Шпаргалка по "Естествознанию"

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Апреля 2014 в 23:53, шпаргалка

Краткое описание

1. Краткие сведенья об атомном ядре. Понятие изотоп. Нестабильные изотопы, их основное свойство.
А́томное ядро́ — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса (более 99,9 %). Ядро заряжено положительно, заряд ядра определяет химический элемент, к которому относят атом. Размеры ядер различных атомов составляют несколько фемтометров, что в более чем в 10 тысяч раз меньше размеров самого атома.

Вложенные файлы: 1 файл

ответы по защите населения.docx

— 104.31 Кб (Скачать файл)

1. Краткие сведенья  об атомном ядре. Понятие изотоп. Нестабильные изотопы, их основное  свойство.

А́томное ядро́ — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса (более 99,9 %). Ядро заряжено положительно, заряд ядра определяет химический элемент, к которому относят атом. Размеры ядер различных атомов составляют несколько фемтометров, что в более чем в 10 тысяч раз меньше размеров самого атома.

Атомные ядра изучает ядерная физика.Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия. Протон и нейтрон обладают собственным моментом количества движения (спином), равным  [сн 1] и связанным с ним магнитным моментом. Атомное ядро, рассматриваемое как класс частиц с определённым числом протонов и нейтронов, принято называть нуклидом. Количество протонов в ядре называется его зарядовым числом   — это число равно порядковому номеру элемента, к которому относится атом, втаблице (Периодической системе элементов) Менделеева. Количество протонов в ядре определяет структуру электронной оболочки нейтрального атома и, таким образом, химические свойства соответствующего элемента. Количество нейтронов в ядре называется его изотопическим числом  . Ядра с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов называются изотопами. Ядра с одинаковым числом нейтронов, но разным числом протонов — называются изотонами. Термины изотоп и изотон используются также применительно к атомам, содержащим указанные ядра, а также для характеристики нехимических разновидностей одного химического элемента. Полное количество нуклонов в ядре называется егомассовым числом   ( ) и приблизительно равно средней массе атома, указанной в таблице Менделеева. Нуклиды с одинаковым массовым числом, но разным протон-нейтронным составом принято называть изобарами. Как и любая квантовая система, ядра могут находиться в метастабильном возбуждённом состоянии, причём в отдельных случаях время жизнитакого состояния исчисляется годами. Такие возбуждённые состояния ядер называются ядерными изомерами[1][2][3].

Изото́пы (от др.-греч. ισος — «равный», «одинаковый», и τόπος — «место») — разновидности атомов (и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа. Название связано с тем, что все изотопы одного атома помещаются в одно и то же место (в одну клетку) таблицы Менделеева. Химические свойства атома зависят от строения электронной оболочки, которая, в свою очередь, определяется в основном зарядом ядра Z (то есть количеством протонов в нём), и почти не зависят от егомассового числа A (то есть суммарного числа протонов Z и нейтронов N). Все изотопы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра, отличаясь лишь числом нейтронов. Обычно изотоп обозначается символом химического элемента, к которому он относится, с добавлением верхнего левого индекса, означающего массовое число (например, 12C, 222Rn). Можно также написать название элемента с добавлением через дефис массового числа (например, углерод-12, радон-222). Некоторые изотопы имеют традиционные собственные названия (например, дейтерий, актинон). Пример изотопов: 168O, 178O, 188O — три стабильных изотопа кислорода. (от изо... и греч. tópos — место), разновидности атомов одного и того же химического элемента, атомные ядра которых содержат одинаковое число протонов и различное число нейтронов. Изотопами называют также ядра таких атомов. Различают устойчивые (стабильные) изотопы и радиоактивные изотопы. Термин предложен Ф. Содди в 1910.

