п 9 методичка РК (1). НрСлтан аласы Товарищество с ограниченной ответственностью Казахстанский центр обучения

Название	НрСлтан аласы Товарищество с ограниченной ответственностью Казахстанский центр обучения
Дата	27.04.2023
Размер	2.53 Mb.
Формат файла
Имя файла	п 9 методичка РК (1).pdf
Тип	Документы #1094263
страница	2 из 12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 12

через вещество взаимодействуют только с ядрами атомов.
Они не взаимодействуют с электронными оболочками атомов и поэтому обладают

Товарищество с ограниченной ответственностью «Казахстанский центр обучения
и аттестаций в области неразрушающего контроля и сварки»
Лекционный материал
«Радиографический контроля»
Обозначение документа
МК РК
Дата введения в действие
22.11.2021
Страница
8 из 107
большой проникающей способностью.
Нейтроны классифицируются по энергиям: медленные - с энергией до 1 кэВ; промежуточные- от 1 до 200 кэВ; быстрые - от 0,2 до 20 МэВ; сверхбыстрые - более 20 МэВ
В группе медленных нейтронов выделяют тепловые нейтроны с энергией 0,025 эВ.
Взаимодействие нейтронов с веществом слагается в основном из четырех процессов:
Упругое рассеяние - можно представить как столкновение двух бильярдных шаров.
Шар, движущийся с большой скоростью, сталкивается с неподвижным шаром, то первый передает второму часть энергии и изменяет направление своего движения.
Неупругое рассеяние - при столкновении быстро движущегося нейтрона с ядром он может проникнуть в ядро и выбить из него ядерный нейтрон При этом налетевший нейтрон передает часть своей энергии атомному ядру. Возбужденное ядро высвечивает избыточную энергию в виде гамма-квантов и переходит в нормальное состояние Этот процесс имеет сравнительно большую вероятность для многих тяжелых атомных ядер.
Радиационный захват-этот процесс характерен для тепловых нейтронов и состоит в захвате нейтрона атомным ядром с образованием нового, более тяжелого изотопа данного элемента.
Ядерные реакции - ядрами атомов могут быть захвачены не только тепловые. но быстрые нейтроны. При этом происходят ядерные реакции, которые сопровождаются испусканием протонов, альфа-частиц и т.д.
2.9. Рентгеновское излучение (Тормозное).
Рентгеновское излучение по своим физическим свойствам аналогично гамма-излучению, но природа его совсем другая. Оно образуется в рентгеновской трубке в результате торможения электронов на вольфрамовой мишени. Энергия рентгеновского излучения не может быть больше величины напряжения поданного на трубку. Это электромагнитное излучение с длиной волны 10
-5
-10
-2
нм. Излучается при торможении быстрых электронов в веществе (непрерывный спектр) и при переходах электронов из внешних электронных оболочек атома на внутренние (линейчатый спектр). Источники – рентгеновская трубка, некоторые радиоактивные изотопы (например бета-изучатели), ускорители и накопители электронов (синхротронное излучение).
Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы другого элемента, сопровождающееся испусканием некоторых частиц.
В современной литературе в качестве общего названия всех атомов, отличающихся составом ядра, применяется термин « нуклид»
Нуклиды могут быть стабильными и радиоактивными.
Сказанное выше относится и к тем и к другим. В дальнейшем нас будут интересовать только радиоактивные нуклиды.
Радионуклид- нуклид, обладающей радиоактивностью ( радиоактивный атом с данным
массовым числом и атомным номером)
В зависимости от состава ядра атомы (нуклиды) группируются следующим образом:

