История открытия радиоактивных излучений. Открытие явления радиоактивности Открытие радиации кратко

Радиация существовала задолго до появления человека и сопровождает человека от рождения до смерти. Ни один из наших органов чувств не способен распознавать коротковолновое излучение. Для выявления его человеку пришлось изобрести специальные приборы, без которых никак нельзя судить ни об уровне радиации, ни об опасности, которую она в себе несет.

История изучения радиоактивности

Все живое на нашей планете возникло, развивалось и существует в условиях, иногда далеких от благоприятных. На живые организмы действуют перепады температур, атмосферные осадки, движение воздуха, изменения атмосферного давления, чередование дня и ночи и другие факторы. Среди них особое место занимает ионизирующая радиация, образующаяся за счет 25 природных радиоактивных элементов, таких как уран, радий, радон, торий и др. Естественная радиоактивность - это частицы, летящие сквозь атмосферу от Солнца и звезд Галактики. Это два источника ионизирующего облучения всего живого и неживого.

Рентгеновское, или γ-излучение, представляет собой электромагнитные волны с высокой частотой и чрезвычайно большой энергией. Все виды ионизирующего излучения обусловливают ионизацию и изменение облучаемых объектов. Считается, что все живое на Земле приспособилось к действию ионизирующих излучений и не реагирует на них. Существует даже гипотеза, что естественная радиоактивность - это двигатель эволюции, благодаря которому возникло такое большое количество видов, самых разнообразных по форме и способам жизни организмов, поскольку мутации есть не что иное, как возникновение новых признаков организма, которые могут привести к появлению совершенно нового вида.

В течение XVIII-XIX столетий, а особенно сейчас, естественный радиационный фон на Земле повысился и продолжает увеличиваться. Причиной стала прогрессирующая индустриализация всех развитых стран, в результате которой при увеличении добычи металлических руд, угля, нефти, строительных материалов, удобрений и других полезных ископаемых на ее поверхность в больших количествах поступают различные минералы, содержащие природные радиоактивные элементы. При сжигании минеральных источников энергии, особенно таких, как уголь, торф, горючие сланцы, в атмосферу попадает много различных веществ, в том числе и радиоактивных. В середине XX века была открыта искусственная радиоактивность. Это привело к созданию атомной бомбы в США, а затем и в других странах, а также к развитию атомной энергетики. Во время атомных взрывов, работы АЭС (особенно при авариях), в окружающей среде, кроме постоянного естественного фона, накапливается искусственная радиоактивность. Это приводит к появлению очагов и больших территорий с высоким уровнем радиоактивности.

Что такое радиоактивность, кто открыл это явление?

Радиоактивность была открыта в 1896 году физиком из Франции А. Беккерелем. Он определил, что главным источником радиационного облучения является гамма-излучение вследствие его большой проникающей способности. Радиоактивность - это излучение, которому постоянно подвергается человек в результате воздействия природных источников радиации (космические и солнечные лучи, земное излучение). Его называют естественным радиационным фоном. Он существовал всегда: с момента образования нашей планеты и до настоящего времени. Человек, как и любой другой организм, постоянно находится под действием естественного радиационного фона. По данным Научного Комитета ООН по действию атомной радиации (НКДАР), радиоактивное облучение человека, вызванное действием природных источников радиоактивности, составляет около 83 % всей радиации, полученной человеком. Остальные 17 % вызываются техногенными источниками радиоактивности. Открытие и практическое применение ядерной энергии вызвало много проблем. С каждым годом расширяется сфера контактов человечества и всего живого с ионизирующим излучением. Уже сегодня из-за загрязнения почвы и атмосферы радиоактивными продуктами атомной энергетики и экспериментальных ядерных взрывов, большого распространения лучевого лечения и медицинской диагностики, применения новых стройматериалов радиационное давление увеличилось более чем в два раза.

Виды радиоактивности

На получение человеком предельных доз действует искусственная и естественная радиоактивность. Это процесс, который активизирует изучение биологического воздействия радиации все более широким кругом лиц. Каждый человек должен знать, какая есть связь между мощностью экспозиционной дозы излучения (МЭД) и эквивалентной дозой облучения, которая является определяющей для оценки ущерба, причиненного человеку радиацией.

β-частицы имеют энергию примерно от 0,01 до 2,3 МэВ, движутся со скоростью света. На своем пути создают в среднем 50 пар ионов на 1 см пути и не так быстро тратят свою энергию, как α-частицы. Чтобы задержать β- облучение, требуется металл толщиной не менее 3 мм.

Естественная радиоактивность вещества - это когда α-частицы выпускаются ядрами и имеют энергию от 4 до 9 МэВ. Выброшеные из ядер с большой начальной скоростью (до 20000 км/с), α-частицы тратят энергию на ионизацию атомов вещества, которые встречаются на их пути (в среднем 50 000 пар ионов на 1 см пути), и останавливаются.

γ-излучение принадлежит к электромагнитному излучению с длиной волны меньше 0,01 нм, энергия γ-кванта изменяется примерно от 0,02 до 2,6 МэВ. Фотоны γ-излучения поглощаются в одном или в нескольких актах взаимодействия с атомами вещества. Вторичные электроны ионизируют атомы окружающей среды. Частично гамма-излучение задерживается лишь толстой свинцовой (толщиной более 200 мм) или бетонной плитой.