В настоящее время известно более двух тысяч изотопов химических элементов, как природных, так и искусственно синтезированных.  
Для обозначения изотопов пользуются обычными символами соответствующих элементов, добавляют к ним слева вверху индекс, указывающий относительную атомную массу, то есть общее число протонов и нейтронов, и нижний индекс, соответствующий зарядовому числу AZX, где  
X — элемент;  
Z — зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре, совпадает с порядковым номером химического элемента в периодической системе;  
A — массовое число равное числу нуклонов в ядре (числу протонов и нейтронов).  

 

 

2.Явление радиоактивности. Период полураспада.

 

Радиоактивность – это самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента из основного или возбужденного состояния в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц и электромагнитной энергии. Такие ядра или соответствующие атомы называют радиоактивными. Само явление называется радиоактивным распадом.

Количество любого радиоактивного изотопа со временем уменьшается в результате радиоактивного распада, который совершается самопроизвольно в результате внутриядерных процессов. Для каждого радиоактивного вещества скорость распада ядер его атомов постоянна, неизменна и характерна только для данного изотопа. Все радионуклиды распадаются в одном и том же порядке и подчиняются закону радиоактивного распада. Суть закона заключается в том, что за единицу времени распадается одна и та же часть имеющихся в наличии ядер атомов радиоактивного изотопа.

Для характеристики скорости распада радиоактивных элементов на практике вместо постоянной распада ? пользуются периодом полураспада Т1/2, который представляет собой время, в течение которого распадается половина исходного количества радиоактивных ядер. Для различных радиоактивных элементов период полураспада имеет значения от долей секунд до миллиардов лет.

Способность ядер самопроизвольно распадаться, испуская частицы, называется радиоактивностью. Радиоактивный распад  - статистический процесс. Каждое радиоактивное ядро может распасться в любой момент и закономерность наблюдается только в среднем, в случае распада достаточно большого количества ядер. Постоянная распада λ - вероятность распада ядра в единицу времени. Если в образце в момент времени t имеется N радиоактивных ядер, то количество ядер dN, распавшихся за время dt пропорционально N.    dN = -λNdt. 

 

 

3.Виды радиоактивного  распада

 

Обычно радиоактивный распад сопровождается испусканием альфа и бета-частиц, а также гамма квантов. Другими возможными видами распада являются испускание позитрона и очень редко нейтрона. Рентгеновское излучение не является непосредственным продуктом распада, но может испускаться как результат перестройки атомных оболочек при радиоактивном распаде.

1  Альфа распад. Альфа-частицы испускаются с высокими энергиями в пределах от 1 до 11 МэВ. Энергия излучения строго определена и характерна для конкретного радионуклида.

Когда радионуклид испускает альфа-частицу, его атомный номер (Z) уменьшается на два (вследствие потери двух протонов), и его массовое число уменьшается на четыре (вследствие потери двух протонов и двух нейтронов).

2 Испускание бета-частицы.  Бета-частица испускается ядром с распределением энергии, максимум которой зависит от конкретного радионуклида. Когда радионуклид испускает бета-частицу, его атомное число увеличивается на один (так как в ядре появляется еще один протон), но массовое число остается тем же самым (так как нейтрон превратился в протон). Бета-распад (обозначаемый b-) сдвигает радионуклид по диагонали вверх на одну ячейку влево на диаграмме нуклидов.

3 Испускание гамма квантов Гамма кванты испускаются в результате высвобождения избытка энергии ядром радионуклида, которое становится стабильным. Они обычно испускаются вслед за альфа- или бета-распадом и, так как не испускается частиц, при излучении гамма-квантов атомное и массовое числа радионуклида не изменяются. Следовательно, не происходит никаких сдвигов на диаграмме нуклидов.

4. Изомерные переходы.  Испускание гамма квантов обычно происходит сразу после начального распада. Однако некоторые радионуклиды не избавляются так быстро от этой избыточной энергии, и промежуток времени между распадом и испусканием гамма квантов может длиться несколько минут или даже часов и лет. В этом случае, радионуклиды известны как метастабильные радионуклиды и обозначаются буквой m после значения массового числа. После некоторого промежутка времени гамма-квант, наконец, испускается, и этот процесс известен как изомерный переход.