Товарищество с ограниченной ответственностью «Казахстанский центр обучения
и аттестаций в области неразрушающего контроля и сварки»
Лекционный материал
«Радиографический контроля»
Обозначение документа
МК РК
Дата введения в действие
22.11.2021
Страница
9 из 107
Изотопы – это разновидности атомов одного и того же химического элемента, обладающие разными массовыми числами, но имеющие одинаковый электрический заряд атомных ядер и потому занимающие в периодической системе элементов Д.И. Менделеева одинаковое место. Например:
55
Cs
131
,
55
Cs
134m
,
55
Cs
134
,
55
Cs
135
,
55
Cs
136
,
55
Cs
137
Различают изотопы устойчивые (стабильные) и неустойчивые – самопроизвольно распадающиеся путем радиоактивного распада, так называемые радиоактивные изотопы.
Известно около 250 стабильных, и около 50 естественных радиоактивных изотопов.
Примером устойчивого изотопа может служить Pb
206
, Pb208 являющийся конечным продуктом распада радиоактивных элементов U
235
, U
238
и Th
232
Изобары– атомы с одинаковым массовым числом, но с различным числом протонов в ядре.
Изотоны – атомы с одинаковым числом нейтронов в ядре, но с различным числом протонов и массовым числом.
Радионуклиды, в отличие от стабильных элементов, имеют еще одну, четвертую группу атомов
(нуклидов). Эта группа называется изомерами. К ним относятся атомы с одинаковым порядковым номером, массовым числом, количеством нейтронов, но с различными радиоактивными свойствами. В качестве примера разберем все четыре группы радионуклидов:
1.
Радиоизотопы - стронций, порядковый номер 38, атомные массы 89 и 90 соответственно
( 89 38 Sr, 9038 Sr) , периоды полураспада соответственно50,5 суток и 28 лет)
2.
Радиоизобары – золото ( 20379 Au), ртуть ( 20380Hg ), периоды полураспада соответственно55 секунд, 47 суток).
3.
Радиоизотоны - фосфор (3015 Р), сера ( 3116S), периоды полураспада соответственно2,6 мин; 3,2 секунд).
4.
Радиоизомеры – бром 8035 Br, 8035Brm (периоды полураспада соответственно18 минут,
4,58 секунд)
3. Естественные (природные) и искусственные радионуклиды .
3.1. Естественной радиоактивностью - называется радиоактивность, наблюдающаяся у неустойчивых изотопов, существующих в природе. Естественные радионуклиды состоят из радионуклидов-первичного происхождения.
Эти радионуклиды образуют три семейства:
1)
ториевое - торий-232 → свинец-208;
2)
урановое- уран-238 → свинец-206;
3)
актино-урановое- уран-235 → свинец-207.
Все три радиоактивных семейства роднит между собой общность некоторых свойств:
- каждое семейство начинается с долгоживущего изотопа, период полураспада которого сравним с возрастом земли (5-7•109 лет ), вследствие чего, эти семейства и «дожили» до наших дней;
- в каждом семействе образуется благородный газ, являющийся изотопом элемента радона;
- превращения изотопов в каждом семействе заканчиваются устойчивым изотопом свинца;
- в пределах каждого семейства массовые числа А подчиняются одной формуле.
Если получающиеся в результате распада исходного ядра новое ядро также радиоактивно и

Товарищество с ограниченной ответственностью «Казахстанский центр обучения
и аттестаций в области неразрушающего контроля и сварки»
Лекционный материал
«Радиографический контроля»
Обозначение документа
МК РК
Дата введения в действие
22.11.2021
Страница
10 из 107
т.д., то имеет место цепочка радиоактивных превращений.
Большая часть естественных радиоактивных ядер связана в ряды последовательных превращений, которые называются радиоактивными семействами.
Из встречающихся в природе одиночных радиоактивных изотопов наиболее распространенными являются : калий-40 ( 40К , Т=
4,5•108лет), рубидий-87 (87 Rb , Т=6,0•1010 лет), самарий-152( 152 Sm ,Т=2,5•1011 лет) и др.
В результате радиоактивного распада родоначальников образуется большое количество различных радиоактивных нуклидов. Распад каждого родоначальника заканчивается стабильным изотопом свинца.
Радионуклиды этих трех семейств представлены во всех группах периодической системы химических элементов.
Естественные радиоактивные нуклиды, исключая калий-40 и некоторые другие, находятся в конце периодической системы химических элементов, начиная с порядкового номера 81
(элемент - таллий Тl )
Ранее в природе существовало 4-е семейство (нептуний-237 - висмут- 209). Это семейство из-за сравнительно короткого периода полураспада родоначальника (Т = 2,2 • 10 6 лет) распалось. В настоящее время оно воспроизведено искусственно.
В качестве примера приведем упрощенную радиоактивную цепочку уранового ряда:
238U (α, 4,5•109 лет)→ 234 Th (β-,24,1 дн) →234Pa (β-, 1.17мин) → 234U (α, 242•105 ) → 230
Th (α, 8,0•104 лет) → 226Ra (α, 1620 лет) → 222Rn (α, 3,8 дня) →
218Po (α, 3,05 мин) → 214Pb (β-, 26,8 мин) → 214Вi (β-, 19.7 мин) → 214Po (α, 104 cек) →
210Pb (β-, 22.3 года) → 210 Bi (β-, 5 дней) →
Уран- 238 относят к естественным радионуклидам первичного происхождения. Он давно и широко распространен в природе. Вся радиоактивная цепочка уранового ряда в земле находится в радиоактивном равновесии, если она не нарушена путем изъятия из нее какого- либо ее члена непрерывно образующиеся в атмосфере: углерод-14 (14С), тритий (3Н)
3.2. Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций. Свойства изотопа не зависят от способа его получения.
Искусственные радионуклиды получаются при делении урана -235 (235U) и плутония-239
(239Pu) в ядерных реакторах и при взрывах ядерных бомб.
Продукты ядерных взрывов состоят:
- осколки деления ядерного горючего: урана-235 (235U), урана-238 (238U), плутония -239
(239Pu);
-неразделившееся ядерное горючее;
-продукты активации веществ, окружающих ядерный боеприпас во время его взрыва.
Например: железо -59 (59Fe), углерод-14 (14С), натрий-24 (24Na) и др.
В 1919 году Э. Резерфорд впервые осуществил превращение одних химических элементов в другие. Для этого он использовал ядерную реакцию, в которой атомы азота, подвергшись бомбардировке альфа-частицами, превращались в атомы кислорода:
147 N + 42He→ 178O + 11H
В 1934 году супруги Жолио-Кюри получили искусственным путем радиоактивный радиофосфор в результате реакции: 27 13 Al + 42 He → 3015 P + 01 n
В отличие от естественного фосфора, который стабилен, его изотоп 3015 P оказался

