Квантовые свойства излучения и частиц
Задачи
2.1. Пластинка серебра облучается светом с приведенной длиной волны = 160 Å. Работа выхода для серебра Авых = 4.7 эВ. Определить кинетическую энергию вылетающего электрона.
2.2. Фотон с длиной волны λ = 0.024 Å рассеивается на покоящемся электроне под углом θ = 60о. Рассчитать длину волны рассеянного фотона.
2.3. Рассчитать приведенные длины волн протона и электрона с кинетической энергией T = 100 МэВ.
2.4. Приведенная длина волны фотона = 3·10-11 см. Вычислить импульс фотона p.
2.5. Определите ширину возбужденного состояния ядра, если время жизни τ ядра в данном состоянии составляет 6.7·10-10 с.
2.6. Доказать невозможность осуществления в вакууме:
а) перехода
фотона в электрон-позитронную пару;
2.7. Получите зависимость длины волны рассеянного γ-кванта от угла рассеяния при рассеянии фотона на неподвижном электроне (эффект Комптона).
2.8. При столкновении релятивистских электронов Ee >> mec2 с лазерными фотонами Eγ ~1 эВ определить энергию фотонов, рассеянных назад (обратный Комптон-эффект).
2.9. Реликтовое фоновое излучение описывается распределением Планка с температурой 2.7 К. Какая длина волны соответствует максимуму спектра фонового излучения?
2.10. Работа выхода для цезия Cs равна 1.8 эВ. Определить пороговую длину волны и
пороговую частоту фотоэффекта. Определить величину запирающего потенциала, если
длина волны падающего света равна а) 3000 Å, б) 4000 Å.
2.11. Работа выхода для молибдена Mo равна 4.
22 эВ.
- Какова пороговая частота фотоэффекта для Mo?
- Сможет ли жёлтый цвет с длиной волны λ = 5000 Å привести к выбиванию фотоэлектронов из молибдена?
Ответ: ν = 1.02·1015 Гц
2.12. Максимальная длина волны, при которой происходит эмиссия фотоэлектронов из цезия Cs равна 6530 Å.
- Чему равна работа выхода для цезия?
- Какую энергию будут иметь выбиваемые электроны при облучении цезия светом с длиной волны 3000 Å?
Ответ: Aвых = 1.9 эВ, Te = 2.2 эВ
2.13. Определите импульс фотона в эВ/с, если его длина волны равна
а) 4000 Å, б) 1 Å, в) 3 см.
2.14. Длина волны фотонов, испытавших комптоновское рассеяние, измеряется под углом
θ = 90o.
Какова длина волны падающих фотонов, если
Δλ/λ = 1%?
Ответ: λ = 2.4
Å
2.
15. Длина волны фотона
λ = 0.71
Å.
- Какова энергия фотонов?
- Какова длина волны фотонов, рассеянных на 180°?
- Какова энергия электронов отдачи, если θ − 180°?
2.16. Показать, что максимальная кинетическая энергия Ek электрона отдачи в случае эффекта Комптона определяется соотношением
2.17. Какой должна быть кинетическая энергия электронов, чтобы с их помощью исследовать структуру атома, атомного ядра, нуклона?
2.18. Вычислите длину волны де Бройля электрона с кинетической энергией
1) 10 эВ, 2) 20 кэВ,
Ответ: 1) 4 Å; 2) 12·103 Фм; 3) 875 Фм; 4) 1.2 Фм
2.19. Возбужденное состояние атома распадается с испусканием фотона за время
τ ≈ 10-8 с после возбуждения. Какова неопределенность энергии и частоты испускаемого
фотона?
Ответ: ∆E = 6.6·10–8 эВ,
∆ν = 16 МГц
2.
20. Определите длины волн де Бройля нейтрона с кинетической энергией
1) 0.01 эВ, 2) 1 эВ и
3) 10 МэВ.
Ответ: 1) 2.8 Å;
2) 0.28 Å; 3) 9 Фм
2.21. Длина волны де Бройля электрона в электронном микроскопе составляет 0.04 нм.
Определите величины ускоряющего напряжения микроскопа. (1 нм = 10 Å = 10-9 м).
Ответ: U = 0.94 кВ
2.22. Вычислите длины волн де Бройля электрона, протона и
α-частицы,
кинетическая энергия которых составляет
а) 100 кэВ,
б) 1 ГэВ.
2.23. Вычислите комптоновские длины волн электрона протона и α-частицы.
2.24. Энергия возбужденного состояния ядра Eвозб = 10
МэВ определена с точностью
10-2 эВ. Каково время жизни этого состояния?
Ответ: t = 6.6·10–14 с
2.
25. Электрон и позитрон, движущиеся навстречу друг другу со скоростями равными
5·107 см/сек, аннигилируют с образованием двух фотонов. Какова была длина волны
электрона и позитрона до столкновения? Рассчитайте энергию, импульс и длину
волны образовавшихся фотонов.
Ответ: λe = 1.4
нм;
Eγ =
pγc
≈
m ec2;
λγ = 2.4·103 Фм
2.26. Определить энергию фотонов, рассеянных назад, при столкновении релятивистских электронов
с лазерными фотонами
Eγ = 1.2 эВ.
1) Энергия электронов Ee = 5 ГэВ, энергия фотонов (эксперимент на ускорителе ВЭПП-4М,
Новосибирск).
2) Энергия электронов Ee = 46 ГэВ (SLAC, Стэнфорд).
3) Проектная энергия электронов Ee = 100 ГэВ (проект
FCC).
4) Проектная энергия электронов Ee = 500 ГэВ (проект ILC).
Ответ: 1) E‘γ = 0.42
ГэВ, 2) E‘γ = 21 ГэВ,
3) E‘γ = 73 ГэВ, 4) E‘γ = 450
ГэВ
2.
27. В экспериментах Комптона происходило
рассеяние фотонов на свободных электронах. Чем будет отличаться рассеяние
фотонов на электронах, связанных в атоме?
2.29. Можно ли наблюдать рассеяние фотонов на нейтроне? В чем отличие от рассеяния фотонов на протоне?
2.30. Рассчитайте изменение длины волны
фотона с энергией 200 кэВ при рассеянии на нейтроне под углом 90°.
Ответ: ∆λ = 1.32 Фм
2.31. Фотон с энергией 3 МэВ в поле атомного ядра 208Pb рождает электрон-позитронную пару. Рассчитайте энергию электронов.
2.32. Объясните, почему в зависимости интенсивности комптоновского рассеяния от длины волны наблюдается два максимума, один из которых соответствует фотонам с исходной длиной волны.
2.33. Рассчитайте, используя соотношение неопределенности, минимальную энергию
- электрона в одномерном ящике размером 1 Å,
- протона в одномерном ящике размером 1 Фм,
- частицы массой 10–6 г в одномерном ящике размером 10 –5 см.
2.34. Рассчитайте кинетическую энергию
электрона, если отношение длины волны де Бройля к комптоновской длине волны
составляет а) 103, б) 10–2.
Ответ: а)
Te = 0.25 эВ; б)
Te = 51.1 МэВ
2.35. Определите длину волны протона,
ускоренного на LHC до Ep =
7 ТэВ.
Ответ: λp = 2·10–4 Фм
2.36. Рассчитайте длину волны молекулы азота при комнатной температуре.
2.37. Каков должен быть размер рассеивающей
частицы, чтобы на ней можно было наблюдать дифракцию нейтронов с энергией 10
МэВ.
Ответ: d ~10
Фм
2.38. В ядре 89Y возбужденное
состояние с энергией 0.93 МэВ и периодом полураспада T1/2 = 16 c
переходит в основное состояние. Рассчитайте неопределенность энергии испущенного
при этом фотона.
2.39. В ядре происходит гамма-переход между
двумя возбужденными состояниями энергии 1.
34 МэВ и 0.55
МэВ. Период полураспада этих состояний 4·10–12 с и 10–12 с
соответственно. Рассчитайте энергию испускаемого γ-кванта и ее неопределенность.
Ответ: Eγ = 0.79
МэВ, ∆E = 1.1·10–4 эВ
26.10.2016
Потеря питательных веществ, токсичный пластик, излучение… Микроволновка — это зло?
