Источники и влияние излучений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Перечислите основные виды ионизирующих излучений

Под ионизирующим излучением понимают потоки фотонов или частиц, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов или молекул. Различают:

- фотонное (электромагнитное - гамма-излучение)

- корпускулярное (альфа- и бета-излучение)

Альфа-излучение - один из видов ионизирующих излучений; представляет собой поток быстро движущихся, обладающих значительной энергией, положительно заряженных частиц (альфа-частиц).

Бета-излучение - поток электронов или позитронов (в-частиц), испускаемых при Бета-распаде радиоактивных изотопов.

Гамма-излучение - вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны - 5х10^-3 нм и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.

2. Сравните ионизирующую способность альфа и бета излучений

Альфа(а) - излучение представляет собой поток ядер гелия, обладающих большой скоростью. Эти ядра имеют массу 4 и заряд +2. Они образуются при радиоактивном распаде ядер или при ядерных реакциях. В настоящее время известно более 120 искусственных и естественных альфа-радиоактивных ядер, которые, испуская альфа-частицу, теряют 2 протона и 2 нейтрона.

Энергия альфа-частиц не превышает нескольких МэВ. Излучаемые альфа-частицы движутся практически прямолинейно со скоростью примерно 20 000 км/с.

МэВ - единица энергии (мега-электрон-вольт), применяемая в атомной и ядерной физике. 1МэВ = 10⁶ эВ (электрон-вольт). Для перевода значений энергии излучения в систему СИ пользуются следующими соотношениями: 1 эВ = 1,60206 * 10^-19 Дж; 1 МэВ = 1,60206 * 10^-13 Дж.

Под длиной пробега частицы в воздухе или других средах принято называть наибольшее расстояние от источника излучения, при котором еще можно обнаружить частицу до ее поглощения веществом. Длина пробега частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии и среды, в которой происходит движение. С возрастанием начальной энергии частицы и уменьшением плотности среды длина пробега увеличивается. Если начальная энергия излучаемых частиц одинакова, то тяжелые частицы обладают меньшими скоростями, чем легкие. Если частицы движутся медленно, то их взаимодействие с атомами вещества среды более эффективно и частицы быстрее растрачивают имеющийся у них запас энергии.

Длина пробега альфа-частиц в воздухе обычно менее 10 см. Так, например, альфа-частицы с энергией 4 МэВ обладают длиной пробега в воздухе примерно в 2,5 см. В воде или в мягких тканях человеческого тела, плотность которых более чем в 700 раз превышает плотность воздуха, длина пробега альфа-частиц составляет несколько десятков микрометров. За счет своей большой массы при взаимодействии с веществом альфа-частицы быстро теряют свою энергию. Это объясняет их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию: при движении в воздушной среде альфа-частица на 1 см своего пути образует несколько десятков тысяч пар заряженных частиц - ионов.

Бета-излучение представляет собой поток электронов (в^--излучение, или, чаще всего, просто в - излучение) или позитронов (в⁺-излучение), возникающих при радиоактивном распаде. В настоящее время известно около 900 бета-радиоактивных изотопов.

Масса бета-частиц в несколько десятков тысяч раз меньше массы альфа-частиц. В зависимости от природы источника бета-излучений скорость этих частиц может лежать в пределах 0,3 - 0,99 скорости света. Энергия бета-частиц не превышает нескольких МэВ, длина пробега в воздухе составляет приблизительно 1800 см, а в мягких тканях человеческого тела ~ 2,5 см. Проникающая способность бета-частиц выше, чем альфа-частиц (из-за меньших массы и заряда). Например, для полного поглощения потока бета-частиц, обладающих максимальной энергией 2 МэВ, требуется защитный слой алюминия толщиной 3,5 мм. Ионизирующая способность бета-излучения ниже, чем альфа-излучения: на 1 см пробега бета-частиц в среде образуется несколько десятков пар заряженных ионов.

3. Какие типы взаимодействий вызывают ионизацию вещества при его облучении гамма-лучами?

Взаимодействие g-квантов с веществом существенно отличается от взаимодействия a- и b-частиц. В то время как заряженные частицы передают свою энергию электронам атомов при многократных процессах соударения, g-кванты отдают всю или, по крайней мере, большую часть своей энергии при однократном взаимодействии. Однако вероятность этого взаимодействие очень низка, поэтому g-кванты обладают гораздо большей проникающей способностью, чем заряженные частицы.