Товарищество с ограниченной ответственностью «Казахстанский центр обучения
и аттестаций в области неразрушающего контроля и сварки»
Лекционный материал
«Радиографический контроля»
Обозначение документа
МК РК
Дата введения в действие
22.11.2021
Страница
11 из 107
радиоактивным. Период его полураспада (Т) около 3 мин; из реакции 3015 P→ 3014Si + β+ видно, что этоβ – распад.
Первой стадией взаимодействия бомбардирующей частицы с ядром является образование так называемого «составного» или «компаунд»-ядра. Частица привносит в ядро свою кинетическую энергию и энергию связи. Эта энергия быстро (

10-21 сек) распределяется между всеми нуклонами ядра в качестве энергии его возбуждения.
Второй и заключительной стадией реакции является вылет одной из частиц из ядра. Этот процесс происходит таким образом, что в силу статистических флуктуаций, которые всегда достаточно развиты в системах с небольшим числом частиц, энергия может сконцентрироваться на одной какой –либо частице, после чего последняя покинет ядро.
Часто для обозначения ядерных реакций используют более короткую запись, например:
105 В (α, n ) 137 N
Ядерные реакции характеризуются определенным энергетическим эффектом.
Из более, чем двух тысяч известных в настоящее время радиоизотопов, лишь около трехсот естественные, а все остальные получены искусственным путем.
Они нашли широкое применение в технике, биологии, медицине, сельском хозяйстве и т.д.
Искусственная радиоактивность используется для получения химических элементов, занимающих места в таблице Менделеева дальше 92. Их называют трансурановыми и в природе в естественном виде они не существуют.
5.
Единицы измерения радиоактивности и ионизирующего излучения
Радиоактивность - самопроизвольный распад неустойчивых ядер некоторых атомов, сопровождающийся испусканием ионизирующего излучения (радиации).
Ионизирующее излучение - поток элементарных частиц или квантов, энергия которых достаточно велика, чтобы вызвать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе.
Основные виды ионизирую щего излучения - альфа-частицы, бета-лучи, гамма-лучи, рентгеновские лучи, нейтроны.
Альфа-частица - ядро атома гелия, состоит из двух протонов и двух нейтронов. В воздухе пробег альфа-частицы не превышает нескольких сантиметров, в мягких биологических тканях - нескольких десятков микрометров.
Бета-лучи - электроны и позитроны. В воздухе способны пролететь несколько метров, в мягкие ткани могут проникать на расстояние нескольких миллиметров.
Гамма-лучи - кванты электромагнитного излучения высокой энергии с длиной волны короче 0,01 нм. Способны распространяться на большие расстояния.
Рентгеновские лучи - кванты электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 100 нм. Обладают меньшей энергией, чем гамма-лучи. Образуются не только при радиоактивном распаде, но и в рентгеновской трубке.
Нейтроны - нейтральные частицы, вызывают косвенную ионизацию.
Единицей измерения радиоактивности служит беккерель (Бк, Bq). Один беккерель равен одному распаду в секунду. Часто используют внесистемную единицу - кюри (Ки, Ci). Один кюри соответствует числу распадов в секунду в 1 грамме радия. 1 Ки = 3,7.1010 Бк.