- Джессика Браун
- BBC Future
Автор фото, Getty Images
Рискуем ли мы, подвергая пищу (и себя) излучению микроволновки? А как насчет опасности разогрева до высокой температуры пластиковых упаковок с полуфабрикатами? Давайте разберемся со всеми подобными вопросами.
Несмотря на то, что микроволновая печь в течение десятилетий была и остается рабочей лошадкой наших кухонь, редкий предмет домашнего обихода рождал о себе столь противоположные мнения.
Микроволновку называли настоящим спасением для тех, кто не умеет и не собирается готовить, в то время как некоторые из шеф-поваров утверждали, что это изобретение убивает искусство готовить пищу.
Но есть еще один вечный вопрос, по поводу которого не стихают ожесточенные споры, и он не про тонкости кулинарного искусства: не опасно ли присутствие микроволновки на кухне?
Может быть. Однако в отношении еще одного повода для беспокойства всё не так ясно: может ли еда, приготовленная в микроволновке, быть вредна? Теряет ли пища свои питательные свойства, пройдя через нагревание в микроволновке? Ведет ли разогревание еды в пластиковой упаковке к нарушениям в работе гормональных систем человека?
Потерянные питательные вещества?
Некоторые исследования показали, что овощи теряют в микроволновке ряд питательных качеств.
Например, из брокколи может исчезнуть до 97% флавоноидов — фитохимических веществ с антимикробными и антиоксидантными свойствами.
Это на треть больше, чем после варки в кипящей воде.
Впрочем, в одном исследовании 2019 года указывается, что предыдущие эксперименты с брокколи осуществлялись при разной температуре, разном времени готовки и не учитывали, находился ли продукт в воде.
Обнаружилось, что при коротком времени готовки (когда эти овощи оставались в микроволновке одну минуту) питательные вещества не исчезают. Готовка на пару или в микроволновке может даже увеличить объем флавоноидов.
«В условиях приготовления, используемых в этом исследовании, готовка в микроволновой печи оказалась лучшим способом сохранить флавоноиды, чем готовка на пару», — писали ученые.
При этом они обнаружили, что если готовить в микроволновке брокколи со слишком большим количеством воды (примерно с таким, которое мы применяем при варке в кастрюле), то объем флавоноидов падает.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,Некоторые продукты, например, зеленый горошек, теряют питательные вещества при готовке на пару или в микроволновке, однако других, таких, как фасоль, это не касается
Сян Ли Ву из исследовательского центра Белтсвил при министерстве сельского хозяйства США говорит, что нет единого объяснения тому факту, что приготовление в микроволновке повышает уровень флавоноидов.
Возможно, после микроволновки их просто легче обнаружить, легче выделить, и никакого увеличения количества тут нет.
Нет и однозначного ответа на вопрос, сохраняют ли овощи после микроволновки питательных веществ больше, чем после других способов приготовления, считает Сян Ли Ву. «Хотя в общем микроволновка предпочтительнее, оптимальное время приготовления будет разным для разных овощей», — говорит он.
Так что даже если микроволновка и предпочтительный метод, то далеко не для всей растительной пищи.
В другом исследовании отмечалось, что «умеренное нагревание может быть инструментом улучшения полезных для здоровья качеств некоторых овощей».
Перегретый пластик?
Мы часто подогреваем пищу, помещая ее в микроволновку в пластиковом контейнере или упаковке. По этому поводу некоторые ученые предупреждают о риске вдыхания фталатов (эфиров фталевой кислоты, в частности, используемых при производстве пластиковой посуды и упаковок — Ред.
). При высокотемпературной обработке эти токсичные добавки могут расщепляться и проникать в пищу.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,При разогревании пищи в пластиковой посуде токсичные фталаты могут расщепляться и попадать в еду
«Некоторые типы пластика не предназначены для использования в микроволновках, потому что состоят из полимеров, которые расплавляются при нагревании, а когда температура превышает 100 градусов по Цельсию, они могут попадать в пищу», — рассказывает Джумин Тан, профессор из Университета штата Вашингтон.
В исследовании 2011 года ученые купили более 400 пластиковых пищевых контейнеров и обнаружили, что большинство из них выделяли химикаты, нарушающие работу гормонов в организме человека.
Фталаты — наиболее распространенные добавки, придающие изделиям из пластика большую гибкость. Они часто обнаруживаются в контейнерах для пищи, пластиковых упаковках и бутылках для воды. Как выяснилось, фталаты нарушают работу гормонов и нашей метаболической системы.
У детей фталаты могут вызывать повышение кровяного давления и инсулинорезистентность, что увеличивает риск метаболических заболеваний — например, диабета и гипертонии. С воздействием фталатов также связывают бесплодие, астму и синдром дефицита внимания.
Фталаты потенциально могут мешать работе гормонов щитовидной железы, отмечает профессор медицинского факультета Нью-Йоркского университета Леонардо Трасанде. Эти гормоны, помимо прочего, имеют крайне важное значение для развития мозга ребенка во время беременности.
Бисфенол — также распространенный компонент пластиковых изделий, и исследования указывают на то, что он тоже может нарушать работу гормонов у человека. Но таких исследований мало — по сравнению с теми, где изучается воздействие фталатов.
Фталаты — повсюду, от игрушек до лосьонов для тела, и по-прежнему не до конца ясно, насколько велик от них вред. Но большинство экспертов сходятся на том, что разогревание пищи в контейнере из пластика, содержащего фталаты, может увеличивать их воздействие на человеческий организм.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,Фталаты, как выяснили ученые, нарушают работу гормонов и нашей метаболической системы
«Разогревание в микроволновке активизирует загрязняющие вещества, — рассказывает профессор Рольф Халден, директор центра биодизайна в Университете штата Аризона. — Этот процесс используется в лабораториях для выделения загрязнителей из образцов — перед тем, как приступить к анализу химического состава».
При этом, как отмечает Трасанде, степень потенциального риска не обязательно зависит от того, насколько часто человек разогревает пищу в пластиковом контейнере. Связь здесь нелинейная.
«Из многочисленных исследований мы теперь знаем, что низкий уровень воздействия может быть как раз самым опасным. И нет такого уровня, который можно было бы назвать безопасным», — говорит он.
Важно помнить, что когда пластиковый контейнер нагревается, опасность исходит и от тех поверхностей, которые не соприкасаются с пищей.
Например, на крышке может конденсироваться влага, в которой содержатся вредные вещества, затем попадающие в пищу в виде капель», — подчеркивает Халден.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,Чтобы минимизировать риск при разогреве пищи в микроволновке, пользуйтесь не пластиковыми контейнерами, а керамической посудой
Самый надежный способ минимизировать риски — пользоваться не пластиковыми контейнерами, а, например, керамической посудой. Если же все-таки пользоваться пластиком, то избегайте ситуации, когда контейнер деформирован, поскольку старые и поврежденные контейнеры с большей долей вероятности выделяют химические вещества.
Температурные риски?
Но даже если избегать пластиковой посуды, то остаются другие потенциальные опасности для здоровья: например, неравномерное нагревание пищи и применяемые в микроволновке высокие температуры.
Во-первых, попробуйте использовать микроволновую печь не для готовки (так как в ней еда может нагреваться неравномерно — и, соответственно, некоторые места блюда будут готовы в меньшей степени), а для разогрева уже приготовленного.
«В зависимости от величины порции части блюда могут быть нагреты сильнее остальных, — указывает Франциско Диес-Гонсалес, профессор из университета Джорджии (США). — В поперечном разрезе продукта температура разных его слоев может различаться. Достичь абсолютно одинакового нагрева трудно, особенно когда речь идет о блюде из сырых продуктов».
Однако важно отметить, что разогревание тоже несет в себе риски. Пищу надо разогревать, пока вся она не достигнет температуры в 82 градуса Цельсия — тогда погибают все вредоносные бактерии. Но каждый раз когда пища остывает, эти бактерии образуются особенно активно, и при следующем разогреве избавиться от них будет сложнее. Поэтому разогревать пищу более одного раза не стоит.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,В микроволновках лучше разогревать, а не готовить. Но и разогревать некоторые продукты не стоит более одного раза — особенно рис
Высокие температуры в микроволновке сами по себе могут быть опасны.
Говоря в общем, проблема — не сама температура. Некоторые исследования показали, что есть определенный риск в приготовлении в микроволновке крахмалосодержащих продуктов, в том числе — корнеплодов и злаковых.