Явление радиоактивности - это излучения, сопровождающиеся освобождением разного количества энергии и обладающие различной проникающей способностью, поэтому они оказывают различное влияние на организмы и экосистемы в целом. В дозиметрии пользуются величинами, которые количественно характеризуют радиоактивное свойство вещества и вызванные действием радиации эффекты: активность, экспозиционная доза излучения, поглощенная доза излучения, эквивалентная доза облучения. Открытие радиоактивности и возможность искусственного превращения ядер способствовали разработке методов и техники измерения радиоактивности элементов.

Лучевая болезнь

Радиоактивность - это излучение, которое является причиной лучевой болезни. Различают хроническую и острую формы этой болезни. Хроническая лучевая болезнь начинается в результате долгого облучения организма малыми (от 1 мЗв до 5 мЗв в сутки) дозами радиации после накопления суммарной дозы 0,7 ... 1,0 Сб. Острая лучевая болезнь вызывается однократным интенсивным облучением от 1-2 Зв дозе более 6 Сб. Выполненные расчеты эквивалентной дозы облучения показывают, что дозы, которые получает человек в обычных условиях в городе, к счастью, значительно ниже, чем те, что вызывают лучевую болезнь.

Мощность эквивалентной дозы, вызванной естественным излучением, - от 0,44 до 1,75 мЗв в год. Во время медицинской диагностики (рентгеновские исследования, лучевая терапия и т.д.) человек получает примерно 1,4 мЗв в год. Добавим, что в строительных материалах (кирпиче, бетоне) в небольших дозах также присутствуют радиоактивные элементы. Поэтому доза облучения возрастает еще на 1,5 мЗв в течение года.

Для фактологической оценки вредности радиоактивного излучения используют такую характеристику, как риск. Под риском обычно понимают вероятность нанесения вреда здоровью или жизни человека в течение определенного отрезка времени (как правило, в течение одного календарного года), рассчитывая его по формуле относительной частоты наступления опасного случайного события в совокупности всех возможных событий. Основным проявлением ущерба, причиненного радиоактивным излучением, является заболевание человека раком.

Группы радиотоксичности

Радиотоксичность - свойство радиоактивных изотопов вызвать патологические изменения при поступлении их в организм. Радиотоксичность изотопов зависит от ряда их характеристик и факторов, главными из которых являются следующие:

1) время поступления в организм радиоактивных веществ;

3) схема радиоактивного распада в организме;
4) средняя энергия одного акта распада;
5) распределение радиоактивных веществ по системам и органам;
6) пути поступления в организм радиоактивных веществ;
7) время пребывания в организме радионуклида;

Все радионуклиды как потенциальные источники внутреннего облучения распределяются на четыре группы радиотоксичности:

• группа А - с особо высокой радиотоксичностью, min активность 1 кБк;
• группа Б - с высокой радиотоксичностью, min активность не более 10 кБк;
• группа В - со средней радиотоксичностью, min активность не более 100 кБк;
• группа Г - с малой радиотоксичностью, min активность не более 1000 кБк.

Принципы нормирования радиактивного воздействия

В результате экспериментов на животных и изучения последствий облучения людей при ядерных взрывах, авариях на предприятиях ядерно-топливного цикла, лучевой терапии злокачественных опухолей, а также исследований других видов радиоактивности были установлены реакции организма на острое и хроническое облучение.

Нестохастические, или детерминистические эффекты имеют зависимость от дозы и проявляются в облученном организме за относительно короткий срок. С увеличением дозы облучения возрастает степень поражения органов и тканей - наблюдается эффект градуировки.

Стохастические, или вероятные (случайные) эффекты относятся к удаленным последствий облучения организма. В основе возникновения стохастических эффектов лежат вызванные облучением мутации и другие нарушения в клеточных структурах. Они возникают как в соматических (от латинского somatos -тело), так и в половых клетках и приводят к образованию в облученном организме злокачественных опухолей, а у потомства - аномалий развития и других нарушений, которые передаются по наследству (генетические эффекты). Принято считать, что порога мутагенного действия радиации не существует, а значит, нет и вполне безопасных доз. При дополнительном действии ионизирующего излучения как одного из многих факторов мутагенеза в дозе 1 сЗв (1 бэр) риск возникновения злокачественных опухолей возрастает на 5 %, а проявление генетических дефектов - на 0,4 %.

Риск гибели людей от дополнительного воздействия ионизирующего облучения в таких малых дозах значительно меньше риска их гибели в самом безопасном производстве. Но он есть, потому дозовые нагрузки на организм человека строго регламентированы. Эту функцию выполняют нормы радиационной безопасности.

НРБУ-97 направлены на недопущение возникновения детерминированных (соматических) эффектов и ограничение на принятом уровне возникновения стохастических эффектов. Радиационно-гигиенические регламенты, установленные НРБУ-97, построены на следующих трех принципах защиты:

Принцип оправданности;
. принцип непревышения;
. принцип оптимизации.

Естественная радиоактивность: уровни, дозы, риски

Система радиационной защиты граждан, построенная на результатах медико-биологических исследований, кратко формулируется так: степень возможного негативного влияния облучения на здоровье человека определяет только величина дозы, независимо от того, каким источником ионизирующего излучения она сформирована - естественным или искусственным. Техногенно усиленные источники природного происхождения относятся к управляемым компонентам суммарной дозы, и их вклад можно уменьшить, приняв соответствующие меры. Например, для радона в воздухе помещений и основных доз, которые формируют источники, оговорено две ситуации облучения: облучение в уже эксплуатируемых строениях и новых домах, которые только сдаются в эксплуатацию.

