Биологическое действие излучений

Из таблицы видно, что речная и озерная вода наименее радиоактивны. Радиоактивное излучение атмосферы, воды и почвы создают естественный радиоактивный фон. Естественный фон в различных местах земного шара различен. В Красноярском крае наиболее высокий естественный фон в Козульском районе.

К естественному радиоактивному фону организм выработал “им­мунитет”.

3.2 Искусственное радиоактивное загрязнение окружающей среды

Главным источником радиоактивного загрязнения атмосферы являются взрывы в атмосфере при испытаниях ядерных и водородных бомб (содержание изотопа Kr c 1954 по 1960 г. увеличилось в 7 раз). В настоящее время Китай продолжает испытания в атмосфере.

Основной источник радиоактивного заражения воды — стоки промышленных предприятий, производящих плутоний, фильтрация почвенных вод из под могильников по захоронению отходов радиоактивного производства, повреждение контейнеров в могильниках на морском дне, подводные ядерные взрывы.

Поверхность почвы и другие поверхности могут быть сильно заражены при выпадении радиоактивных осадков (апрель, май). Особенно опасны весной туманы и мороси. При этом атмосфера очищается, но загрязняются почва и вода.

3.3 Проблема радиоактивных отходов

Меры понижения радиоактивного загрязнения среды в настоящее время сводятся к таким мероприятиям:
— радиоактивный препарат разбавляется до безопасных концентраций и выбрасывается в атмосферу или в океан;
— в концентрированном виде отходы собираются в прочных контейнерах и хранятся в могильниках (приходится решать проблемы прочности, отвода тепла, собирания газообразных продуктов);
— радиоактивные препараты вводятся добавками при производстве стекла; стеклянные радиоактивные блоки сами по себе представляют контейнеры.

4. Биологическое действие излучений

4.1 Поражения излучениями

Механизм взаимодействия различных видов излучения с биологическими тканями сводится к следующему. a- и b-излучения, проходя через живую ткань, производят ионизацию и возбуждают электронные уровни атомов организма на протяжении всего пробега.

Поглощение и рассеяние фотонов в живой ткани сопровождается выбиванием фотоэлектронов, рождением электрон-позитронных пар, которые действуют как b-излучение.

Тепловые (ультрамедленные) нейтроны, попадая в живую ткань, соединяются с протонами, превращает их в дейтроны с излучением фотона (2,2 МэВ) —
(4)
а попадая в ядро азота, выбивают протон и превращают его в радиоактивный изотоп углерода —
(5)
Действие оказывают продукты взаимодействия — фотоны и протоны.

Быстрые нейтроны при соударении с ядрами легких элементов передают им кинетическую энергию. Движущиеся с большой энергией ядра являются мощным ионизирующим фактором.

Один из главных факторов радиационного поражения — ионизирующее действие излучения. При ионизации молекул воды образуются свободные радикалы, являющиеся сильными окислителями. Они очень токсичны. Присоединяясь к углеводам, белкам, ферментам в неположенных местах, сильно изменяют химические свойства, могут превратить их в токсины.

Жизнедеятельность организма сопровождается расщеплением одних молекул и последующим синтезом других. При этом на некоторых этапах превращений промежуточные сложные молекулы находятся в очень активных состояниях — имеют отрезки с активными связями, к которым впоследствии должны будут присоединиться подготовленные в других местах фрагменты. Образовавшиеся из-за ионизирующего излучения ионы присоединяются к этим активным отрезкам и прерывают процесс производства жизненно важных молекул. Иногда организм вместо нужных молекул производит вредные.

Очень опасным фактором радиационного поражения является повреждение молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты, несущих наследственную информацию. Эти поражения сказываются на потомках. Кроме того, живые организмы, в том числе и человеческий являются самовосстанавливающимися системами. Организм производит непрерывный ремонт. Ремонтные функции — иммунитет — тесно связаны с наследственными подсистемами. При повреждении последних ослабляется сопротивляемость организма вредным воздействиям, не связанным с радиационным повреждениям. По этой причине часто бывает, что человек, получивший большую дозу облучения, вскоре погибает от обычных болезней, с которыми здоровый организм легко справляется.