Когда Бетти Шварц, профессор Еврейского университета в Иерусалиме, увидела, как ее студенты во время перерыва в занятиях нагревают в микроволновке картошку в мундире, она обратила внимание на образовавшиеся в картофелинах маленькие кристаллы.
Исследовав их, она обнаружила, что эти кристаллы содержат в себе много акриламида, химического вещества, используемого в производстве полимеров и считающегося токсичным. В этом случае акриламид стал побочным продуктом приготовления картофеля.
Шварц попросила студентов сварить картофель и обнаружила, что после варки никакого акриламида не образовалось. Она пришла к выводу, что виной всему — высокая температура микроволновки.
И это настораживает, поскольку исследования на животных показали, что акриламид действует как канцероген, вмешиваясь в работу ДНК клеток.
Доказательств того, что у людей он работает так же, пока мало.
Некоторые исследования позволяют предположить, что приготовление пищи в микроволновке более способствует образованию акриламида, чем другие способы.
«При 100 градусах Цельсия выделяется достаточно энергии для того, чтобы изменить связи между молекулами и создать молекулу, которая будет реагировать изменениями ДНК, порождая мутации, — рассказывает Шварц. — Когда мутаций становится много, может возникнуть онкология».
Исследования на животных показали, что такое происходит с акриламидами.
Опасное излучение?
Что касается излучения в микроволновках, то оно абсолютно безвредно. Эти приборы используют низкочастотное электромагнитное излучение, похожее на то, которое используется в электролампочках и радио.
Пища, помещенная в микроволновку, поглощает эти микроволны, что заставляет молекулы воды в еде вибрировать, создавая трение и этим нагревая ее.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,Излучение в микроволновках абсолютно безвредно
Люди тоже способны поглощать электромагнитные волны. Но микроволновые печи вырабатывают относительно низкочастотные волны, не выходящие за пределы прибора.
Даже если бы они и выходили, эти волны безопасны, утверждает профессор Тан. (Но, конечно, высокая температура в микроволновке совсем не безопасна, так что вам ни в коем случае не стоит пробовать поместить туда живое существо!)
«Воздействию таких волн, как в микроволновке, мы подвергаемся ежедневно. Люди даже обмениваются таким излучением между собой, — говорит Джумин Тан. — Если вы употребляете в пищу продукты из зерновых, выращенных на солнце, то вам незачем беспокоиться о пище из микроволновки».
В отличие от рентгеновских волн, микроволны не используют ионизирующее излучение, что означает: они не имеют достаточно энергии, чтобы отсоединять электроны от атомов.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,Микроволны не используют ионизирующее излучение, так что нет ничего опасного в том, чтобы использовать их для разогрева пищи
«Чтобы повредить ДНК, надо нарушить химические связи. Это основной способ, с помощью которого радиация убивает: клетки начинают мутировать, и развивается онкология», — объясняет доцент радиационной медицины Тимоти Йоргенсен из медицинского центра Джорджтаунского университета (США).
По его словам, все тревоги по поводу микроволнового излучения были сняты еще в первые годы после изобретения микроволновки.
Микроволновка давным-давно признана безопасным кухонным прибором, но, как показывают современные исследования, с оговорками. Есть моменты, на которые стоит обратить внимание, если вы хотите ею пользоваться.
И в особенности экспертов продолжает беспокоить то, как пластиковая упаковка, которую мы используем, помещая пищу в микроволновку, может влиять на работу наших гормонов.
Прочитать эту статью на английском языке можно на сайте BBC Future.
Терагерцовое излучение позволит обнаружить неизвестные свойства графена и углеродных нанотрубок — Наука
Исследователи из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН и Российского университета дружбы народов экспериментально изучили плазмон-поляритоны, появляющиеся на поверхностях различных материалов при тепловой стимуляции (термостимулированные поверхностные плазмон-поляритоны, ТППП). Выяснилось, что подобные плазмон-поляритоны можно использовать для исследования характеристик новых материалов, не поддающихся изучению обычными методами. Соответствующая статья опубликована в журнале Infrared Physics & Technology.
ТППП — разновидность тепловых электромагнитных волн. Они появляются на поверхности металлического тела (проводника), покрытого тонким слоем диэлектрика (изолятора).
Термостимулированными их называют потому, что они возникают за счет коллективных колебаний электронов на поверхности проводника, неизбежных при его нагреве. При этом изначально плазмон-поляритоны «плоские», а в нормальную объемную электромагнитную волну они превращаются лишь на стыке проводника с диэлектриком.
Распространение тепловых электромагнитных волн по металлической поверхности прямо зависит от ее конкретных параметров — размеров, шероховатости, температуры и многих других. Поэтому характеристики ТППП позволяют точно установить данные параметры для самых разных материалов. Особенно перспективен этот метод там, где другие способы исследования недостаточно эффективны, например для графена и нанотрубок на основе углерода.
Авторы новой работы вначале создали теоретическую модель, описывающую возбуждение ТППП, а затем провели серию экспериментов, в которых попытались подтвердить или опровергнуть параметры своей модели. Эксперименты показали, что интенсивностью и спектром излучения ТППП вполне можно управлять.
Они прямо зависят от температуры и длины образца проводника, на поверхности которого возникают. Это значит, что по характеристикам теплового излучения можно точно определить температуру объекта (впрочем, это давно известная и уже используемая особенность теплового излучения), а кроме того — сделать выводы о свойствах такой поверхности.
Что особенно важно, на краю образца стабильно возникает длинноволновое излучение терагерцового диапазона. Оно затухает медленнее, чем обычное инфракрасное излучение, которое используется в пирометрии. Из этого следует, что терагерцовым излучением можно точно фиксировать даже такие температуры, которые обычный пирометр «не берет». Например, терагерцовое излучение нормально работает с температурами жидкого азота и гелия, до сих пор недоступными для стандартной пирометрии. При исследовании материалов, свойства которых меняются при сильном понижении температуры, терагерцовый пирометр может быть очень полезен, отмечают исследователи.
Параметры поверхностных волн любой длины зависят не только от температуры поверхности и ее длины, но и от наличия или отсутствия на поверхности тонких пленок, свойства которых отличаются от основной массы материала. Это значит, что поверхностные плазмон-поляритоны будут полезны и при изучении полимерных пленок и пленок биологического происхождения, нанесенных на поверхность проводника.
Поверхностные плазмон-поляритоны, соответствующие излучению инфракрасного диапазона, хорошо распространяются по графену и углеродным нанотрубкам. На данный момент зависимость проводимости графена от температуры считается очень перспективным направлением исследований, важным для использования этого материала в электронике.
Излучение | Keskkonnaministeerium
- К числу природных источников излучения относятся космическое излучение, гамма-излучение земной поверхности, продукты разложения радона в воздухе и различные радионуклиды, естественно встречающиеся в пище и питье.
- Искусственными источниками излучения являются медицинское рентгеновское излучение, радиоактивное заражение, образующееся при испытании ядерного оружия в атмосфере, при попадании радиоактивных выбросов атомной промышленности в окружающую среду и т. п.
п.Ионизирующее излучение
Ионизирующее излучение не воспринимается органами чувств, а его уровень можно измерить лишь с помощью специальной измерительной аппаратуры.
Радиоактивное вещество испускает ионизирующее излучение, создающее в тканях организма ионные пары, т. е. некоторая часть молекул расщепляется на электрически заряженные частицы. Способность атомных ядер самопроизвольно разлагаться называется радиоактивностью, а такие атомные ядра – радионуклидами.
Высвободившиеся частицы и гамма-кванты способны ионизировать окружающую материю. Поэтому поток высвободившихся частиц и гамма-квантов называется ионизирующим излучением.
Ионизирующее излучение может быть природного происхождения – например, радиоактивный газ радон, выделяющийся из почвы, излучает альфа-частицы. Для получения же рентгеновских снимков используются рентгеновские лучи искусственного происхождения.
Ионизирующее излучение из-за своих свойств опасно для живых тканей, вызывая, к примеру, раковые опухоли.
Мониторинг излучения
В Эстонии собирается информация об уровнях радиоактивности природной окружающей среды в рамках программы ежегодного государственного мониторинга излучения. За год исследуется более 250 проб, взятых из окружающей среды. Объектом интереса, прежде всего, являются радионуклиды, попавшие в окружающую среду в ходе человеческой деятельности.
