від початкових енергій частинок, що взаємодіють

між собою. Результат реакції називається каналом реакції. Наприклад,

обстрілюючи ядра літію 37Lі протонами з прискорювача, при збільшенні енергії

останніх одержують такі канали реакції:

.

.

.

4

2

23

1

1

1

4

2

4

2

7

3

1

1

7

3

1

1

частиноктрьохутвореннямзярозщепленнHeHP

геліюядрадваналітіюярозщепленнHeHe

каналпружнийLiP

LiP

Коли швидкість протона мала і він не може наблизитись на відстань

ядерної взаємодії до ядра літію, відбувається просте пружне зіткнення. Коли ж

енергія нелітаючої частинки перевищить порогові значення для здійснення тієї

чи іншої реакції, імовірність цієї реакції збільшується.

Першу ядерну реакцію здійснив Резерфорд. Вона була такою:

.1

1

17

8

17

7

4

2 pONa

7

Ядерні реакції можуть протікати при бомбардуванні атомів швидкими

зарядженими частинками (протони, нейтрони, α-частинки, іони). Перша реакція

такого роду була здійснена за допомогою протонів великої енергії, отриманих

на прискорювачі, в 1932 році:

Виконуючи обчислення наслідків ядерних реакцій, використовують

закони збереження імпульсу, енергії, електричного заряду тощо. Дуже важливе

значення має формула Ейнштейна .

Своєрідною ядерною реакцією є реакція поділу з виділенням більшої чи

меншої частини маси ядра. Вона є запізнілою частиною реакції утворення

нестійкого ядра, яка відбулась мабуть мільярди років тому назад. Нестійке ядро

називають ще радіоактивним, бо при його поділі обов'язково виділяється

іонізуюче проміння і частинки. При розпаді природних ядер вилітають

переважно а-частинки (ядра гелію 24Не), - частинки (електрони) і у-

випромінювання (фотони великих енергій)( рис.4.).

Рисунок4. Радіоактивність

Виділяється багато енергії, стільки, що вчені спочатку не могли

зрозуміти, звідки вона береться. Наприклад, 1 г радію за годину виділяє при

розпаді майже 582 Дж і для зменшення цієї енергії у 2 рази треба чекати майже

1600 років. Не знаючи про ядерну енергію, фізики певний час вважали, що

закон збереження енергії дійсний для всіх елементів, крім радію. Ця проблема

вирішена у наш час: при ядерних реакціях, при поділі, синтезі виділення енергії

8

на одиницю маси може у мільйони разів перевищувати виділення енергії при

хімічних реакціях з участю зовнішніх електронів атомів і молекул.

Якщо конкретне ядро викидає а-частинку, то його заряд зменшується на

2е і воно зміщується у таблиці елементів на дві клітинки до її початку.

Прикладом такого процесу може служити α-розпад радію:

Якщо ж ядро зазнає -розпаду, ті у ньому нейтрон перетворюється у

протон, масове число А не змінюється, збільшується на одиницю зарядове

число і ядро переходить у наступну клітинку таблиці елементів, зсуваючись до

її кінця (правило радіоактивного зміщення).

Типовим прикладом β-розпаду може служити перетворення ізотона торія того,

що виникає при α-розпаді урану в паладій

е~.0

0 - електронне антинейтрино

Разом з електронним бета-розпадом виявлений так званий позитронний

β+-розпад, при якому з ядра вилітають позитрон е0

1 нейтрино е.0

0

Позитрон – це частинка-двійник електрона, що відрізняється від нього

тільки знаком заряду.

На відміну від α- і β-радіоактивності γ-радіоактивність ядер не пов'язана

із зміною внутрішньої структури ядра і не супроводжується зміною зарядового

або масового чисел. Як при α-, так і при β-розпаді дочірнє ядро може опинитися

в деякому збудженому стані і мати надлишок енергії. Перехід ядра із

збудженого стану в основне супроводжується випусканням одного або

декількох г-квантів, енергія яких може досягати декілька МеВ.

5. Закон радіоактивного розпаду.

У будь-якому зразку радіоактивної речовини міститься величезне число

радіоактивних атомів. Якщо N0 — початкова кількість ядер, dN — число їх, що

розпалось за час dt, то можна записати: dN = - Ndt, де — швидкість розпаду.