Нормативы требуют, чтобы эквивалентная равновесная активность радона в воздухе (ЭРОА) для домов эксплуатируемых не превышала 100 Бк/м3, что соответствует величине 250 Бк/м3 в сроке объемной активности, который применяется в большинстве европейских стран. Для сравнения, в новых "Основных стандартах безопасности" (BSS) МАГАТЭ референтный уровень для радона определен в 300 Бк/м3.

Для новых домов, детских учреждений и больниц эта величина равна 50 Бк/м3 (или 125 Бк/м3 газа радона). Измерение радиоактивности радона, по НРБУ-97, как и по нормативным документам других стран мира, проводится только интегральными методами. Это требование очень важно, потому что уровень радона в воздухе одной квартиры или дома может изменяться в 100 раз в течение суток.

Радон - 222

В ходе исследований, которые проводились в России в последние годы, были проанализированы структура и величина существующих доз облучения и установлено, что для населения в помещениях главное опасное вещество, которое создает радиоактивность, - это радон. Содержание этого вещества в воздухе можно легко снизить, если увеличить вентилирование помещения или ограничить поступление газа герметизацией подвального пространства. По данным отдела радиационной гигиены, порядка 23 % жилого фонда не соответствуют требованиям действующей нормативной базы по содержанию радона в воздухе помещений. Если жилой фонд довести до действующих нормативов, убытки можно уменьшить вдвое.

Расмотрим, почему же так вреден радон? Радиоактивность - это распад естественных радионуклидов уранового ряда, при котором радон-222 преобразуется в газ. При этом он образует коротко существующие дочерние продукты (ДПР): полоний, висмут, свинец, которые, присоединяясь к частицам пыли или влаги, образуют радиоактивный аэрозоль. Попадая в легкие, эта смесь через небольшой период полураспада ДПР радона-222 приводит к относительно высоким дозам облучения, которые могут быть причиной дополнительного риска заболеваний раком легких.

По данным обследования жилищного фонда отдельных регионов (28000 домов) специалистами института гигиены и медицинской экологии, средневзвешенная по отдельным областям среднегодовая эффективная доза облучения населения от радона составляет 2,4 мЗв/год, для сельского населения эта величина выше почти вдвое и составляет 4,1 мЗв/год. Для отдельных регионов дозы радона варьируются в достаточно широких пределах - от 1,2 мЗв/год до 4,3 мЗв/год, а индивидуальные дозы населения могут превышать дозовые лимиты для профессионалов категории А (20 мЗв/год).

Если оценить по принятым в мировой практике методам смертность от рака легких, обусловленного облучением радоном-222, то она составляет порядка 6000 случаев в год. Необходимо также учитывать, что в последние годы получены знания о влиянии радона. Так, по данным некоторых эпидемиологических исследований установлено, что радон может вызывать лейкемию у детей. По данным AS Evrard, связь между радоном и лейкемией у детей имеет прирост 20 % на каждые 100 Бк/м3. По данным Raaschou-Nielsen, этот прирост больше 34 % на каждые 100 Бк/м3.

Радиоактивность и шлаки

Во всех странах очень остро стоит проблема переработки и захоронения металлических отходов, имеющих радиоактивность. Это тоже источник излучения - не только от аварий, как например, на Чернобыльской АЭС, но и от действующих атомных электростанций, где постоянно проводятся плановые замены агрегатов. Как при этом быть со старыми металлическими узлами и конструкциями, которые имеют высокую радиоактивность? Специалисты из института электросварки разработали плазменно-дуговой способ плавки в водоохлаждаемом тигле, который обеспечивает удаление в шлаки металла или сплава, которые имеют радиоактивность. Это физика самой безопасной очистки. При этом можно использовать различные шлаковые композиции с высокой ассимилирующей способностью. Этим способом можно удалить даже те радиоактивные элементы, которые находятся в трещинах и углублениях поверхности. Для разрезания металлических отходов предусмотрено применять плазменную резку и взрыв под водой, электрогидравлическую резку и уплотнение разрезаемых узлов и конструкций. Эти высокопроизводительные технологии исключают образование пыли при работе, следовательно, предотвращают загрязнение окружающей среды. Стоимость переработки радиоактивных отходов по отечественному проекту ниже, чем у иностранных разработчиков.

Основные принципы защиты от закрытых источников ионизирующих излучений

Закрытые источники ионизирующих излучений обусловливают лишь внешнее облучение организма. Принципы защиты можно вывести из таких основных закономерностей распределения излучений и характера их взаимодействия с веществом:

Доза внешнего облучения пропорциональна времени и интенсивности воздействия излучения;
. интенсивность излучения от источника прямо пропорциональна количеству частиц или квантов или частиц;
. проходя через вещество, излучения им поглощаются, и их пробег зависит от плотности этого вещества.

Основные принципы защиты от внешнего облучения базируются на:

а) защите временем;
б) защите количеством;
в) защите экранами (экранирование источников материалами);
г) защите расстоянием (увеличение расстояния до максимально возможных величин).

В комплексе защитных мероприятий следует учитывать и вид излучения радиоактивных веществ (α-, β-частицы, γ-кванты). Защита от внешнего излучения α-частицами не нужна, поскольку пробег их в воздухе составляет 2,4-11 см, а в воде и тканях живого организма - только 100 мк. Спецодежда полностью защищает от них.