В Эстонии нет атомных электростанций – таким образом, источником опасности является, прежде всего, заражение, поступающее из-за государственной границы. В реальном времени отслеживается общий уровень гамма-излучения атмосферы на 10 мониторинговых станциях по всей Эстонии и радиоактивность частиц, передающихся по воздуху, на 3 фильтровых станциях.
Около половины дозы облучения, получаемой жителем Эстонии, вызвано радиоактивным газом радоном, выделяющимся из почвы. Радон образуется при естественном разложении урана. Уран в большей или меньшей степени присутствует в земной коре повсюду. Таким образом, всюду можно обнаружить и радон.
Высокий уровень радона в почве связан с выходами на поверхность земли диктионемовых сланцев (в Северной Эстонии) и областями распространения морены, богатой гранитом (в Южной Эстонии).
Польза и вред УФ-света
Когда люди задумываются о защите от солнца, в первую очередь они заботятся о своей коже. Но наши глаза не менее чувствительны к УФ-излучению: как в ясную, так и в пасмурную погоду. Не только в полдень, но и весь день, каждый день. Даже в пасмурную погоду УФ-излучение может достигать 70-75% из-за отражений и рассеивания.2 Например, вода отражает до 20% УФ-излучения, свежевыпавший снег – порядка 88%, песок – до 25%, а бетонированная дорога – около 12%.3
С точки зрения УФ-защиты необходимо руководствоваться правилом: чем раньше, тем лучше. В любом случае никогда не поздно начинать!
Особенно чувствительны к УФ-лучам детские глаза. К 20 годам мы подвергаемся излучению, соответствующему половине УФ-излучения, которому подвергается 60-летний человек.
Другими словами, до 20 лет мы подвергаемся тому же воздействию УФ-излучения, что и в период с 20 до 60 лет!4
Если не защитить себя, это может привести к повреждению век и кожи вокруг глаз или даже к развитию множества различных заболеваний, в т.ч. связанных с роговицей. К ним можно отнести конъюнктивит и фотокератит (так называемый «ультрафиолетовый кератит»).
Данные термины относятся к повреждению роговицы, вызванному сильным УФ-излучением, например, в горах. Непрерывное интенсивное излучение может стать причиной помутнения хрусталика, что может привести к преждевременной катаракте. УФ-излучение также может привести к опухолям на веке. Для эффективной защиты глаз и кожи вокруг них от УФ-излучения рекомендуется носить солнцезащитные очки и обычные очки с прозрачными линзами, обеспечивающими полную УФ-защиту от света с длиной волны до 400 нм. Таким образом, вы будете защищены в любую погоду – даже в пасмурную погоду.
Совет для владельцев контактных линз: линзы с УФ-защитой не защищают чувствительные веки, в частности, по краям.
Именно поэтому мы рекомендуем приобрести качественные солнцезащитные очки, блокирующие падающий свет.
Свойства нейтронов
1.1. История нейтронного рассеяния.
В 1935 году профессор Джеймс Чадвик был удостоен Нобелевской премии за открытие нейтронов. Энрико Ферми в 1942 году показал, что нейтроны, которые образуются в результате деления ядра урана, могут поддерживать контролируемую цепную реакцию. Еще раньше, в 1938 году, он был удостоен нобелевской премии за открытие того, что замедленные нейтроны легко взаимодействуют с окружающим веществом и могут быть использованы для определения положений и колебаний атомов вещества. В конце Второй мировой войны исследователи из США получили доступ к большим потокам нейтронов, которые производились на впервые построенных ядерных реакторах. Первые эксперименты по нейтронной дифракции были выполнены Эрнестом Воланом в 1945 году на Графитовом реакторе в Лаборатории Окридж, США. Совместно с Клиффордом Шуллом они сформировали принципы данного экспериментального метода исследования и успешно применили его к исследованию различных материалов.
Клиффорд Шулл и Бертрам Брокхаус показали, что направления, в которых нейтроны «упруго» рассеиваются без изменения энергии, дают информацию о положении и упорядочении атомов вещества. В 1994 году Шулл и Брокхаус были удостоены Нобелевской премии за их новаторские подходы и идеи в развитии методов нейтронного рассеяния.
За прошедшие 50 лет все больше ученых в областях физики, химии, биологии, материаловедения, геологии и многих других обращаются к использованию нейтронного рассеяния в поисках ответов на наиболее сложные проблемы в их областях исследований.
1.2. Источники нейтронов.
В настоящее время рассеяние нейтронов практических уходит от изучения атомной и магнитной структуры и динамики простых кристаллов. Акцент все более делается на изучении наноструктур, разупорядоченных систем, сложных химических реакций, процессов катализа. Расширяется активность в области исследования сложных жидкостей, самоорганизующихся систем, экзотических электронных состояний.
Все эти задачи могут быть поставлены и решены только на современных высокопоточных источниках нейтронов: ядерных реакторах, где используется контролируемая реакция деления ядер урана или плутония, или испарительных источниках на базе протонных ускорителей при бомбардировке тяжелых ядер протонами высоких энергий. Поток нейтронов может быть либо постоянным, либо пульсирующим. При таких процессах производимые нейтроны имеют большие значения энергии, что требует дополнительной установки на источник замедлителей нейтронов. В результате формируется поток нейтронов с длинами волн, сравнимыми с межатомными расстояниями в жидкостях и твердых телах, с кинетическими энергиями, сравнимыми с динамическими процессами в веществе. Как правило, замедлители изготавливаются из алюминия и заполняются жидким водородом, или жидким метаном (в зависимости от необходимых параметров выходящего нейтронного пучка).
Наиболее интенсивные источники нейтронов являются очень дорогими при создании и в обслуживании, и их количество в мире, вообще говоря, мало.
В 1950 году был построен первый реактор, предназначенный непосредственно для научных исследований. Его единственной целью было производство как можно большей интенсивности нейтронного излучения. Со временем нейтронные источники превратились в универсальные научно-исследовательские установки, применимые в широком спектре экспериментальных исследований. В настоящее время чуть больше 30 лабораторий в мире оборудованы средне- и высокопоточными нейтронными установками. Научно-исследовательские нейтронные источники являются исключительно источниками нейтронов и неприменимы для каких либо других целей.
1.3. Свойства нейтронов.
Нейтрон является электрически нейтральной элементарной частицей, одной из составных частей ядра атома, с массой почти в 2000 раз тяжелее электрона. Время жизни нейтрона как свободной частицы около 15 минут, несмотря на то, что в связанном состоянии в ядре атома нейтрон является стабильной частицей.
Основные свойства нейтронов, применяемые в нейтронном рассеянии:
- Энергия замедленных нейтронов сравнима с энергией атомных и молекулярных движений, и находится в диапазоне от мэВ до эВ.
- Длина волны замедленных нейтронов сравнима с межатомными расстояниями, что позволяет исследовать структуру вещества в диапазоне 10-5 – 105 Å.
- Поскольку нейтроны являются нейтральными частицами, они взаимодействуют с ядрами атомов, а не с диффузными электронными оболочками. Сечение рассеяния нейтронов на близких по массе ядрах может существенно отличаться, это дает возможность «видеть» легкие ядра на фоне тяжелых, эффективно применять метод изотопного замещения, легко различать соседние элементы. Эта особенность является большим преимуществом перед методом рентгеновского рассеяния, в котором излучение рассеивается на электронной оболочке атомов.
- наличие магнитного момента у нейтронов позволяет изучать микроскопическую магнитную структуру и магнитные флуктуации, которые определяют макроскопические параметры вещества.
- Нейтронное излучение является глубоко проникающим вглубь вещества, что позволяет проводить исследования микроскопических свойств, типа микротрещин, промышленных объектов. Подобные исследования невозможно выполнить с помощью оптических методов, рентгеновского рассеяния или электронной микроскопии.
- Нейтроны являются безвредным, неповреджающим излучением даже в случае исследования живых биологических систем.
Подобные исследования невозможно выполнить с помощью оптических методов, рентгеновского рассеяния или электронной микроскопии.