Проникающая способность излучения характеризуется чаще всего толщиной слоя поглотителя (в г/см₂), при которой интенсивность излучения уменьшается наполовину. Эту величину называют толщиной слоя полупоглощения.

При семикратной (по отношению к указанной выше величине) толщине слоя интенсивность уменьшается до 1% от первоначального значения; при десятикратной - до 0,1%.

Поглощение g-квантов вызывается тремя независимыми друг от друга процессами с различной физической природой:

· фотоэффектом;

· эффектом Комптона;

· образованием электрон-позитронных пар,

Фотоэффект - это процесс, при котором g-квант передает всю свою энергию орбитальному электрону и прекращает свое существование.

Энергия выбрасываемого при фотоэффекте электрона Е_е равна разности между энергией g-кванта Е_g и энергией связи электрона Е_св:

Е_е = Е_g - Е_св; в большинстве случаев Е_g>Е_св.

Рис. 1. Схема фотоэффекта

Эффектом Комптона называют процесс, при котором g-квант отдает электрону только часть своей энергии, т.е. g-квант рассеивается.

Это упругое столкновение фотонного излученияс электронами внешней оболочки атома. g-Квант передает часть своей энергии электрону и изменяет направление своего движения. Отраженный g-квант называется вторичным, или рассеянным.

Рис. 2. Схема эффекта Комптона

Электроны, выбрасываемые в процессе эффекта Комптона, имеют сплошной энергетический спектр.

Комптон-эффект является основным процессом взаимодействия с веществом фотонного излучения в диапазоне энергий 0,5-10 МэВ. С ростом энергии фотонов вероятность комптоновского рассеяния убывает. Многократный процесс рассеяния за счет Комптон-эффекта приводит в конечном счете к тому, что рассеянный фотон в результате фотоэффекта поглотится атомом.

Образование электрон-позитронных пар - это такое взаимодействие фотонного излучения с веществом, при котором энергия фотона в поле ядра переходит в энергию массы покоя и кинетическую энергию электрона и позитрона (Рис. 3).

Рис. 3. Схема образования электрон-позитронных пар

Так как энергия покоя как электрона, так и позитрона равна 0,51 МэВ, то образование пар возможно лишь при энергии фотона большей 1,02 МэВ. Образование пар возможно только в поле ядра. Ядро в соответствии с законом сохранения импульса принимает на себя часть импульса фотона. Часть энергии фотона, превышающая 1,02 МэВ, передается электрону и позитрону в виде кинетической энергии. Позитрон через короткое время аннигилирует с образованием двух вторичных фотонов, каждый из которых имеет энергию 0,51 МэВ и поэтому не может образовывать пары.

Поглощение фотонного излучения в результате образования пар наблюдается в основном на атомах тяжелых элементов. Этот процесс является преобладающим при энергии фотонов более 10 МэВ.

Вклад каждого из трех рассмотренных процессов в общий процесс поглощения зависит в первую очередь от энергии g-квантов и порядкового номера поглотителя. При низких значениях энергии (<0,5 МэВ) поглощение g-квантов свинцом обусловлено в основном фотоэффектом, при энергии выше 4 МэВ - образованием электрон-позитронных пар, а в области средних значений энергий - эффектом Комптона. Для элементов с меньшим порядковым номером (исключая очень низкие значения энергии g-квантов) эффект Комптона является доминирующим в общем процессе поглощения и при более высоких значениях энергии g-квантов, например для алюминия - до 10 МэВ.

Поглощение g-квантов сильно зависит от порядкового номера элементов. Свинец является наилучшим поглотителем g-квантов. во всех областях энергии.

Для определения энергии g-квантов в настоящее время используют главным образом сцинтилляционные и полупроводниковые детекторы. По положению «фотопика», используя калибровочную кривую, можно определить энергию g-квантов. Полупроводниковые детекторы, позволяющие получать более узкие линии, обладают значительно большей разрешающей способностью, что особенно важно при регистрации g-квантов с близкими энергиями.