При внешнем облучении β-частицы влияют на кожный покров и роговицу глаз и в больших дозах вызывают сухость и ожоги кожи, ломкость ногтей, катаракту. Для защиты от β-частиц используют резиновые перчатки, очки и экраны. В случае особо мощных потоков β-частиц следует применять дополнительные экраны, предназначенные для защиты от тормозного рентгеновского излучения: фартуки и перчатки из просвинцованной резины, просвинцованное стекло, ширмы, боксы и тому подобное.

Защита от внешнего γ-излучения может обеспечиваться сокращением времени непосредственной работы с источниками, применением защитных экранов, поглощающих излучение, увеличением расстояния от источника.

Вышеупомянутые способы защиты можно применять отдельно или в различных комбинациях, но так, чтобы дозы внешнего фотонного облучения лиц категории А не превышали 7 мР в день и 0,04 Р в неделю. Защита путем уменьшения времени непосредственной работы с источниками фотонного излучения достигается скоростью манипуляций с препаратом, сокращением продолжительности рабочего дня и рабочей недели.

Французский физик А.Баккрель 1 марта 1896 года обнаружил по почернению фотопластинки испускание солью урана невидимых лучей сильной проникающей способности. Вскоре он выяснил, что свойством лучеиспускания обладает и сам уран. Затем такое свойство им было обнаружено и у тория.
Радиоактивность (от латинского radio – излучаю, radus – луч и activus – действенный), такое название получило открытое явление, которое оказалось привилегией самых тяжелых элементов периодической системы Д.И.Менделеева.

Есть несколько определений этого замечательного явления одно из которых дает такую ее формулировку: «Радиоактивность – это самопроизвольное
(спонтанное) превращение неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп (обычно изотоп другого элемента); при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия (?-частиц)»
Сущностью открытого явления было в самопроизвольном изменении состава атомного ядра, находящегося в основном состоянии либо в возбужденном долгоживущем состоянии.

В 1898 году другие французские ученые Мария Склодовская-Кюри и Пьер
Кюри выделили из уранового минерала два новых вещества, радиоактивных в гораздо большей степени, чем уран и торий Так были открыты два неизвестных ранее радиоактивных элемента - полоний и радий, а Мария, кроме того обнаруживает (независимо от немецкого физика Г.Шмидта) явление радиоактивности у тория. Кстати, она первой и предложила термин радиоактивность. Ученые пришли к выводу, что радиоактивность представляет собой самопроизвольный процесс, происходящий в атомах радиоактивных элементов. Теперь это явление определяют как самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элеента в изотоп другого элемента и при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия? – частиц. Здесь следует отметить, что среди элементов, содержащихся в земной коре, радиоактивными являются все с порядковыми номерами более 83, т.е. расположенными в таблице Менделеева после висмута. За 10 лет совместной работы они сделали очень многое для изучения явления радиоактивности. Это был беззаветный труд во имя науки – в плохо оборудованной лаборатории и при отсутствии необходимых средств. Пьер установил самопроизвольное выделение тепла солями радия. Этот препарат радия исследователи получили в 1902 году в количестве 0,1 гр. Для этого им потребовалось 45 месяцев напряженного туда и более 10000 химических операций освобождения и кристаллизации. В 1903 году за открытие в области радиоактивности супругам Кюри и А.Беккерею была присуждена Нобелевская премия по физике. Всего за работы, связанные с исследованием и применением радиоактивности, было присуждено более 10 Нобелевских премий по физике и химии (А.Беккерею, П. и М. Кюри, Э.Ферми, Э.Резерфорду, Ф. и И. Жолио-Кюри,
Д.Хэвиши, О.Гану, Э.Макмиланн и Г.Сиборгу, У.Либби и др.). В честь супругов
Кюри получил свое название искусственно полученный трансурановый элемент с порядковым номером 96 – кюрий.

В 1898 году английский ученый Э.Резерфорд приступил к изучению явления радиоактивности. В 1903 году Э.Резерфорд доказывает ошибочность предположения английского физика Д.Томпсона о его теории строении атома и в
1908-1911 г.г. проводит опыты по рассеянию? – частиц (ядер гелия) металлической фольгой. ? – частица проходила сквозь тонкую фольгу (толщиной
1 мкм) и, попадая на экран из сернистого цинка, порождала вспышку, хорошо наблюдаемую в микроскоп. Опыты по рассеянию? – частиц убедительно показали, что почти вся масса атома сосредоточена в очень малом объеме – атомном ядре, диаметр которого примерно в 100000 раз меньше диаметра атома.
Большинство? – частиц пролетает мимо массивного ядра, не задевая его, но изредка происходит столкновение? – частицы с ядром и тогда она может отскочить назад. Таким образом, первым его фундаментальным открытием в этой области было обнаружение неоднородности излучения, испускаемого ураном. Так в науку о радиоактивности впервые вошло понятие об? – и? - лучах. Он также предложил и названия: ? –распад и? – частица. Немного позже была обнаружена еще одна составляющая часть излучения, обозначенная третьей буквой греческого алфавита: ?-лучи. Это произошло вскоре после открытия радиоактивности. На долгие годы? – частицы стали для Э.Резерфорда незаменимым инструментом исследований атомных ядер. В 1903 году он открывает новый радиоактивный элемент – эманацию тория. В 1901-1903 годах он совместно с английским ученым Ф.Содди проводит исследования, которые привели к открытию естественного превращения элеентов(например радия в радон) и разработке теории радиоактивного распада атомов.