Основное отличие нейтронного излучения от рентгеновского в том, что рассеяние нейтронов происходит на ядрах атомов. Следовательно, отсутствует необходимость учитывать атомный форм-фактор для описания формы электронного облака атома, кроме того, рассеивающая способность атома не убывает с увеличением угла рассеяния, что наблюдается для рентгеновского рассеяния. Дифрактограммы в нейтронном рассеянии имеют четкие пики рассеяния даже при больших углах рассеяния.
Следует так же указать на одну важную особенность нейтронного излучения. Рентгеновское рассеяние практически нечувствительно к наличию атомов водорода в структуре, в то время как ядра водорода и дейтерия являются сильными рассеивателями для нейтронного излучения.
Это означает, что с помощью нейтронов возможно намного более точно определить положение водорода и его тепловые колебания в кристаллической структуре. Более того, длины нейтронного рассеяния водорода и дейтерия имеют противоположные знаки, что позволяет применять технику «вариации контраста». Изменяя изотопный состав буфера образца (варьируя количество водорода и дейтерия), экспериментатор получает возможность менять вклад в рассеяние различных составных частей исследуемого объекта. На практике, тем не менее, не желательно работать с большими концентрациями водорода в образце, поскольку нейтронное рассеяние имеет большую неупругую компоненту при рассеянии на водороде. Это приводит к образованию большого фона, слабо зависящего от угла рассеяния и пики упругого рассеяния «погружаются» в фоне неупругого рассеяния. Особенно эта проблема возникает при исследовании жидких образцов на основе воды. Варьирование других изотопов помимо водорода и дейтерия возможно, но, как правило, является очень дорогим решением.
Водород является относительно недорогим и в то же время интересным элементом, потому что он играет исключительно большую роль в биохимической структуре вещества.
Взято из открытых источников.
Последствия воздействия рентгеновского излучения на человека. Справка
Биологические эксперименты на мышах, кроликах и мушках (дрозофилах) показали, что даже малые дозы систематического облучения приводят к вредным генетическим эффектам. Большинство генетиков признает применимость этих данных и к человеческому организму.
Степень опасности рентгеновского облучения для людей зависит от контингента лиц, подвергающихся облучению. В первую очередь это относится к профессионалам, работающим с рентгеновской аппаратурой. Эта категория охватывает врачей‑рентгенологов, стоматологов, а также научно‑технических работников и персонал, обслуживающий и использующий рентгеновскую аппаратуру. Следующая категория — это пациенты. Строгих критериев здесь не существует, и безопасный уровень облучения, который получают пациенты во время лечения, определяется лечащими врачами.
Врачам не рекомендуется без необходимости подвергать пациентов рентгеновскому обследованию. Особую осторожность следует проявлять при обследовании беременных женщин и детей. В этом случае принимаются специальные меры.
Накопление знаний о воздействии рентгеновского излучения на организм человека привело к разработке национальных и международных стандартов на допустимые дозы облучения.
Существуют методы контроля, включающие три аспекта: 1) наличие адекватного оборудования, 2) контроль за соблюдением правил техники безопасности, 3) правильное использование оборудования.
При рентгеновском обследовании воздействию облучения должен подвергаться только нужный участок, будь то стоматологические обследования или обследование легких. Сразу после выключения рентгеновского аппарата исчезает как первичное, так и вторичное излучение; отсутствует также и какое‑либо остаточное излучение.
Кроме рентгеновского излучения, которое целенаправленно используется человеком, имеется и так называемое рассеянное, побочное излучение, возникающее по разным причинам, например вследствие рассеяния из‑за несовершенства свинцового защитного экрана, который это излучение не поглощает полностью.
Кроме того, многие электрические приборы, не предназначенные для получения рентгеновского излучения, тем не менее генерируют его как побочный продукт. К таким приборам относятся электронные микроскопы, высоковольтные выпрямительные лампы (кенотроны), а также кинескопы устаревших цветных телевизоров. Производство современных цветных кинескопов во многих странах находится сейчас под правительственным контролем.
Материал подготовлен на основе информации открытых источников
Все справки>>
Основы радиации | Агентство по охране окружающей среды США
Радиация — это энергия. Он может происходить из нестабильных атомов, подвергающихся радиоактивному распаду, или он может быть произведен машинами. Излучение распространяется от своего источника в виде энергетических волн или заряженных частиц. Есть разные формы излучения, и они имеют разные свойства и эффекты.
На этой странице:
Неионизирующие и ионизирующие излучения
Есть два вида излучения: неионизирующее излучение и ионизирующее излучение.
Неионизирующее излучение имеет достаточно энергии, чтобы перемещать атомы в молекуле или заставлять их колебаться, но не достаточно, чтобы удалить электроны из атомов. Примерами этого вида излучения являются радиоволны, видимый свет и микроволны.
Ионизирующее излучение обладает такой большой энергией, что может выбивать электроны из атомов — процесс, известный как ионизация. Ионизирующее излучение может влиять на атомы в живых существах, поэтому оно представляет опасность для здоровья, повреждая ткани и ДНК в генах. Ионизирующее излучение исходит от рентгеновских аппаратов, космических частиц из космоса и радиоактивных элементов.Радиоактивные элементы испускают ионизирующее излучение, поскольку их атомы подвергаются радиоактивному распаду.
Радиоактивный распад — это излучение энергии в форме ионизирующего излучения. Ионизирующее излучение. Излучение с такой большой энергией, что оно может выбивать электроны из атомов. Ионизирующее излучение может влиять на атомы в живых существах, поэтому оно представляет опасность для здоровья, повреждая ткани и ДНК в генах.
Ионизирующее излучение, которое испускается, может включать альфа-частицы альфа-частицы Форма ионизирующего излучения твердых частиц, состоящая из двух нейтронов и два протона.Альфа-частицы не представляют прямой или внешней радиационной угрозы; однако они могут представлять серьезную угрозу для здоровья при проглатывании или вдыхании., бета-частицы бета-частицы Форма ионизирующего излучения твердых частиц, состоящая из небольших, быстро движущихся частиц. Некоторые бета-частицы способны проникать через кожу и вызывать такие повреждения, как ожоги кожи. Бета-излучатели наиболее опасны при вдыхании или проглатывании. и / или гамма-лучи гамма-лучи Форма ионизирующего излучения, состоящая из невесомых пакетов энергии, называемых фотонами.Гамма-лучи могут полностью проходить через человеческое тело; при прохождении через них они могут вызывать повреждение тканей и ДНК. Радиоактивный распад происходит в нестабильных атомах, называемых радионуклидами.
Электромагнитный спектр
Энергия излучения, показанного в спектре ниже, увеличивается слева направо по мере увеличения частоты.
EPA в области радиационной защиты заключается в защите здоровья человека и окружающей среды от ионизирующего излучения, которое возникает в результате использования человеком радиоактивных элементов.Другие агентства регулируют неионизирующее излучение, испускаемое электрическими устройствами, такими как радиопередатчики или сотовые телефоны (см. Ресурсы излучения за пределами EPA).
Виды ионизирующего излучения
Альфа-частицы
Альфа-частицы (α) заряжены положительно и состоят из двух протонов и двух нейтронов ядра атома. Альфа-частицы образуются в результате распада самых тяжелых радиоактивных элементов, таких как уран, радий и полоний.Хотя альфа-частицы очень энергичны, они настолько тяжелы, что расходуют свою энергию на короткие расстояния и не могут улететь очень далеко от атома.
Воздействие на здоровье альфа-частиц во многом зависит от того, как человек подвергается воздействию. Альфа-частицам не хватает энергии, чтобы проникнуть даже через внешний слой кожи, поэтому их воздействие на внешнюю поверхность тела не является серьезной проблемой. Однако внутри тела они могут быть очень вредными. При вдыхании, проглатывании или попадании альфа-излучателей в организм через порез альфа-частицы могут повредить чувствительную живую ткань.То, как эти большие и тяжелые частицы наносят ущерб, делает их более опасными, чем другие виды излучения. Ионизации, которые они вызывают, очень близки друг к другу — они могут высвободить всю свою энергию в нескольких клетках. Это приводит к более серьезным повреждениям клеток и ДНК.
Бета-частицы
Бета-частицы (β) — это маленькие, быстро движущиеся частицы с отрицательным электрическим зарядом, которые испускаются ядром атома во время радиоактивного распада. Эти частицы испускаются некоторыми нестабильными атомами, такими как водород-3 (тритий), углерод-14 и стронций-90.