Радионуклиды, которые проявляют метастабильные состояния, показаны на диаграмме нуклидов как вертикально разделенная ячейка. Левая часть ячейки показывает свойства метастабильного состояния, тогда как правая часть показывает свойства нормального радионуклида. При изомерном переходе (обозначаемым IT ) радионуклид сдвигается в правую часть ячейки на диаграмме нуклидов.

5. Испускание позитрона Позитронный распад обычно происходит только в ядрах, которые имеют избыток протонов. Когда радионуклид подвергается позитронному распаду, его атомный номер уменьшается на единицу (так как на один протон в ядре стало меньше), но атомная массы остается той же самой (замена протона на нейтрон). Позитронный распад (обозначенный символом b+) сдвигает радионуклид по диагонали вниз на одну ячейку направо на диаграмме  нуклидов. Это – противоположно сдвигу, который происходит при бета-распаде.

6.Рентгеновское излучение Рентгеновское излучение не испускается самопроизвольно без других процессов, происходящих в атоме. Рентгеновское излучение связано с такими формами распада, как внутренняя конверсия и электронный захват, но не является формой распада как таковой. Испускание рентгеновского излучения обычно связано с искусственным получением в рентгеновских генераторах, чем с радиоактивным распадом.

7. Внутренняя конверсия Внутренняя конверсия является другим процессом, служащим для сброса энергии, и представляет собой альтернативу испусканию гамма-кванта. Процесс внутренней конверсии заключается в передаче избыточной энергии электрону, находящемуся на внутренних оболочках атома.

8. Электронный захват Электронный захват – это процесс, который происходит в атомах с избытком протонов в ядре. При электронном захвате, электрон из наиболее близкой к ядру оболочки захватывается протоном в ядре и формирует нейтрон. При изменении состояния внешнего электрона с большей энергией на состояние с меньшей, его энергия высвобождается в виде рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение, испускаемое в результате электронного захвата, характерно для дочернего нуклида, а не для исходного радионуклида, который подвергся распаду.

9. Испускание нейтронов. Испускание нейтронов при радиоактивном распаде очень редко. Оно более часто связывается с искусственным производством нейтронов в ядерных реакторах или в специально изготовленных нейтронных источниках.

4. Активность и единицы ее измерения. Удельная активность.

 

Активностью радионуклида в источнике называется отношение числа радиоактивных распадов, происходящих в этом источнике за интервал времени, к величине этого интервала (скорость распада ядер). 

Единица измерения в СИ - беккерель (Бк). Беккерель = активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит 1 распад, т. е.1 Бк = 1 распад/с. Внесистемная единица измерения активности – кюри (Ки). Кюри = активности нуклида в радиоактивном