Доза поглощенного излучения измеряется в греях (Гр). 1Гр=1 грей=1 Дж/1 кг.
Более мелкая доза — рад —
1рад=10-2 Дж/1 кг=0,01 Гр.
Самая мелкая доза — 1 МэВ/г.

4.1 Решение задач

Задача 3[1199Р]. Толщина h слоя перекрытия, ослабляющая данное ионизирующее излучение в два раза, носит название толщины слоя половинного ослабления. Во сколько раз ослабляет излучение слой, толщиной nh?

Задача 4[1200Р]. Лучше всего нейтронное излучение ослабляет вода (в
4 раза лучше бетона и в 3 раза лучше свинца). Толщина слоя половинного ослабления нейтронного излучения для воды равна 3 см. Во сколько раз ослабит нейтронное излучение слой воды, толщиной 30 см?

Задача 5[1202Р]. Средняя поглощенная доза излучения сотрудником, работающим с рентгеновской установкой, равна 7 мкГр за 1 час. Опасна ли работа сотрудника в течение 1200 дней в году по 6 часов в день? Предельно допустимая доза равна 50 мГр в год?

5. Домашнее задание

5.2 Решение задач

Задача 1. Гамма-излучение лучше всего поглощает свинец (в полтора раза лучше стальной брони и в 22 раза лучше воды). Толщина слоя половинного ослабления гамма-излучения для свинца равна 2 см. Какой толщины нужен слой свинца, чтобы ослабить рентгеновское излучение в 128 раз?

Задача 2. Мощность дозы гамма-излучения радиоактивных изотопов в зоне поражения равна 0,2 мГр/ч. Сколько часов может работать в этой зоне человек без вреда для здоровья? В аварийной обстановке в качестве допустимой принята доза 0,25 Гр.

занятие 2.2.8

итоговая работа по теме “Атомное ядро”

вариант i

1. Приведите пример реакции деления, дающей положительный энергетический выход.

2. Приведите пример реакции синтеза, идущей с выделением энергии.

3. Почему не взрываются вагоны с урановой рудой, хотя масса урана в них гораздо больше критической?

4. Ядерный реактор требуется заглушить за 10 часов. При этом его мощность уменьшается от значения 103 МВт до 10 Вт. Рассчитайте, каким должно поддерживаться постоянное значение коэффициента размножения нейтронов, если среднее время, необходимое для замедления нейтрона какого-либо поколения, равно 0,1 с.

5. Достаточна ли кинетическая энергия ядер трития по 20 КэВ, чтобы преодолеть энергетический порог реакции синтеза? Считайте, что действие ядерных сил сравнимо с действием кулоновских сил на расстояния порядка 10-14 м. Можно ли считать при такой энергии ядро трития релятивистской частицей?

6. Первая в мире промышленная АЭС расходовала в сутки 30 г урана-235 при КПД 16%. Какова полезная мощность этой АЭС? В одном акте деления выделяется в среднем 185 МэВ.

7. В ядерном реакторе половина “топлива” расходуется за N дней. Значит ли это, что масса урановых стержней за это врем уменьшится вдвое?

вариант ii

1. Приведите пример реакции деления, дающей положительный энергетический выход.

2. Приведите пример реакции синтеза, идущей с выделением энергии.

3. Для какого реактора — на медленных или на быстрых нейтронах — приходится в большей степени обогащать природный уран ураном-235? Почему?

4. Среднее время замедления нейтрона в реакторе равно примерно 0,2 с. Для запуска реактора требуется время t=5 часов. При каком постоянном значении коэффициента размножения нейтронов происходит запуск, если мощность реактора должна возрасти в 107 раз?

5. Рассчитайте, какую минимальную кинетическую энергию должны иметь ядра гелия-4, чтобы произошла реакция синтеза? Какой из формул для расчета импульса ядра следует пользоваться в данной ситуации: или

6. Сколько килограммов урана-235 приходилось бы расходовать ежесуточно на АЭС, если бы она имела ту же мощность, что и Красноярская ГЭС при КПД 30%? Мощность 12 агрегатов Красноярской ГЭС равна 6×109 Вт. Средняя энергия одного распада примерно равна 200 МэВ.