Бета-частицы обладают большей проникающей способностью, чем альфа-частицы, но менее опасны для живых тканей и ДНК, поскольку производимые ими ионизации расположены на более широких расстояниях. В воздухе они распространяются дальше, чем альфа-частицы, но их можно остановить с помощью слоя одежды или тонкого слоя вещества, например алюминия. Некоторые бета-частицы способны проникать через кожу и вызывать такие повреждения, как ожоги кожи. Однако, как и в случае с альфа-излучателями, бета-излучатели наиболее опасны при их вдыхании или проглатывании.
Гамма-лучи
Гамма-лучи (γ) — это невесомые пакеты энергии, называемые фотонами. В отличие от альфа- и бета-частиц, которые обладают как энергией, так и массой, гамма-лучи представляют собой чистую энергию. Гамма-лучи похожи на видимый свет, но имеют гораздо более высокую энергию. Гамма-лучи часто испускаются вместе с альфа- или бета-частицами во время радиоактивного распада.
Гамма-лучи представляют опасность для всего тела. Они могут легко преодолевать барьеры, которые могут задерживать альфа- и бета-частицы, такие как кожа и одежда.Гамма-лучи обладают такой проникающей способностью, что может потребоваться несколько дюймов плотного материала, такого как свинец, или даже несколько футов бетона, чтобы остановить их. Гамма-лучи могут полностью проходить через человеческое тело; Проходя через них, они могут вызвать ионизацию, которая повреждает ткани и ДНК.
Рентгеновские снимки
Из-за их использования в медицине почти каждый слышал о рентгеновских лучах. Рентгеновские лучи похожи на гамма-лучи в том, что они представляют собой фотоны чистой энергии. Рентгеновские лучи и гамма-лучи обладают одинаковыми основными свойствами, но исходят из разных частей атома.Рентгеновские лучи излучаются процессами за пределами ядра, но гамма-лучи возникают внутри ядра. Они также обычно имеют меньшую энергию и, следовательно, менее проникающие, чем гамма-лучи. Рентгеновские лучи могут производиться естественным путем или с помощью машин, использующих электричество.
В медицине ежедневно используются буквально тысячи рентгеновских аппаратов. Компьютерная томография, широко известная как компьютерная томография или компьютерная томография, использует специальное рентгеновское оборудование для получения подробных изображений костей и мягких тканей тела. Медицинские рентгеновские лучи — самый крупный источник антропогенного облучения.Узнайте больше об источниках и дозах излучения. Рентгеновские лучи также используются в промышленности для инспекций и контроля процессов.
Периодическая таблица
Элементы периодической таблицы могут принимать разные формы. Некоторые из этих форм стабильны; другие формы нестабильны. Как правило, наиболее устойчивая форма элемента является наиболее распространенной в природе. Однако все элементы имеют нестабильную форму. Неустойчивые формы излучают ионизирующее излучение и радиоактивны. Некоторые элементы, не имеющие стабильной формы, всегда радиоактивны, например уран.Элементы, излучающие ионизирующее излучение, называются радионуклидами.
Свойства излучения | Здоровье и безопасность окружающей среды
Нет сенсорной реакции на воздействие ионизирующего излучения. Как и радиоволны, ионизирующее излучение нормальной интенсивности нельзя увидеть, почувствовать, попробовать или обонять. Его можно обнаружить только детекторами излучения, такими как счетчики Гейгера-Мюллера, пленочные бейджи и жидкостные сцинтилляционные счетчики (ЖСК).
Ионизирующее излучение может проникать в ткани. Его способность проникать зависит от типа (например, гамма, рентгеновские лучи, бета, нейтроны, альфа) и энергии излучения. Каждый радиоактивный изотоп имеет свой тип и энергию:
Гамма-излучение , такое как излучение Cs-137 и Co-60, может легко проникать через ткани, стекло, дерево и даже умеренное количество металла. Эти источники излучения могут представлять как риск внешнего излучения, , если не обеспечена надлежащая защита, так и риск внутреннего излучения , если источник протекает.
Бета-излучение легко экранируется. Уровень защиты зависит от энергии бета-излучения. Ni-63, содержащийся в ECD, легко защищается даже листом бумаги из-за его очень низкой энергии излучения. Таким образом, этот изотоп практически не имеет внешнего радиационного риска , хотя он определенно может быть опасным источником внутреннего облучения , если источник протекает.
Бета-излучение с более высокой энергией, например, производимое Phosphorus-32, требует более толстой защиты, такой как 3/8 дюйма плексигласа.P-32 является примером бета-излучателя, который несет как внешний, так и внутренний радиационный риск.
Действия
Количество радиоактивных материалов измеряется в единицах, называемых «Активность». Единицы измерения активности и общие коэффициенты пересчета перечислены здесь:
- миллиКюри (мКи)
- микрокюри (мкКи)
- Беккерели (Бк)
- распадов в минуту (dpm)
1 Кюри = 2.22×10 +12 dpm = 3,7×10 +10 dps
1 Кюри = 3,7×10 +10 Бк
1 Бк = 1 распад в секунду
1 мкКи = 2,22×10 +6 dpm
Период полураспада
Радиоактивный материал постоянно подвергается процессу радиоактивного распада, поэтому количество радиоактивного материала (Активность) постоянно уменьшается. Скорость, с которой он уменьшается, называется периодом полураспада.
Каждый изотоп имеет свою скорость распада (период полураспада). Период полураспада — это время, за которое половина материала теряется в результате радиоактивного распада.Например, изотоп Ni-63 имеет период полураспада 100 лет. Таким образом, каждые 100 лет 50% Ni-63 будет распадаться под действием ионизирующего излучения на нерадиоактивный элемент Медь-63. Радиоизотопу потребуется 7 периодов полураспада, чтобы распасться до уровня менее 1% от его текущей активности. Например, в случае с Ni-63:
100 лет = 50% распада (осталось 50%)
200 лет = 75% распада (осталось 25%)
300 лет = 87,5% распада (осталось 12,5%)
400 лет = 93,75% распада (осталось 6,25%)
500 лет = 96.875% распалось (осталось 3,125%)
600 лет = 98,4375% распалось (осталось 1,5625%)
700 лет = 99,21875% распалось (осталось 0,78125%)
Виды ионизирующего излучения
3 апреля 2015 г. | Компания Mirion Technologies
Ионизирующее излучение принимает несколько форм: альфа-, бета- и нейтронные частицы, а также гамма- и рентгеновские лучи. Все типы вызваны нестабильными атомами, которые имеют избыток энергии или массы (или и того, и другого). Чтобы достичь стабильного состояния, они должны высвободить эту дополнительную энергию или массу в виде излучения.
Альфа-излучение Альфа-излучение: испускание альфа-частицы из ядра атома
Альфа-излучение возникает, когда атом подвергается радиоактивному распаду, испуская частицу (называемую альфа-частицей), состоящую из двух протонов и двух нейтронов (по сути, ядра атома гелия-4), превращая исходный атом в один из элементов с атомный номер на 2 меньше, а атомный вес на 4 меньше, чем было вначале.Из-за своего заряда и массы альфа-частицы сильно взаимодействуют с веществом и перемещаются по воздуху всего на несколько сантиметров. Альфа-частицы не могут проникнуть через внешний слой мертвых клеток кожи, но способны, если излучающее альфа вещество попадает в организм с пищей или воздухом, вызывать серьезные повреждения клеток. Александр Литвиненко — известный пример. Он был отравлен полонием-210, альфа-излучателем, в своем чае.
Бета-излучение принимает форму электрона или позитрона (частицы с размером и массой электрона, но с положительным зарядом), испускаемого атомом.Из-за меньшей массы он может перемещаться по воздуху дальше, до нескольких метров, и его можно остановить толстым куском пластика или даже стопкой бумаги. Он может проникать через кожу на несколько сантиметров, создавая некоторую внешнюю опасность для здоровья. Однако основная угроза по-прежнему связана с внутренними выбросами из проглоченного материала.
Гамма-излучение, в отличие от альфа или бета, не состоит из каких-либо частиц, а состоит из фотона энергии, испускаемого нестабильным ядром.Не обладая массой или зарядом, гамма-излучение может проходить по воздуху гораздо дальше, чем альфа или бета, теряя (в среднем) половину своей энергии на каждые 500 футов. Гамма-волны могут быть остановлены толстым или достаточно плотным слоем материала, при этом материалы с высоким атомным номером, такие как свинец или обедненный уран, являются наиболее эффективной формой защиты.