Про-інтегруємо, розділяючи змінні:

9

.lnln 00

teNtNNtNdtdt

dN

Введемо період піврозпаду:

N0/2 = N0ехр ( — Т1/2) ln2 = Т1/2 Т1/2 = ln2/.

За час τ = 1 / λ кількість ядер, що не розпалися, зменшиться в e ≈ 2,7 разів.

Величину τ називають середнім часом життя радіоактивного ядра.

За час періоду піврозпаду розпадається половина первинної кількості

радіоактивних ядер. Величини T і τ зв'язані співвідношенням

Для практичного використання закон радіоактивного розпаду зручно записати в

іншому вигляді, використовуючи як підставу число 2, а не e:

.2 2/1/

0

TtNtN

Рис.5. ілюструє закон радіоактивного розпаду.

Рисунок 5. Закон радіоактивного розпаду

Для обчислення одержаних доз необхідно знати активність препарату і

енергію частинок, які він викидає у час одного розпаду. Активність — це число

розпадів за секунду: А = |dN/dt|. Одиницею вимірювання активності є бекерель.

( [А] = с-1

= Бк .

10

Часто використовується одиниця активності під назвою «кюрі» (Ки), яка

дорівнює активності одного грама радію. Між обома одиницями вимірювання

активності існує такий зв'язок: 1 Ки = 3,7 • 10 Бк.

Зробимо оцінку дози, яку одержить населення, що проживає на

місцевості, забрудненій цезієм-137, який при розпад виділяє у-квант з енергією

0,662 МеВ 1/3-частинку з енергією. 0,52 Мев. Активність цезію на площі 1 км

становить 5 Ки. Тоді активність кожного квадратного метра

А =5-3,7-1010

/ / 10 6 = 1,85 • 10

5 Бк/м

2.

Лежачи на забрудненому цезієм з такою активністю пляжі, людина з площею

перерізу тіла S * 0,5 м кожної секунди поглинатиме приблизно 1/4 тих

частинок, що випромінює цезій на 1 м , тобто енергію

W = = ( k yЕy + kЕ) A S0 • 0,5, де = 1с.

6. Ланцюгова реакція поділу. Ядерний реактор.

Дослідження кори Землі показали, що у ній в помітній кількості є лише

два елементи з важкими нестійкими ядрами: уран і торій. Перший на 99,3%

складається з ізотопу 92238

U, a Менш стійкого 92235

U у ньому лише 0,7%. У

природних умовах обидва ядра нестійкі, але мають чималий період піврозпаду і

поступово перетворюються на стійкі ядра свинцю шляхом кількох стадій різної

тривалості з викиданням а -, - частинок і у-випромінювання. Радій, який

виділяють з природних уранових руд хімічним шляхом, розташований серед

проміжних ядер. Існує і другий спосіб поділу ядер урану-235: миттєвий поділ

на два великі уламки близьких мас і виділенням 2—З нейтронів у момент

поділу. Таким способом самовільно (спонтанно) поділяється лише дуже мала

частина усіх ядер, але саме він дозволив створити ядерну зброю.

Використовуючи невелику різницю мас U-238 і U-235, на великих і

дорогих заводах відділяють ізотоп U-235 від природної суміші. Якщо шматок

U-235 має досить великі розміри (його маса перевищує критичне значення), то

утворені при рідких поділах ядер навпіл нейтрони можуть до свого вильоту за

межі шматка поділити нові ядра U-235. Відбувається так звана ланцюгова

реакція : поділ хоча б одного ядра викликав ланцюг наступних поділів нових

11

ядер із швидким збільшенням виділення енергії. Надкритична маса, яку

утворюють з докритичних, вибухає як десятки тисяч тонн хімічної вибухівки

( рис.6.).

Рисунок 6. Схема ланцюговою реакції

Для здійснення ланцюгової реакції необхідно, щоб так званий коефіцієнт

розмноження нейтронів був більше одиниці. Іншими словами, в кожному

подальшому поколінні нейтронів повинно бути більше, ніж в попередньому.

Коефіцієнт розмноження визначається не тільки числом нейтронів, що

утворюються в кожному елементарному акті, але і умовами, в яких протікає

реакція, – частина нейтронів може поглинатися іншими ядрами або виходити із

зони реакції. Нейтрони, що звільнилися при діленні ядер урану-235, здатні

викликати ділення лише ядер цього ж урану, на долю якого в природному урані

доводиться всього лише 0,7 %. Така концентрація виявляється недостатньою

для початку ланцюгової реакції. Ізотоп урану-238, також може поглинати

нейтрони, але при цьому не виникає ланцюгової реакції.