В 1903 году немецкий физик К.Фаянс и Ф.Содди независимо друг от друга сформулировали правило смещения, характеризующее перемещение изотопа в периодической системе элементов при различных радиоактивных превращениях.

Весной 1934 года в «Докладах Парижской академии наук» появилась статья под названием «Новый тип радиоактивности». Ее авторы Ирен Жолио-Кюри и ее муж Фредерик Жолио-Кюри обнаружили, что бор, магний, и алюминий, облученные? – частицами, становятся сами радиоактивными и при своем распаде испускают позитроны. Так была открыта искусственная радиоактивность. В результате ядерных реакций (например, при облучении различных элементов? – частицами или нейтронами) образуется радиоактивные изотопы элементов, в природе не существующие. Именно эти искусственные радиоактивные продукты составляют подавляющее большинство среди всех известных ныне изотопов. Во многих случаях продукты радиоактивного распада сами оказываются радиоактивными и, тогда образованию стабильного изотопа предшествует цепочка из нескольких актов радиоактивного распада. Примерами таких цепочек являются ряды периодических изотопов тяжелых элементов, которые начинаются нуклеидами 238U, 235U, 232 и заканчиваются стабильными изотопами свинца 206Pb, 207Pb, 208Pb. Так из общего числа известных ныне около 2000 радиоактивных изотопов около 300 – природные, а остальные получены искусственно, в результате ядерных реакций. Между искусственной и естественной радиацией нет принципиального различия. В 1934 г. И. и Ф.
Жолио-Кюри в результате изучения искусственной радиации были открыты новые варианты?–распада – испускание позитронов, которые были первоначально предсказаны японскими учеными Х.Юккавой и С.Сакатой. И. и Ф. Жолио-Кюри осуществили ядерную реакцию, продуктом которой был радиоактивный изотоп фосфора с массовым числом 30. Выяснилось, что он испускал позитрон. Этот тип радиоактивных превращений называют?+ распадом (подразумевая под?- распадом испускание электрона).

Один из выдающихся ученых современности Э.Ферми, свои главные работы посвятил исследованиям, связанным с искусственной радиоактивностью.
Созданная им в 1934 году теория бетта-распада и в настоящее время используется физиками для познания мира элементарных частиц.

Теоретики уже давно предсказывают возможность двойного?- превращения в 2 ?- распада, при которой одновременно испускаются два электрона или два позитрона, однако на практике этот путь «гибели» радиоактивного ядра пока не обнаружен. Зато сравнительно недавно удалось наблюдать очень редкое явление протонной радиоактивности – испускание ядром протона и доказано существование двупротонной радиоактивности, предсказанное ученым
В.И.Гольданским. Всем этим видам радиоактивных превращений подтверждены только искусственные радиоизотопы, и в природе они не встречаются.

В последствии целым рядом ученых разных стран (Дж.Данинг,
В.А.Карнаухов, Г.Н.Флеров, И.В.Курчатов и др.) были обнаружены сложные, включающие?–распад, превращения, в том числе испускание запаздывающих нейтронов.

Одним из первых ученых в бывшем СССР, который приступил к изучению физики атомных ядер вообще и радиоактивности в частности был академик
И.В.Курчатов. В 1934 году он открыл явление разветвления ядерных реакций, вызываемых нейтронной бомбардировкой и исследовал искусственную радиоактивность. ряда химических элементов. В 1935 году при облучении брома потоками нейтронов Курчатов и его сотрудники заметили, что возникающие при этом радиоактивные атомы брома распадаются с двумя различными скоростями.
Такие атомы назвали изомерами, а открытое учеными явление изомерией.

Наукой было установлено, что быстрые нейтроны способны разрушать ядра урана. При этом выделяется много энергии и образуются новые нейтроны, способные продолжать процесс деления ядер урана. Позднее обнаружилось, что атомные ядра урана могут делиться и без помощи нейтронов. Так было установлено самопроизвольное (спонтанное) деление урана. В честь выдающегося ученого в области ядерной физики и радиоактивности 104-й элемент периодической системы Менделеева назван курчатовием.

Открытие радиоактивности оказало огромное влияние на развитие науки и техники, Оно ознаменовало начало эпохи интенсивного изучения свойств и структуры веществ. Новые перспективы, возникшие в энергетике, промышленности, военной области медицине и других областях человеческой деятельности благодаря овладению ядерной энергией, были вызваны к жизни обнаружением способности химических элементов к самопроизвольным превращениям. Однако, наряду с положительными факторами использования свойств радиоактивности в интересах человечества можно привести примеры и негативного их вмешательства в нашу жизнь. К числу таких можно относится ядерное оружие во всех его формах, затонувшие корабли и подводные лодки с атомными двигателями и атомным оружием, захоронение радиоактивных отходах в море и на земле, аварии на атомных электростанциях и др. а непосредственно для Украины использование радиоактивности в атомной энергетике привело к
Чернобыльской трагедии.

Р Е Ф Е Р А Т

на тему: О Т К Р Ы Т И Е

РАДИОАКТИВНОСТИ

составил:

Е.Рубанский

В конце 1985 г профессор Вильгельм Конрад Рентген открыл лучи проходящие сквозь дерево, картон и другие предметы, не прозрачные для видимого света. Впоследствии эти лучи получили название рентгеновских лучей.