источнике. Удельная активность — активность, приходящаяся на единицу массы вещества источника. Am=A/m (Бк/кг) Объёмная активность — активность, приходящаяся на единицу объёма источника. Удельная и объёмная активности используются, как правило, в случае, когда радиоактивное вещество распределено по объёму источника. Av = A/V (Бк/литр) 
Поверхностная активность — активность, приходящаяся на единицу площади источника. Применяется, когда радиоактивное вещество распределено по поверхности источника. As = A/S (Бк/м2) (Ки/км2) 
Вещество считается радиоактивным, или оно содержит в своем составе радионуклиды и в нем идет процесс радиоактивного распада. Количество радиоактивного вещества обычно определяют не единицами массы (грамм, миллиграмм и т.п.), а активностью данного вещества.  Активность вещества определяется интенсивностью или скоростью распада его ядер. Активность пропорциональна числу радиоактивных атомов, содержащихся в данном веществе, т.е. возрастает с увеличением количества данного вещества. Активность – это мера количества радиоактивного вещества, которая выражается числом радиоактивных превращений (распадов ядер) в единицу времени. Так как скорость распада радиоактивных изотопов различна, то одинаковые по массе радионуклиды имеют различную активность. Чем больше ядер распадается в единицу времени, тем выше активность. Активность измеряется обычно в распадах в секунду. За единицу активности в Международной системе единиц (СИ) принят один распад в секунду. Эта единица названа в честь Анри Беккереля, открывшего впервые явление естественной радиоактивности в 1896 году, беккерелем (Бк). 1 Бк – такое  количество радионуклида, в котором за одну секунду происходит один распад. Так как беккерель очень малая величина, то используют кратные величина : кБк – калобеккерель (103 Бк), МБк – мегабеккерель (106 Бк), ГБк – гигабеккерель (109 Бк). При измерении активности радиоактивного образца ее обычно относят к массе, объему, площади поверхности или длине. Различают следующие виды активности радионуклида. Удельная активность – это активность, приходящаяся на единицу массы вещества (активность, отнесенная к единице массы) – Бк/кг, Ки/кг. Объемная активность – это активность, приходящаяся на единицу объема – Бк/л, Ки/л, Бк/м3, Ки/м3. В случае распределения радионуклидов на поверхности активность называется поверхностной (отношение активности радионуклида, на которой находится радионуклид) – Бк/м2, Ки/м2. Для характеристики загрязнения территории применяется величина Ки/км2. Естественная радиоактивность калия-40 в почве соответствует 5мКи/км2 (200 Бк/м2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Поглощенная доза и  единицы ее измерения.

 

Поглощенная доза излучения – это величина энергии, поглощенной в единице объема (или массы) облучаемого вещества.

За единицу поглощенной дозы в СИ принимают джоуль на килограмм (Дж/кг), т.е. это такая поглощенная доза, при которой в 1 кг массы облучаемого вещества поглощается 1 Дж энергии излучения. Этой единице присвоено наименование грей (Гр).

Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад (radiation absorbent dose), она в 100 раз меньше Гр. Рад – единица поглощенной дозы ионизирующего излучения, при которой веществом массой 1 г поглощается энергия излучения, равная 100 эрг.

 
1 рад = 100 эрг/г = 10-2 Дж/кг. 1 Гр = Дж/кг =  100 рад.

 
Применяют такие производные величины от Гр и рад.

 
м Гр – миллигрей (10-3 Гр),

 
мк Гр –микрогрей (10-6 Гр),

 
к рад – килорад (10-9 рад) и т.д.

 

Мощность поглощенной дозы – это поглощенная доза, отнесенная к единице времени. За единицу мощности в СИ принят ватт/кг (Вт/кг) – ватт равен мощности, при которой работа в 1 Дж проводится за 1 с.

Внесистемные единицы: рад в час (рад/ч), рад в мин (рад/мин), грей в секунду (Гр/с), рад в секунду (рад/с).

Если в воздухе экспозиционная доза в 1 Р энергетически эквивалента 88 эрг/г, то поглощенная доза для этой среды составляет 0,88 раз (88:100), так как 1 рад = 100 эрг/г. Таким образом экспозиционная доза в 1 Р соответствует поглощенной дозе в 0,88 рад.

Для различных биологических тканей используют переходные коэффициенты (их определяют опытным путем). Для мягких тканей он составляет 0,93, для костной ткани – 2-5.

Поглощенная доза обычно рассчитывается для рентгеновского и гамма-излучения. Для других видов излучений принята эквивалентная доза.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Эквивалентная доза и единицы ее измерения.

 

Эквивалентная доза – это произведение поглощенной дозы излучения в биологической ткани на коэффициент качества этого излучения в данной биологической ткани. Единицей эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв).  13в = Дж/кг, т.е. зиверт равен эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава на средний коэффициент качества равно 1Дж/кг. Используются также производные единицы: мЗв – миллизиверт (в тысячу раз меньше Зв); мкЗв – микрозиверт (в миллион раз меньше Зв).

Информация о работе Шпаргалка по "Естествознанию"