4. Спонтанное деление атомных ядер (нейтронный распад)

Тяжелые ядра U-238, 235, Кф-240, 248, 249, 250, Ku-244, 248 и другие могут делиться самопроизвольно из-за того, что ядра сами по себе нестабильны.

При этом ядро расщепляется на два близких по массе осколка, но m_яд. > m₁ + m₂, т.е. масса ядра больше масс ядер-осколков.

За первый акт деления выбрасывается 2-3 нейтрона и происходит огромное энерговыделение (в миллионы раз больше, чем при сжигании топлива). Ядра-осколки тоже радиоактивны. Они перегружены нейтронами и их испускают, а также α-частицы, β-частицы, φ-кванты.

В зависимости от вида реакции нейтроны могут нести энергию от 3 до 14 МЭВ. Путь пробега в воздухе достигает несколько тысяч метров. Обладая большой энергией и нейтральностью, они, встречаясь с ядрами атомов других элементов, создают наведенную радиоактивность.

Нейтронный поток оказывает сильное поражающее действие на человека. На глубине 10 см в организме поглощается 50 % энергии нейтронов и почти вся энергия при прохождении через тело.

Большинство радиоактивных веществ испускает одно, свойственное им излучение - альфа или бетта (электронный или позитронный тип), часто сопровождающийся гамма-излучением.

Некоторые радионуклиды претерпевают спонтанные деления с испусканием альфа-излучений и нейтронов (калифорний-252).

Одновременное излучение альфа, бетта и гамма-лучей свойственно веществам, в состав которых входит несколько радиоактивных элементов.

В редких случаях встречаются радиоактивные вещества, испускающие только чистые гамма-лучи.

Каждое радиоактивное вещество непрерывно распадается с определенной интенсивностью, для характеристики которой введено понятие активности источника.

Меру количества РВ (радиоактивные вещества, источник ионизирующих излучений), выраженную числом радиоактивных превращений (распада) в единицу времени, называют активностью.

Скорость распада РВ измеряется периодом полураспада (Т_1/2). Размерность актив­ности РВ принята: в СИ — Беккерель (Бк), внесистемная - кюри (Кu). Соотноше­ние между ними: 1Бк=1расп/с; 1 Кu =3,7·10¹⁰ Бк или 1 Кu=2,2·10¹²расп/мин.

1.2 Виды ионизирующих излучений

Ионизирующее излучение образуется при взаимодействии ионов различных знаков со средой. Видимый свет и ультрафиолетовое излучение к ионизирующим не относят. Ионизирующее излучение создается при:

-  радиоактивном распаде;

-  ядерных превращениях;

-  торможении заряженных частиц в веществе.

Виды ионизирующего излучения:

- Корпускулярное излучение - поток частиц с массой отличной от нуля (электроны, протоны, нейтроны, α-частицы).

- Фотонное излучение - электромагнитное, косвенно ионизирующее (гамма-излучение, характеристическое, тормозное, рентгеновское, аннигиляционнное).

- Альфа-излучение - поток альфа-частиц. Возникает при радиоактивном распаде и при ядерных превращениях. У альфа-частиц сильная ионизирующая и незначительная проникающая способность. Альфа-излучение задерживается листом бумаги, ткани, Особо опасно при попадании внутрь организма с пищей и вдыхаемым воздухом.

- Бета-излучение - поток электронов или позитронов. Испускают ядра радиоактивных элементов при бета-распаде. Ионизирующая способность меньше, чем у альфа-излучения, но проникающая способность во много раз больше. В биологической ткани проникает на глубину до 2 см, одежда задерживает только частично. Для человека опасно и внешнее излучение и внутренне.

- Протонное излучение - основа космического излучения, поток протонов. По пробегу в воздухе и проникающей способности занимает промежуточное положение между альфа - и бета-излучением.

- Нейтронное излучение - поток нейтронов. Возникает при ядерном взрыве (особенно нейтронных боеприпасов), при работе ядерного реактора. Воздействие зависит от начальной энергии. Она может быть от 0,025 до 300 МЭВ.

- Гамма-излучение - электромагнитное излучение. Длина волны - 10^-10 - 10^-14 м. Возникает при альфа - и бета-распадах, аннигиляции частиц. Большая проникающая способность. Глубина распространения гамма-квантов в воздухе достигает сотен и тысяч метров. Ионизирующая способность меньше. Через биологическую ткань проходит часть гамма-квантов, другая часть поглощается ею.

- Рентгеновское излучение - фотонное излучение, состоящее из тормозного и характеристического излучений.

- Тормозное излучение - фотонное излучение с непрерывным энергетическим спектром, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц.

- Характеристическое излучение - фотонное. Возникает при изменении энергетического состояния атома. Воздействует аналогично гамма-излучению.

- Аннигиляционное излучение - фотонное. Возникает в результате аннигиляции частицы и античастицы. Воздействует аналогично гамма-излучению.

Все ионизирующие излучения взаимодействуют с веществом. Взаимодействие бывает упругим (сталкивающиеся шары) и неупругим.

При упругом взаимодействии, которое характерно для нейтральных частиц (нейтронов и фотонов), могут образовываться заряженные частицы (если ядро выскакивает из электронной оболочки) или просто передается часть энергии по законам классической техники. Атомы в кристаллической решетке могут сместиться. В целом природа частиц не меняется. Происходит перераспределение энергии, но суммарная энергия остается постоянной. Может не меняться энергия каждой из взаимодействующих частиц, но направление их движения меняется.

При неупругом взаимодействии может меняться природа частиц в результате ядерных реакций или аннигиляции частиц. Оно характерно для заряженных частиц. Попадая в зону действия электрического поля атома, заряженные частицы тормозятся, отклоняются, испуская при этом тормозное излучение. Если энергии для ионизации недостаточно, образуются атомы в возбужденном состоянии, которые передают энергию другим атомам или испускают кванты характеристического излучения.