В 1896 г французский ученый Анри Беккерель открыл явление радиоактивности. На заседании Академии наук он сообщил, что наблюдавшиеся им лучи, проникавшиеся подобно рентгеновским лучам через непрозрачные для света предметы излучаются некоторыми веществами. Так было установлено, что новые лучи излучаются веществами, в состав которых входит уран. Вновь открытые лучи Беккерель назвал урановыми лучами.

Дальнейшая история новооткрытых лучей тесно связано с именами польского физика Марии Склодовской и ее мужа – француза Пьера Кюри, которые подробно изучили эти открытия и назвали их радиоактивностью.

Радиоактивность – это способность ряда химических элементов самопроизвольно распадаться и испускать невидимые излучения.

Затем наукой было установлено, что радиоактивное излучение – это сложное излучение, в состав которого входят лучи трех видов, отличающиеся друг от друга проникающейся способностью.

Альфа-лучи () - проникающая способность этих лучей очень мала. В воздухе они могут пройти путь 2-9 см, в биологической ткани – 0,02-0,06 мм; они полностью поглощаются листом бумаги. Наибольшую опасность для людей представляют при попадании альфа-частиц внутрь организма с продуктами питания, водой и воздухом (практически с организма не выводятся). Альфа-частицы- это положительно заряженные ядра гелия. Альфа-распад характерен для тяжелых элементов (урана; плутония, тория и др.).
Бета-лучи () – проникающая способность этих лучей значительно больше, чем у альфа частиц. Бета-частицы могут пройти в воздухе до 15 м, в воде и биологической ткани – до 12 мм, и алюминии – до 5 мм. В биологической ткани вызывают ионизацию атомов, что приводит к нарушению синтеза белка, нарушению функции организма в целом. Количество бета-частиц попавших в организм человека выводятся на 50% в течение 60 дней нахождения человека в чистой зоне (стронций -90; иод-131; цезий- 137).

Гамма-лучи () – проникающая способность этих лучей очень велика. Так, например, чтобы ослабить гамма-излучение радиоактивного кобальта вдвое, нужно установить защиту из слоя свинца толщиной 1,6 см или слоя бетона толщиной 10 см.

При попадании в организм человека действуют на иммунную систему, вызывает нарушения структуры ДНК (впоследствии, через 10-15 лет возможны онкологические заболевания, биологические изменения в организме), цезий 137.

Таким образом, под проникающей радиацией понимают поток гамма (?)-лучей и нейтронов.

Сейчас каждый школьник знает, что радиация разрушает организм человека, может вызвать лучевую болезнь различной степени. Повреждений, вызванных в живом организме излучением, будет тем больше, чем больше энергии он передаст тканям.
Доза – количество переданной организму энергии.
За единицу дозы принят рентген (Р)
1 рентген (Р) – это такая доза?- излучения, при которой в 1 см3 сухого воздуха при температуре 00С и давлении 760 мм рт. ст.образуется 2, 08 млрд. пар ионов
(2,08х 109).
На организм человека воздействует не вся энергия излучения, а только поглощенная энергия.

Поглощенная доза более точно характеризует воздействие ионизирующих лучей на биологические ткани и измеряется во внесистемных единицах, называемых рад.

Надо учитывать тот факт, что при одинаковой поглощенной дозе альфа излучения гораздо опаснее (в 20 раз) чем бета и гамма излучений. Каждый орган человека имеет свой порог восприимчивости к ионизирующему излучению, поэтому дозу облучения определенной ткани (органа) человека следует умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного органа. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой; в СИ ее измеряют в единицах, называемых зивертами (Зв).

Активность радионуклида – означает число распадов в секунду. Один беккерель равен одному распаду в секунду.

Величины и единицы, используемые в дозиметрии ионизирующих излучений

Радиоактивностью или радиоактивным распадом называется спонтанное изменение внутреннего строения или состава нестабильного ядра атома. При этом атомное ядро испускает ядерные фрагменты, гамма-кванты или элементарные частицы. Радиоактивность может быть искусственной, когда распад ядер атомов достигается путем определенных ядерных реакций. Но прежде чем прийти к искусственному радиоактивному распаду, наука познакомилась с естественной радиоактивностью – самопроизвольным распадом ядер некоторых элементов, которые встречаются в природе.

Предыстория открытия

Однажды К.В. Рентген включил катодную трубку, закрытую черной бумагой. Недалеко от трубки лежали кристаллы платиноцианистого бария, которые не были связаны с прибором. Они начали светиться зеленым светом. Так было открыто излучение, возникающее при столкновении катодных лучей с какой-либо преградой. Ученый назвал его Х-лучами, а в Германии и России в настоящее время применяется термин «рентгеновское излучение».

Открытие естественной радиоактивности

На заседании присутствовал физик А.А. Беккерель. Его заинтересовала эта гипотеза, ведь он уже давно исследовал явление флюоресценции на примере уранилнитрита и других солей урана. Эти вещества под воздействием солнечных лучей светятся ярким желто-зеленым светом, но как только действие солнечных лучей прекращается, соли урана перестают светиться менее чем через сотую долю секунды. Это установил еще отец А.А. Беккереля, который тоже был физиком.