Различие в проникающей способности разных видов излучения принято пояснять примером, приведенным на Рис. 4:



Рис. 4. Сравнение проникающей способности различных видов излучения

· лист бумаги (толщина слоя 8,0 мг/см2) полностью поглощает a-частицы, незначительно ослабляет поток b-частиц, g-излучение преодолевает такую преграду без ослабления,

· лист стали толщиной чуть менее миллиметра (450 мг/см2) полностью поглощает поток b-частиц (и тем более a-частиц), однако, g-излучение ослабляет незначительно,

· лист свинца толщиной 5 см (56,5 г/см2) ослабит g-излучение с энергией 1МэВ примерно в 10 раз.

4. Дайте общую характеристику нейтронных источников, используемых в технике

излучение ионизация облучение нейтронный

Нейтронные источники применяются в ядерно-физических исследованиях и в практических. Все Н. и. характеризуются: мощностью (число нейтронов, испускаемых в 1 сек), энергетическим и угловым распределением, поляризацией нейтронов и режимом испускания (непрерывным или импульсным). В первых Н. и. для получения нейтронов использовались ядерные реакции (a, n) на ядрах ⁷Be или ¹⁰B, а также фоторасщепление дейтрона или ядра Be, т.е. реакция (g, n). В первом случае Н. и. представляет собой равномерную механическую смесь порошков ⁷Be и радиоактивного изотопа, испускающего a-частицы (Ra, Po, Pu и др.), запаянную в ампулу. Соотношение количеств Be и, например, Ra ~ ¹/₅ (по весу). Их мощность определяется допустимым количеством a-активного препарата. Обычно активность Ј 10 кюри, что соответствует испусканию ~ 10⁷-10⁸нейтронов в 1 сек (см. табл.). Н. и. со смесью Ra + Be и Am + Be являются одновременно источниками интенсивного g-излучения (10⁴-10⁵ g-квантов на 1 нейтрон). Н. и. со смесью Po + Be и Pu + Be испускают только 1 g-квант на 1 нейтрон.

В случае фотонейтронного ампульного источника ампула содержит полый цилиндр или шар из Be или с тяжёлой водой D₂O, внутри которого размещается источник g-излучения. Энергия g-квантов должна быть выше пороговой энергии фоторасщепления ядер D или Be. Недостаток такого Н. и. - интенсивное g-излучение; применяется в тех случаях, когда нужно простыми средствами получить моноэнергетические нейтроны. В ампульных Н. и. используется также спонтанное деление тяжёлых ядер (см. Ядра атомного деление).

После появления ускорителей заряженных частиц для получения нейтронов стали использоваться реакции (р, n) и (d, n) на лёгких ядрах, а также реакции (d, pn). В специальных ускорительных трубках протоны и дейтроны ускоряются в электрическом поле, создаваемом напряжением ~ 10⁵-10⁷ в. Такие нейтронные генераторы разнообразны по размерам и характеристикам (см. рис.). Некоторые из них размещаются на площади 50-100 м² и обладают мощностью - 10¹²-10¹³ нейтронов в 1 сек (энергию можно варьировать от 10⁵ до 10⁷эв). Существуют и миниатюрные ускорительные трубки (диаметры 25-30 мм), испускающие 10⁷-10⁸ нейтронов в 1 сек, которые используются в нейтронном каротаже.

Для получения нейтронов с энергиями 2-15 Мэв наиболее употребительны реакции D (d, n)³He и T (d, n)⁴He. мишенью служит гидрид металла (обычно Zr или Ti) с дейтерием или тритием. В реакции D + d значительный выход нейтронов наблюдается уже при энергии дейтронов ~ 50 кэв. Энергия нейтронов при этом ~ 2 Мэв и растет с ростом энергии протонов. Для нейтронов с энергией 13-20 Мэвпредпочтительнее реакция Т + d, дающая больший выход нейтронов. Например, при энергии дейтронов 200 кэв из толстой тритиево-циркониевой мишени вылетают нейтроны с энергией ~ 14 Мэв в количестве 10⁸ в 1 сек на 1 мкк дейтронов.