Товарищество с ограниченной ответственностью «Казахстанский центр обучения
и аттестаций в области неразрушающего контроля и сварки»
Лекционный материал
«Радиографический контроля»
Обозначение документа
МК РК
Дата введения в действие
22.11.2021
Страница
12 из 107
Широко известная внесистемная единица рентген (Р, R) служит для определения экспозиционной дозы. Один рентген соответствует дозе рентгеновского или гамма- излучения, при которой в 1 см3 воздуха образуется 2.109 пар ионов (суммарный заряд ионов равен одной единице заряда в системе СГС). 1 Р = 2, 58.10-4 Кл/кг.
Чтобы оценить действие излучения на вещество, измеряют поглощенную дозу, которая определяется как поглощенная энергия на единицу массы. Единица поглощенной дозы называется рад (от английского radiation absorbed dose). Один рад равен 100 эрг/г. В системе СИ используют другую единицу - грей (Гр, Gy). 1 Гр = 100 рад = 1 Дж/кг.
Биологический эффект различных видов излучения неодинаков. Это связано с отличиями в их проникающей способности и характере передачи энергии органам и тканям живого организма. Поэтому для оценки биологических последствий используют биологический эквивалент рентгена - бэр (в английском языке - rem, Roentgen Equivalent of Man). Доза в бэрах эквивалентна дозе в радах, умноженной на коэффициент качества излучения. Для рентгеновских, бета- и гамма-лучей коэффициент качества считается равным единице, то есть бэр соответствует раду. Для альфа-частиц коэффициент качества равен 20 (это означает, что альфа-частицы вызывают в 20 раз более сильное повреждение живой ткани, чем та же поглощенная доза бета- или гамма-лучей). Для нейтронов коэффициент составляет от 5 до 20 в зависимости от энергии. В системе СИ для эквивалентной дозы введена специальная единица, называемая зиверт (Зв, Sv). 1 Зв = 100 бэр. Эквивалентная доза в зивертах соответствует поглощенной дозе в греях, умноженной на коэффициент качества.
Свойство самопроизвольного испускания некоторыми химическими элементами ИИ называется радиоактивностью.
Радиоактивность представляет собой самопроизвольное превращение ядер одних элементов в другие с их переходом в более стабильное состояние, выделением избыточной энергии и испусканием ИИ определенного вида. Химические элементы с атомными ядрами, подверженными самопроизвольному радиоактивному распаду, называются радионуклидами.
Радиоактивный распад вызывает непрерывное уменьшение числа атомов радиоактивного элемента.
Интервал времени, в течение которого распадается половина атомов радионуклида, называется периодом полураспада. Зная эту величину, можно рассчитать число нераспавшихся атомов радионуклида в любой момент времени /: где N
0
- начальное число атомов; N- число атомов в момент V, Т - период полураспада.
Период полураспада является одной из основных характеристик радиоактивного вещества, поскольку его величина строго постоянна и не зависит от условий внешней среды. Если период полураспада измеряется секундами или часами, то говорят о короткоживущих радионуклидах; если годами - о долгоживущих радионуклидах. Период полураспада основного природного изотопа урана
2
^U составляет 4,5 млрд лет.
Медицинское значение скорости радиоактивного распада состоит в том, что при равном количестве радиоактивных веществ, поступивших в организм или загрязнивших кожные покровы, более длительное облучение (следовательно, и более высокую дозу облучения) обусловит то из них, которое содержит радионуклид с большим периодом полураспада.
Активность радиоактивного изотопа (А) определяется числом атомных ядер, распадающихся за единицу времени. Существует две основные единицы активности. В Международной системе единиц измерения (СИ) за единицу активности принят Беккерель (Бк): 1 Бк - это одно ядерное превращение за 1 с (1 распад в 1 с).
Ранее широко использовалась единица радиоактивности, названная Кюри (Ки), которая соответствовала активности 1 г
226
Ra. 1 Ки = 3,7 • Ю
10
распадов в секунду; 1 Бк = 2,7 • КГ
11
Ки.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 12