Выслушав доклад А. Пуанкаре, А.А. Беккерель предположил, что соли урана, перестав светиться, могут продолжать испускать какое-то другое излучение, проходящие через непрозрачный материал. Опыт, проведенный исследователем, казалось бы, доказывал это. Ученый положил крупинки соли урана на фотопластинку, завернутую в черную бумагу и выставил на солнечный свет. Проявив пластинку, он обнаружил, что она почернела там, где лежали крупинки. А.А.Беккерель сделал вывод, что излучение, испускаемое солью урана, провоцируется солнечными лучами. Но в процесс исследования снова вторглась счастливая случайность.

Однажды А.А. Беккерелю пришлось отложить очередной опыт из-за пасмурной погоды. Подготовленную фотопластинку он убрал в ящик стола, а сверху положил покрытый солью урана медный крест. Через некоторое время он все-таки проявил пластинку – и на ней отобразились очертания креста. Поскольку крест и пластинка находились в недоступном для солнечного света месте, оставалось предположить, что уран – последний в периодической таблице элемент, испускает невидимое излучение самопроизвольно.

Исследованием этого явления наряду с А.А. Беккерелем занялись супруги Пьер и Мария Кюри. Они установили, что данным свойством обладают еще два элемента, открытые ими. Один из них был назван полонием – в честь Польши, родины Марии Кюри, а другой – радием, от латинского слова radius – луч. По предложению Марии Кюри, данное явление было названо радиоактивностью.

Французский физик А.Баккрель 1 марта 1896 года обнаружил по почернению фотопластинки испускание солью урана невидимых лучей сильной проникающей способности. Вскоре он выяснил, что свойством лучеиспускания обладает и сам уран. Затем такое свойство им было обнаружено и у тория. Радиоактивность (от латинского radio – излучаю, radus – луч и activus – действенный), такое название получило открытое явление, которое оказалось привилегией самых тяжелых элементов периодической системы Д.И.Менделеева.

Есть несколько определений этого замечательного явления одно из которых дает такую ее формулировку: «Радиоактивность – это самопроизвольное (спонтанное) превращение неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп (обычно изотоп другого элемента); при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия (ά-частиц)» Сущностью открытого явления было в самопроизвольном изменении состава атомного ядра, находящегося в основном состоянии либо в возбужденном долгоживущем состоянии.

В 1898 году другие французские ученые Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри выделили из уранового минерала два новых вещества, радиоактивных в гораздо большей степени, чем уран и торий Так были открыты два неизвестных ранее радиоактивных элемента - полоний и радий, а Мария, кроме того обнаруживает (независимо от немецкого физика Г.Шмидта) явление радиоактивности у тория. Кстати, она первой и предложила термин радиоактивность . Ученые пришли к выводу, что радиоактивность представляет собой самопроизвольный процесс, происходящий в атомах радиоактивных элементов. Теперь это явление определяют как самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элеента в изотоп другого элемента и при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия α – частиц. Здесь следует отметить, что среди элементов, содержащихся в земной коре, радиоактивными являются все с порядковыми номерами более 83, т.е. расположенными в таблице Менделеева после висмута. За 10 лет совместной работы они сделали очень многое для изучения явления радиоактивности. Это был беззаветный труд во имя науки – в плохо оборудованной лаборатории и при отсутствии необходимых средств. Пьер установил самопроизвольное выделение тепла солями радия. Этот препарат радия исследователи получили в 1902 году в количестве 0,1 гр. Для этого им потребовалось 45 месяцев напряженного туда и более 10000 химических операций освобождения и кристаллизации. В 1903 году за открытие в области радиоактивности супругам Кюри и А.Беккерею была присуждена Нобелевская премия по физике. Всего за работы, связанные с исследованием и применением радиоактивности, было присуждено более 10 Нобелевских премий по физике и химии (А.Беккерею, П. и М. Кюри, Э.Ферми, Э.Резерфорду, Ф. и И. Жолио-Кюри, Д.Хэвиши, О.Гану, Э.Макмиланн и Г.Сиборгу, У.Либби и др.). В честь супругов Кюри получил свое название искусственно полученный трансурановый элемент с порядковым номером 96 – кюрий.

В 1898 году английский ученый Э.Резерфорд приступил к изучению явления радиоактивности. В 1903 году Э.Резерфорд доказывает ошибочность предположения английского физика Д.Томпсона о его теории строении атома и в 1908-1911 г.г. проводит опыты по рассеянию α – частиц (ядер гелия) металлической фольгой. α – частица проходила сквозь тонкую фольгу (толщиной 1 мкм) и, попадая на экран из сернистого цинка, порождала вспышку, хорошо наблюдаемую в микроскоп. Опыты по рассеянию α – частиц убедительно показали, что почти вся масса атома сосредоточена в очень малом объеме – атомном ядре, диаметр которого примерно в 100000 раз меньше диаметра атома. Большинство α – частиц пролетает мимо массивного ядра, не задевая его, но изредка происходит столкновение α – частицы с ядром и тогда она может отскочить назад. Таким образом, первым его фундаментальным открытием в этой области было обнаружение неоднородности излучения, испускаемого ураном. Так в науку о радиоактивности впервые вошло понятие об α – и β - лучах. Он также предложил и названия: α –распад и α – частица. Немного позже была обнаружена еще одна составляющая часть излучения, обозначенная третьей буквой греческого алфавита: γ-лучи. Это произошло вскоре после открытия радиоактивности. На долгие годы α – частицы стали для Э.Резерфорда незаменимым инструментом исследований атомных ядер. В 1903 году он открывает новый радиоактивный элемент – эманацию тория. В 1901-1903 годах он совместно с английским ученым Ф.Содди проводит исследования, которые привели к открытию естественного превращения элеентов(например радия в радон) и разработке теории радиоактивного распада атомов.