Характеристики наиболее распространённых ампульных нейтронных источников

Ядерная реакция	Период полураспада	Число нейтронов в 1 сек на 1 кюри	Энергия нейтронов в Мэв
Реакция (a, n) Ra + Be Rn + Be Po + Be Pu + Be Am + Be	1620 лет 3,8 сут 139 сут 24 тыс. лет 470 лет	107 107 106 106 106	Сплошной спектр от 0,1 до 12 с максимумом в области 3-5
Реакция (g, n) Ra + D2O MsTh + Be MsTh + D2O 140La + Be 140La + D2O 124Sb + Be 72Ca + D2O 24Na + Be 24Na + D2O	1620 лет 6,7 года 6,7 года 40 ч 40 ч 60 сут 14,1 ч 14,8 ч 14,8 ч	104-105	0,12 0,83 0,2 0,62 0,15 0,024 0,13 0,83 0,22
Спонтанное деление		Число нейтронов на 1 мг	Сплошной спектр 0,1-12 с максимумом в области 1, 5	236Pu 240Pu 244Cm 252Cf	2,9 года 6,6Ч103 лет 18,4 года 2,6 года	26 1,1 9Ч103 2,7Ч109

Реакция (р, n) на ядрах ⁷Li и др. удобна для получения моноэнергетических нейтронов в широком диапазоне энергии. Она обычно используется в электростатических ускорителях. Для получения нейтронов более высоких энергий (~ 10⁸эв) используются реакции (р, n) и (d, pn) на пучках протонов и дейтронов высоких энергий. Реакция (р, n) осуществляется за счёт непосредственного выбивания нейтрона из ядра (без промежуточной стадии возбуждения ядра), а также за счёт перезарядки летящего нуклона в поле ядра. Нейтроны вылетают в этом случае преимущественно вперёд (по направлению протонного пучка), они монохроматичны при фиксированном угле вылета. Реакция (d, pn) (развал дейтрона в поле ядра) приводит к генерации нейтронов с энергией, равной ¹/₂ энергии дейтрона.

В качестве Н. и. используются также электронные ускорители. Интенсивные пучки быстрых электронов направляются на толстые мишени из тяжёлых элементов (Pb, U). Возникающие тормозные g-кванты вызывают реакцию (g, n) или деление ядер, сопровождающееся испусканием нейтронов. Все нейтронные генераторы могут работать как в непрерывном, так и импульсном режимах.

Самые мощные источники нейтронов - ядерные реакторы. Нейтронный пучок, выведенный из реактора, содержит нейтроны с энергиями от долей эв до 10-12 Мэв. В мощных реакторах плотность потока нейтронов в центре активной зоны реактора достигает 10¹⁵ нейтронов в 1 сек с 1 см² (при непрерывном режиме работы). Импульсные реакторы, работающие в режиме коротких вспышек, создают более высокую плотность потока нейтронов, например импульсный реактор на быстрых нейтронах в Объединённом институте ядерных исследований (ИБР) имеет в момент вспышки в центре активной зоны 10²⁰ нейтронов в 1 сек с 1 см².

5. Какова связь активности нуклида с его массой?

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).

Внесистемной единицей активности является кюри (Ки). Кюри - это такая активность, когда число радиоактивных распадов в секунду равно

3,7 х 1010 (37 млрд. расп./с). Кюри соответствует активности 1г радия. Так как кюри очень большая величина, то обычно употребляют производные величины: мКи - милликюри (тясячная доля кюри) - 3,7 х 107 расп/с; мкКи - микрокюри (миллионная доля кюри) - 3,7 х 104 расп/с; нКи - нанокюри (миллиардная доля кюри) - 3,7х10 расп/с.

Зная активность в беккерелях, не трудно перейти к активности в кюри и наоборот:

1 Ки = 3,7 х 1010 Бк = 37 гигабеккерель;

1 мКи = 3,7 х 107 Бк = 37 мегабеккерель;

1 мКиКи = 3,7 х 104 Бк = 37 килобеккерель;

1 Бк = 1 расп/с = 2,7 х 10-11 Ки.

На практике часто пользуются числом распадов в минуту.

1 Ки = 2,22 х 1012 расп/мин.

1 мКи = 2,22 х 109 расп/мин.

1 мКи = 2,22 х 106 расп/мин.

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).При загрязнении местности в

40 Ки/км2 по цезию-137 на 1м2 поверхности размещается 2000000 млрд. ядер, или 0,455 микрограмм цезия-137.

Линейная активность радионуклида - отношение активности радионуклида, содержащегося на длине отрезка к его длине.