Ланцюгова реакція в урані з підвищеним вмістом урану-235 може

розвиватися тільки тоді, коли маса урану перевершує так звану критичну масу.

12

У невеликих шматках урану більшість нейтронів, не потрапивши ні в одне

ядро, вилітають назовні. Для чистого урану-235 критична маса складає близько

50 кг.

Критичну масу урану можна у багато разів зменшити, якщо

використовувати так звані сповільнювачі нейтронів. Річ у тому, що нейтрони,

що народжуються при розпаді ядер урану, мають дуже великі швидкості, а

вірогідність захоплення повільних нейтронів ядрами урану-235 в сотні разів

більше, ніж швидких. Якнайкращим сповільнювачем нейтронів є важка вода

D2O. Звичайна вода при взаємодії з нейтронами сама перетворюється на важку

воду.

Хорошим сповільнювачем є також графіт, ядра якого не поглинають нейтронів.

При пружній взаємодії з ядрами дейтерію або вуглецю нейтрони

сповільнюються до теплових швидкостей.

Пристрій, в якому підтримується керована реакція ділення ядер, називається

ядерним (або атомним) реактором. Схема ядерного реактора на повільних

нейтронах приведена на рис.7.

Рисунок 7.Схема ядерного реактора

13

Чим більша частка U-235 у стержнях, тим менша кількість урану потрібна

для роботи реактора, тим він компактніший і потужніший на одиницю маси.

Ядерна реакція реакторі проходить за схемою

Хоча плутоній теж є ядерною вибухівкою, але він виникав у різних

точках і не може утворити критичну масу. Тому як завгодно велика кількість

природного урану не становить небезпеки.

Якщо виділені два-три нейтрони негайно вилітають з тонкого стержня і

починають рухатись по графіту, то внаслідок зіткнень з його ядрами вони

швидко втрачають швидкість (сповільнюються) аж до температури графіту.

такі повільні нейтрони U-235 втягує в себе, наче пилосос. Причина цього

полягає у тому, що у ядра U-235 непарна кількість нейтронів і воно у кілька

тисяч разів перевищує U-238 за імовірністю охоплення повільного нейтрона.

Оскільки число ядер останнього тільки в 130 разів більше, то сповільнені

нейтрони захоплюються в іншому стержні саме ядром U-235 і негайно (воно

менш стійке, ніж ядро U-238) ділить його навпіл. Починається розвиток

ланцюгової реакції, і реактор швидко само-розігрівається. Якщо відсутні (або

вимкнені, як у 1986 році на Чорнобильській АЕС) системи керування

ланцюговою реакцією, то може статися катастрофа. У нормально працюючому

реакторі система керування підтримує необхідний рівень виділення енергії, а

теплоносій (стиснена вода і газ) відводить виділену енергію у вигляді гарячої

пари у парову турбіну, де виробляється електроенергія. Накопичений плутоній

відділяють від стержнів у кінці їх служби хімічним способом і використовують

при виробництві зброї, або в енергетичних реакторах замість U-235. У

невеликих кількостях існують реактори - розмножувачі, які на одиницю маси

використаного U-235 (чи плутонію) виробляють у 1,3 — 1,4 рази більшу

кількість плутонію з U-238, дозволяючи таким чином ввести н реакцію поділу

весь природний уран, а не його 1/130 частку у вигляді розглянутого нами вище

U-235.

14

7. Термоядерний синтез

Головний недолік ядерних реакторів — висока радіоактивність продуктів

поділу урану, що накопичуються в реакторах. До того ж на Землі не так багато

урану у відкритих родовищах, щоб розраховувати розв'язати з його допомогою

всі енергетичні проблеми людства на тисячі років. Таку перспективу відкриває

тільки реакція синтезу гелію з ядер дейтерію й тритію. Якщо реалізувати

реакцію

.6,171

0

4

2

3

1

2

1 MeBnHeHH

то кожен літр природної води завдяки наявному в ньому дейтерію

перетвориться в потенціальний еквівалент близько 400 л бензину.

Реакції злиття легких ядер носять назву термоядерних реакцій, оскільки

вони можуть протікати тільки при дуже високих температурах

( рис.8.).