Рентгеновские лучи похожи на гамма-излучение, с той разницей, что они исходят из электронного облака.Обычно это вызвано изменениями энергии электрона, такими как переход с более высокого энергетического уровня на более низкий, вызывая высвобождение избыточной энергии. Рентгеновские лучи имеют большую длину волны и (обычно) более низкую энергию, чем гамма-излучение.
Наконец, нейтронное излучение состоит из свободного нейтрона, обычно испускаемого в результате спонтанного или индуцированного деления ядер.Они способны преодолевать сотни или даже тысячи метров по воздуху, однако их можно эффективно остановить, если они заблокированы материалом, богатым водородом, таким как бетон или вода. Обычно не способные ионизировать атом напрямую из-за отсутствия заряда, нейтроны чаще всего ионизируются косвенно, поскольку они поглощаются стабильным атомом, что делает его нестабильным и с большей вероятностью испускает ионизирующее излучение другого типа. Фактически, нейтроны являются единственным типом излучения, которое может сделать другие материалы радиоактивными.
Radiation Property — обзор
4.20.5.2.1 Свойства при растяжении
Облучение вызывает большие изменения свойств при растяжении меди и медных сплавов. Медь и медные сплавы могут быть упрочнены или размягчены облучением, в зависимости от температуры облучения и объема холодной обработки перед облучением. Облучение меди и медных сплавов за счет образования кластеров дефектов является значительным при температурах облучения <300 ° C.Смягчение под действием облучения происходит при температурах облучения> 300 ° C из-за усиленной радиацией рекристаллизации и укрупнения выделений в медных сплавах PH.
Низкотемпературное нейтронное облучение чистой меди приводит к развитию падения текучести и значительному упрочнению. Типичное поведение напряженно-деформированного состояния чистой меди и медных сплавов, облученных низкими дозами при низких температурах, показано на рис. 8 . Данные для облученной меди взяты из работы Edwards et al., 64 и данные облученного CuCrZr из Li et al. 14 Облучение значительно изменяет деформационное упрочнение чистой меди. Способность к деформационному упрочнению постепенно снижается с увеличением доз. Заметное деформационное упрочнение сохраняется при дозе 0,1 сна. Воздействие облучения на поведение медных сплавов при растяжении может быть совершенно различным. Полная потеря способности к деформационному упрочнению и равномерного удлинения происходит при 0,14 сна в CuCrZr, облученном нейтронами, в состоянии первичного старения.Облучение до 1,5 сна дополнительно снижает предел текучести и восстанавливает некоторое общее удлинение CuCrZr.
Рис. 8. Инженерные кривые зависимости напряжения от деформации для меди OFHC (слева), облученной нейтронами при 100 ° C, и для дисперсионно-упрочненного CuCrZr (справа), облученного нейтронами при 80 ° C. График для меди взят из справочника.
Воспроизведено по изданию Edwards, D. J .; Singh, B.N .; Bilde-Sørensen, J. B. J. Nucl. Матер. 2005 , 342 , 164.Дозовая зависимость радиационного упрочнения меди при температурах облучения 30–200 ° C обобщена Zinkle et al., и показано на рис. 9 . 65,66 Радиационное упрочнение меди можно наблюдать уже при дозе 0,0001 сна. Предел текучести резко возрастает с увеличением дозы и достигает значения ~ 0,1 сна. Значительное радиационное упрочнение сопровождается потерей способности к деформационному упрочнению, что приводит к быстрому образованию шейки при текучести.
Рисунок 9. Радиационное упрочнение меди.
Воспроизведено из Zinkle, S. J .; Гибсон, Л. Т. Полугодовой отчет о проделанной работе Fusion Materials ; DOE / ER-0313/27; Национальная лаборатория Окриджа, 1999; 163 с.Температурная зависимость радиационного упрочнения чистой меди при различных температурах облучения была обобщена и обсуждена Фабрициевым и Покровским. 67 Радиационное упрочнение в меди уменьшается с повышением температуры облучения. Величина радиационного упрочнения составляет ∼200 МПа при 80 ° C и всего ∼40 МПа при 300 ° C при дозе 0,1 сна. Отжиг при температурах выше 0,4 T м может эффективно снизить плотность кластеров дефектов в меди.Отжиг при 300 ° C в течение 50 часов после облучения меди до 0,01-0,3 сна при 100 ° C и отжиг при 350 ° C в течение 10 часов после облучения CuCrZr IG и GlidCop Al25 IG до 0,4 сна при 150 ° C может существенно восстановить пластичность меди и медных сплавов. 68,69 Однако пострадиационный отжиг также снижает критическое напряжение для локализации потока в чистой меди. 70
Облучение приводит к значительному увеличению прочности и снижению пластичности медных сплавов при температурах облучения ниже 300 ° C.Эффект упрочнения уменьшается с повышением температуры. Переход к радиационному смягчению происходит примерно при 300 ° C. Эффект радиационного смягчения в сплаве CuAl25 не так силен, как в сплаве CuCrZr, где стабильность выделений может быть проблемой. Облученные нейтронами медные сплавы демонстрируют низкое равномерное удлинение после низкотемпературного облучения малой дозой. Равномерное удлинение восстанавливается до почти необлученных значений при 300 ° C. На рисунке 10 собраны данные по пределу текучести для медных сплавов PH CuCrZr и DS (CuAl 25, CuAl15, MAGT 0.2) в зависимости от дозы для температуры облучения ∼100 ° C. 14,71 Оба сплава показывают значительное радиационное упрочнение при низких дозах и кажущееся насыщение при ~ 0,1 сна. Упрочнение, вызванное облучением, сопровождается потерей способности к деформационному упрочнению и полной потерей равномерного удлинения, в то время как общее удлинение остается на уровне ~ 10% при дозах до 2,5 сна для CuCrZr.
Рис. 10. Дозовая зависимость предела текучести в медных сплавах CuCrZr и DS, облученных при низких температурах.
Зависимость свойств растяжения от скорости деформации в облученном нейтронами CuCrZr была исследована при комнатной температуре Li et al. 14 Чувствительность к скорости деформации мала при комнатной температуре в необлученном CuCrZr. Измеренный параметр чувствительности к скорости деформации m для CuCrZr составляет <0,01. Параметр чувствительности к скорости деформации увеличился до ~ 0,02 в CuCrZr после нейтронного облучения до 1,5 сна. Zinkle et al. 65 наблюдали небольшую зависимость прочности на разрыв от скорости деформации в GlidCop Al15 и MAGT 0.2 нейтронами, облученными до ~ 13 сна при 200 ° C с мкм ~ 0,02 для GlidCop Al15 и мкм <0,01 для MAGT 0,2. В целом скорость деформации и температурная зависимость напряжений течения в ГЦК-металлах невелики.
Министерство энергетики объясняет … атмосферное излучение | Министерство энергетики
Атмосферное излучение — это поток электромагнитной энергии между Солнцем и поверхностью Земли под влиянием облаков, аэрозолей и газов в атмосфере Земли.Он включает как солнечное излучение (солнечный свет), так и длинноволновое (тепловое) излучение. Несколько факторов влияют на количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, и количество радиации, покидающей атмосферу Земли. Эти факторы включают атмосферные элементы, такие как облачные капли, влажность, температура, атмосферные газы, аэрозольные частицы и даже характеристики поверхности суши и океана. Критически важно понимать атмосферное излучение, поскольку оно влияет как на погоду (например, нагрев поверхности земли солнечным светом приводит к образованию конвективных облаков), так и на климат (например, долгосрочные изменения количества излучения, отраженного или поглощаемого аэрозолями, облака или газы могут изменить температуру или характер осадков).
Управление науки Министерства энергетики: вклад в измерения атмосферной радиации
Пользовательский центр Управления науки Министерства энергетики США по измерению атмосферной радиации (ARM) управляет шестью основными объектами наблюдений по всему миру для изучения изменчивости баланса энергии атмосферы. На этих объектах есть радары, лидары и другие специализированные инструменты, которые вместе измеряют свойства атмосферы и атмосферную радиацию, достигающую и покидающую поверхность Земли. Они измеряют более 100 переменных, включая профили температуры и влажности, физику и химию аэрозолей, солнечную и длинноволновую радиацию, свойства облаков, углекислый газ, озон, влажность почвы, осадки и даже детали колебаний ветра.ARM также использует самолеты и привязные аэростаты для измерения деталей, которые нельзя наблюдать с земли, таких как размер, количество и состав аэрозольных и облачных частиц в атмосфере. Наземные приборы работают 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, чтобы полностью опробовать суточные и годовые циклы свойств атмосферы и излучения.