В 1903 году немецкий физик К.Фаянс и Ф.Содди независимо друг от друга сформулировали правило смещения, характеризующее перемещение изотопа в периодической системе элементов при различных радиоактивных превращениях.

Весной 1934 года в «Докладах Парижской академии наук» появилась статья под названием «Новый тип радиоактивности». Ее авторы Ирен Жолио-Кюри и ее муж Фредерик Жолио-Кюри обнаружили, что бор, магний, и алюминий, облученные α – частицами, становятся сами радиоактивными и при своем распаде испускают позитроны. Так была открыта искусственная радиоактивность. В результате ядерных реакций (например, при облучении различных элементов α – частицами или нейтронами) образуется радиоактивные изотопы элементов, в природе не существующие. Именно эти искусственные радиоактивные продукты составляют подавляющее большинство среди всех известных ныне изотопов. Во многих случаях продукты радиоактивного распада сами оказываются радиоактивными и, тогда образованию стабильного изотопа предшествует цепочка из нескольких актов радиоактивного распада. Примерами таких цепочек являются ряды периодических изотопов тяжелых элементов, которые начинаются нуклеидами 238 U, 235 U, 232 и заканчиваются стабильными изотопами свинца 206 Pb, 207 Pb, 208 Pb. Так из общего числа известных ныне около 2000 радиоактивных изотопов около 300 – природные, а остальные получены искусственно, в результате ядерных реакций. Между искусственной и естественной радиацией нет принципиального различия. В 1934 г. И. и Ф. Жолио-Кюри в результате изучения искусственной радиации были открыты новые варианты β–распада – испускание позитронов, которые были первоначально предсказаны японскими учеными Х.Юккавой и С.Сакатой. И. и Ф. Жолио-Кюри осуществили ядерную реакцию, продуктом которой был радиоактивный изотоп фосфора с массовым числом 30. Выяснилось, что он испускал позитрон . Этот тип радиоактивных превращений называют β + распадом (подразумевая под β - распадом испускание электрона).

Один из выдающихся ученых современности Э.Ферми, свои главные работы посвятил исследованиям, связанным с искусственной радиоактивностью. Созданная им в 1934 году теория бетта-распада и в настоящее время используется физиками для познания мира элементарных частиц.

Теоретики уже давно предсказывают возможность двойного β - превращения в 2 β - распада, при которой одновременно испускаются два электрона или два позитрона, однако на практике этот путь «гибели» радиоактивного ядра пока не обнаружен. Зато сравнительно недавно удалось наблюдать очень редкое явление протонной радиоактивности – испускание ядром протона и доказано существование двупротонной радиоактивности, предсказанное ученым В.И.Гольданским. Всем этим видам радиоактивных превращений подтверждены только искусственные радиоизотопы, и в природе они не встречаются.

В последствии целым рядом ученых разных стран (Дж.Данинг, В.А.Карнаухов, Г.Н.Флеров, И.В.Курчатов и др.) были обнаружены сложные, включающие β–распад, превращения, в том числе испускание запаздывающих нейтронов.

Одним из первых ученых в бывшем СССР, который приступил к изучению физики атомных ядер вообще и радиоактивности в частности был академик И.В.Курчатов. В 1934 году он открыл явление разветвления ядерных реакций, вызываемых нейтронной бомбардировкой и исследовал искусственную радиоактивность. ряда химических элементов. В 1935 году при облучении брома потоками нейтронов Курчатов и его сотрудники заметили, что возникающие при этом радиоактивные атомы брома распадаются с двумя различными скоростями. Такие атомы назвали изомерами, а открытое учеными явление изомерией.

Наукой было установлено, что быстрые нейтроны способны разрушать ядра урана. При этом выделяется много энергии и образуются новые нейтроны, способные продолжать процесс деления ядер урана. Позднее обнаружилось, что атомные ядра урана могут делиться и без помощи нейтронов. Так было установлено самопроизвольное (спонтанное) деление урана. В честь выдающегося ученого в области ядерной физики и радиоактивности 104-й элемент периодической системы Менделеева назван курчатовием.

Открытие радиоактивности оказало огромное влияние на развитие науки и техники, Оно ознаменовало начало эпохи интенсивного изучения свойств и структуры веществ. Новые перспективы, возникшие в энергетике, промышленности, военной области медицине и других областях человеческой деятельности благодаря овладению ядерной энергией, были вызваны к жизни обнаружением способности химических элементов к самопроизвольным превращениям. Однако, наряду с положительными факторами использования свойств радиоактивности в интересах человечества можно привести примеры и негативного их вмешательства в нашу жизнь. К числу таких можно относится ядерное оружие во всех его формах, затонувшие корабли и подводные лодки с атомными двигателями и атомным оружием, захоронение радиоактивных отходах в море и на земле, аварии на атомных электростанциях и др. а непосредственно для Украины использование радиоактивности в атомной энергетике привело к Чернобыльской трагедии.

Р Е Ф Е Р А Т

на тему: О Т К Р Ы Т И Е