Рисунок 8. Термоядерна реакція

Щоб два ядра вступили в реакцію синтезу, вони винні зближуватиметься

на відстань дії ядерних сил порядку 2·10–15

м, подолавши електричне

відштовхування їх позитивних зарядів. Для цього середня кінетична енергія

теплового руху молекул повинна перевершувати потенційну енергію

15

кулонівської взаємодії. Розрахунок необхідної для цього температури T

приводить до величини порядку 108–10

9 К. Це надзвичайно висока температура.

При такій температурі речовина знаходиться в повністю іонізованому стані,

який називається плазмою.

8. Методи реєстрації заряджених часток

Для реєстрації радіоактивного випромінюванню поступово були створені

різноманітні прилади, які реагують на заряд, енергію частинок та ін.

Першими для реєстрації заряджених часток чималої енергії створили

спінтарископ, де удар частинки у шар ZnS викликав спалахи (сцинтиляції)

достатньої яскравості для спостереження їх оком в лупу чи мікроскоп. Саме

таким приладом користувався Резерфорд під час експериментів. У наші дні

сцинтилятори пережили повне переродження і використовуються надзвичайно

широко. Спалахи у них виникають у кристалі чи рідині, йдуть по світловоду,

посилюються у багато разів в фотоелектронному помножувачі. Не дивно, що

прилад реагує навіть на окремі частинки.

Співробітники Резерфорда стали відомими вченими. Гейгер під

керівництвом учителя створив простий і надійний лічильник частинок на основі

газового розряду.. Циліндрична камера лічильника (катод) має всередині тонку

нитку (анод) і містить газ (аргон) з домішкою пари спирту для скорочення часу

розряду. Напруга між ниткою і циліндром вибирається близькою до пробивної,

тому при утворенні зарядженою частинкою (чи поглинутим у-квантом) хоча б

одного електрона в газовому проміжку електричне поле прискорює електрон і

він при ударі об нейтральний атом іонізує його. Швидко зростає кількість

новоутворених електронів і на нитку осідає їх чимала кількість. На резисторі R

без додаткового підсилення утворюється імпульс напруги в десятки вольт. Цей

прилад простий, компактний, чутливий, ефективний, швидкодіючий. До його

недоліків можна віднести те, що він не розпізнає частинки і не вимірює їх

енергії. Використовується переважно як контролюючий прилад, реєстратор

радіоактивності ( рис.9.)

16

Рисунок 9. Дозиметр

Англійський вчений Ч.Вільсон сконструював простий і ефективний

прилад, який дозволив спостерігати траєкторії частинок (їх треки) у вигляді

білих смужок такої ж природи, як і білі розчерки висотних літаків у

безхмарному синьому небі. Камера містить насичуючу пару води, рухомий

поршень заряджену сітку для вловлювання зайвих зарядів і очищення камери.

Вона стає чутливою на частки секунди після зміщення Поршня з розширенням

повітря. Температура останнього зменшується, і пара стає перенасиченою.

Заряджена частинка, що летить, уздовж лінії польоту утворює пари з електронів

та іонів. Важчі іони стають центрами конденсації пари, дипольні молекули води

осідають на іонах з утворенням чималих крапельок, які розсіюють світло і

утворюють яскравий білий слід на темному фоні поршня і стінок. Помістивши

камеру в магнітне поле відомої індукції В, по викривленню треків можна

визначити усі необхідні характеристики іонізуючих часточок. На жаль, камера

внаслідок малої густини газу в ній погано реєструє дуже швидкі часточки, тому

у комплекті з сучасними прискорювачами використовують бульбашкові камери

.Вміщення поршня у такій камері робить рідину перегрітою і на іонах уздовж

траси польоту часток утворюються бульбашки.

Важливі переваги має метод товстошарових фотоемульсій, коли

реєстрація заряджених часток проводиться по утворенню уздовж лінії їх

17

польоту розбитих молекул AgBr. У процесі проявлення чорніють усі

кристалики бромистого срібла, які лежали на шляху польоту частинки. У цьому

випадку не має значення, коли саме пролетіла частинка: невидимий слід її

польоту чекає часу проявлення роками.

9. Біологічна дія випромінювання

Радіоактивне випромінювання мас сильну біологічну дію на живі

організми У процесі його руху через живу тканину яка складається переважно з

води, відбувається її радіоліз. Одночасно можливе розщеплення молекул білків

та інших складових частин клітин. Це пошкодження започатковує дуже

складний ланцюжок порушень нормальної діяльності клітини, особливо сильно

порушуючи у ній процеси її росту поділу. Найбільш чутливими до радіації є ті

клітини організму, які часто діляться (кістковий мозок, лімфо тканина, статеві

клітини), найменш чутливі незмінні — нервова тканина, хрящі й кістки.