Основанная в 1989 году, ARM была первой крупномасштабной лабораторией, которая использовала широкий набор инструментов для непрерывного измерения свойств облаков и аэрозолей и их влияния на энергетический баланс Земли.Наука, порожденная анализом данных ARM, изменила правила игры. Теперь это модель для программ по всему миру. Поскольку ARM на сегодняшний день является наиболее совершенным средством для улучшения научного понимания физических свойств атмосферы, ученые всего мира используют данные ARM для улучшения численных моделей погоды и климата, чтобы повысить безопасность и уровень жизни людей во всем мире. Эти исследования вносят вклад в миссию Министерства энергетики по решению энергетических и экологических проблем.
Факты об атмосферном излучении
- Центр DOE ARM собирал атмосферные данные более 25 лет, используя три стационарных и три мобильных объекта.
- Пользовательский центр DOE ARM провел подробные измерения свойств атмосферы и радиации на всех континентах (в том числе на ледяных щитах Антарктиды), на кораблях в море (включая середину Северного Ледовитого океана) и во многих местах по всей территории Соединенных Штатов. Состояния.
- Сложные взаимодействия между моросью, радиацией и турбулентностью важны для эволюции слоисто-кучевых облаков.
- Воздействие облачных капель, а также частиц аэрозоля на атмосферное излучение является значительным и зависит от деталей размеров частиц, физических форм и химических характеристик.
Ресурсы и связанные с ними термины
Научные термины могут сбивать с толку. DOE Explains предлагает простые объяснения ключевых слов и концепций фундаментальной науки. В нем также описывается, как эти концепции применяются к работе, которую проводит Управление науки Министерства энергетики США, поскольку это помогает Соединенным Штатам преуспевать в исследованиях во всем научном спектре.
Департамент здравоохранения | Ионизирующее излучение и здоровье человека
Введение
Радиация — это энергия, которая исходит от источника и проходит через какой-либо материал или в космосе. Ионизирующее излучение создается нестабильными атомами. Нестабильные атомы отличаются от стабильных атомов, потому что они имеют избыток энергии или массы, или и того, и другого. Говорят, что нестабильные атомы радиоактивны. Чтобы достичь стабильности, эти атомы испускают или испускают избыточную энергию или массу.Эти выбросы называются радиацией. Когда излучение взаимодействует с другими атомами, оно ионизирует атомы, изменяя их химические свойства, отсюда и ионизирующее излучение.Виды излучения — электромагнитное (например, свет) и твердое (масса, выделяемая вместе с энергией движения). Гамма-излучение и рентгеновские лучи являются примерами электромагнитного излучения. Бета- и альфа-излучение являются примерами излучения твердых частиц. Ионизирующее излучение также может производиться такими устройствами, как рентгеновские аппараты. Также существует естественный радиационный фон.Он исходит от космических лучей и природных радиоактивных материалов, содержащихся в Земле и в живых существах.
Ионизирующие излучения делятся на четыре основных типа:
- Гамма-лучи и рентгеновские лучи
- Бета-частицы
- Альфа-частицы
- Нейтроны
Гамма-излучение и рентгеновское излучение — это электромагнитное излучение, такое как видимый свет, радиоволны и ультрафиолетовый свет.Эти электромагнитные излучения различаются только количеством имеющейся энергии. Гамма-излучение способно распространяться на многие метры в воздухе и на многие сантиметры в тканях человека. Он легко проникает в большинство материалов и иногда называется «проникающим излучением». Радиоактивные материалы, излучающие гамма-излучение и рентгеновские лучи, представляют для человека как внешнюю, так и внутреннюю опасность. Для защиты от гамма-излучения необходимы плотные материалы. Одежда и стрелковое снаряжение мало защищают от проникающей радиации, но предотвращают заражение кожи радиоактивными материалами.
Бета-излучение состоит из субатомных частиц (электронов), выброшенных из радиоактивного атома. Бета-излучение может перемещаться в воздухе на несколько метров и имеет умеренную проникающую способность. Бета-излучение может проникать в кожу человека до «зародышевого слоя», где образуются новые клетки кожи. Если загрязняющие вещества, излучающие бета, могут оставаться на коже в течение длительного периода времени, они могут вызвать повреждение кожи. Загрязняющие вещества, излучающие бета-излучение, могут быть вредными, если попадут внутрь, а одежда и стрелковое снаряжение обеспечивают некоторую защиту от большей части бета-излучения.Переносное снаряжение и сухая одежда не позволяют бета-излучателям попадать на кожу.
Альфа-излучение состоит из определенных частиц, выброшенных каким-то радиоактивным атомом. Альфа-частицы — это, по сути, ядра гелия. У них низкая пробивающая способность и небольшая дальность действия. Альфа-излучение не может проникать через кожу, но оно может быть вредным для человека, если материалы вдыхаются, проглатываются или всасываются через открытые раны. Альфа-излучение не может проникнуть через стрелочное снаряжение, одежду или покрытие зонда.
Нейтроны — незаряженные субатомные частицы, образующиеся при делении радиоактивных атомов. В тканях нейтроны преимущественно теряют энергию при столкновениях с протонами в ядрах атомов водорода в воде тела. Взаимодействие приводит к ионизации облучаемых таким образом атомов ткани. За исключением смертельных случаев, нейтронный поток недостаточно высок, чтобы ткань стала радиоактивной.
Таблица 1.1 Сводка видов ионизирующего излучения
| Опасность | |||
|---|---|---|---|
| Внутренний | |||
| Внешний и внутренний | |||
| В основном внешний | |||
| В основном внешний | |||
| В основном внешнее |
Количество излучения
Радиоактивность (и загрязнение радиоактивным материалом) измеряется в беккерелях (1 Бк = 1 распад в секунду).Поглощенная доза излучения (количество энергии, поглощенной единицей массы ткани) измеряется в серых (Гр), где 1 Гр = 1 джоуль / кг ткани.Различные типы излучения по-разному воздействуют на ткани человека (серый для серого, альфа-частицы и нейтроны более разрушительны, чем бета-частицы, гамма-лучи или рентгеновские лучи с точки зрения риска рака или наследственных генетических дефектов), поэтому поглощенные Чтобы учесть это, доза в ткани умножается на весовой коэффициент излучения.Это дает эквивалентную дозу (на орган или ткань), измеренную в зивертах (Зв). Для рентгеновских лучей, гамма-лучей и бета-частиц весовой коэффициент = 1.
Величина ущерба, вызванного воздействием излучения, зависит от эффективности, с которой оно передает энергию тканям тела. Излучение, состоящее из частиц с относительно большой массой, доставляет в ткани большую часть своей энергии, чем электромагнитное излучение, такое как рентгеновские лучи и гамма-лучи, которые могут проходить через тело.Таким образом, дозы различных типов излучения преобразуются в «эквивалентные дозы» с использованием весового коэффициента для каждого вида излучения.
Таблица 1.2 Весовые коэффициенты для ионизирующего излучения
| Излучение | Передача энергии | Весовой коэффициент | ||
|---|---|---|---|---|
| Альфа-частица | Высокая | 20 | ||
| Нейтрон | Высокая | 5-20 | электронов | 1 |
| Гамма-излучение, рентгеновское излучение | Низкое | 1 |
Ткани различаются по своей восприимчивости к радиации для данной поглощенной дозы. Некоторые органы более радиочувствительны, чем другие (например, костный мозг более чувствителен, чем щитовидная железа), и воздействие редко бывает однородным. Взвешивание эквивалентных доз, полученных различными органами и тканями во время воздействия, с учетом радиочувствительности каждого органа, а затем суммирование результатов дает эффективную дозу .«Эффективная доза» рассчитывается путем умножения поглощенной дозы на весовой коэффициент ткани, который представляет чувствительность каждой ткани к излучению.
Таблица 1.3 Весовые коэффициенты тканей по органам