Вихідною одиницею вимірювання біологічної дії випромінювання є

поглинута доза D, яка визначається відношенням поглинутої енергії W до маси

органу т:

D=W/m.

В СІ одиницею вимірювання дози є грей ([D] = Дж/кг = Гр). Миттєве

поглинання такої дози нагріває тканину нашого тіла на 0,00024°С. Якби

негативна дія зводилась тільки до нагрівання, то пошкодження живої тканини

від такого нагрівання було б відсутнє. Насправді ж доза 1 Гр у багатьох

випадках є настільки шкідливою, що може повністю вивести чутливий орган з

ладу.

Досвід показує, що а - частинки і ядра значно шкідливіші ніж у-проміння

з його малою здатністю до іонізації, тому для більш точного підрахунку біодії

вводять еквівалентну дозу H, яку визначають як суму добутків доз окремих

видів випромінювання на коефіцієнти, які враховують шкідливість

випромінювання ki;

.... ccaa DkDkDkDk

18

Для альфа частинок kа = 20, для нейтронів він становить 3... 10, а для -

частинок і γ-променів дорівнює одиниці.

Одиницею вимірювання еквівалентної дози в СІ є зіверт ( [H] = Дж/кг

=3в). Він у 100 разів більший від часто вживаної застарілої одиниці під назвою

«бер» — біологічний еквівалент рада. Міжнародна комісія по радіаційному

захисту населення встановила для людей, які постійно працюють з джерелом

радіоактивного випромінювання, річну дозу в 0,05 Зв=5 бер. Для всіх інших

безпечна доза вважається 0,1—0,3 бер за рік. На Землі є чимало виходів

гірських порід з підвищеною радіоактивністю, де населення одержує за рік і

вищу дозу, але це випромінювання розсіяне, а природа створила певні системи

ремонту пошкоджень клітин радіацією та іншими природними чинниками. У

процесі використання ізотопів діють невеликі концентровані випромінювачі.

Порушення правил їх використання смертельно небезпечне, тому

користуватись випромінювачами можуть тільки добре підготовлені спеціалісти.

Кожна складова радіаційного випромінювання має свою проникаючу

здатність ( рис.10,11,12,13).

Рисунок 10. Проникаюча дія

19

Рисунок 11. Альфа проміні

Рисунок 12. Бета проміні

20

Рисунок 10. Гамма - проміні

10. Елементарні частки

21

22

Запитання

1. Що таке радіоактивність?

2. Від чого залежить проникаюча здатність радіоактивного

випромінювання?

3. Який склад має атомне ядро?

4. Що таке ізотопи?

5. Дайте характеристику ядерним силам.

6. Як визначаються дефект маси атомного ядра та енергія зв'язку?

7. Сформулюйте закон радіоактивного розпаду.

8. За яких умов виникає ланцюгова реакція поділу?

9. Поясніть будову ядерного реактору.

10. Дайте поняття про термоядерну реакцію.

11. Які є засоби спостереження і реєстрації заряджених частинок?

12. Якій біологічний вплив має радіаційне випромінювання?

13. Які елементарні частинки вам відомі?

23

Література:

1.Гончаренко С.У. Физика. Пробное учебное пособие для школ ІІІ

ступени, гимназий и классов гуманитарного профиля. 11 кл. Допущено

Министерством образования Украины. Перевод с укр.- К.: Освіта, 1994.С.220-

271.

2.Жданов Л.С., Жданов Г.Л.Физика для средних специальных учебных

заведений: Учеб.5-е изд. перераб. - М.: Наука. Гл.ред. физ.-мат.лит.,1987.С.458-

476.

3. Кабардин.О.Ф. Физика: Справ. материалы: Учеб. пособие для

учащихся.-3-е изд.-М.: Просвещение, 1991.С.317-333.

4. Коршак Є.В. та ін.. Фізика, 11 кл.: Підр. для загальноосвіт. навч. закл.:

Рівень стандарту- К. Генеза, 2011. С.219-240.

5. Сахаров Д.И., Блудов М.И., Физика для техникумов, М.: Наука,1969.

С.254-283.