Массу в граммах при известной активности (например, 1Ки) радионуклида определяют по формуле m = к х А х ТЅ х а, где m - масса в граммах; А - атомная масса; ТЅ - период полураспада; а - активность в кюри или беккерелях; к - константа, зависящая от единиц, в которых дан период полураспада и активность. Если период полураспада дан в секундах, то при активности в беккерелях константа равна 2,4 х 10-24, при активности в кюри - 8,86 х 10-14. Если период полураспада дан в других единицах, то его переводят в секунды.

Подсчитаем массу 131J с периодом полураспада 8,05 дней для создания активности в 1 кюри.

М = 8,86 х 10-14 х 131 х 8,05 х 24 х 3600 х 1 = 0,000008 г. Для стронция-90 масса равна 0,0073, плутония-239 - 16,3 г, урана-238 - 3 т. Возможно вычислить активность в беккерелях или кюри радионуклида при известной его массе: а0 = l x m/ (А х Т 1/2), где l - параметр, обратный константе «к». При ТЅ измеренных в секундах, а активности - в беккерелях,

l = 4,17 х 1023, при активности в Ки l = 1,13 х 1013 Так, активность 32,6 г плутония - 239 равно

а0 = 1,13 х 1013 х 32,6 (239 х 24300 х 365 х 24 х 3600)=2 Ки,

а0= 4,17 х 1013 х 32,6 (239 х 24300 х 365 х 24 х 3600)= 7,4 х 1010 Бк.

Биологическое действие радиации обусловлено ионизацией облучаемой биологической среды. На процесс ионизации излучение растрачивает свою энергию. Т.е. в результате взаимодействия излучения с биологической средой живому организму передается определенная величина энергии. Часть излучения, которая пронизывает облучаемый объект (без поглощения), действия на него не оказывает. Радиационный эффект зависит от многих факторов: количества радиоактивности снаружи и внутри организма, пути ее поступления, вида и энергии излучения при распаде ядер, биологической роли облучаемых органов и тканей т.д. Объективным показателем, увязывающем все эти разнообразные факторы, является количество поглощенной энергии излучения от ионизации, которую эта энергия производит в массе вещества.

Для того, чтобы предсказать величину радиационного эффекта, нужно научиться измерять интенсивность воздействия ионизирующего излучения. А это можно сделать, измерив поглощенную в объекте энергию или суммарный заряд образовавшихся при ионизации ионов. Эта величина поглощенной энергии получила название дозы.

6. Дайте определение мощности дозы излучения

Мощность дозы (интенсивность облучения) - приращение соответствующей дозы под воздействием данного излучения за единицу времени. Имеет размерность соответствующей дозы (поглощенной, экспозиционной и т.п.), делённую на единицу времени. Допускается использование различных специальных единиц (например, Зв/час, бэр/мин, мЗв/год и др.).

7. Что такое период полураспада?

Период полураспада квантовомеханической системы (частицы, ядра, атома, энергетического уровня и т.д.) - время T_Ѕ, в течение которого система распадается с вероятностью 1/2. Если рассматривается ансамбль независимых частиц, то в течение одного периода полураспада количество выживших частиц уменьшится в среднем в 2 раза.

8. Дайте характеристику ЕРН в литосфере

Литосфера (земная кора) - твердая верхняя оболочка Земли (средней толщиной 33 км) из вулканических и осадочных горных пород. Под океаном она сложена, в основном, из базальтовых пород, а под континентом - над нижним слоем преимущественно базальтовых пород лежит слой гранитных, а еще ближе к поверхности слои гранитных и осадочных пород. Самым верхним и очень тонким (как правило толщиной не более метра) является почвенный покров.

Литосфера является основным резервуаром естественных радионуклидов на Земле. Вместе с другими элементами радиоактивные элементы входили в состав первичного вещества, из которого была сформирована Земля. В настоящее время в Земной коре содержание естественных радионуклидов следующее:

⁴⁰К - Т_1/2=1,31ґ10⁹ лет; содержание 2,5%

Средняя удельная активность 7,8ґ10² Бк/кг

Масса 12,4ґ10¹⁹ т

Активность 3,1ґ10³¹ Бк.

²³²Th - Т_1/2=1,4ґ10¹⁰ лет; содержание 1,3ґ10^-3%

Средняя удельная активность 3,2ґ10¹ Бк/кг

Масса 3,2ґ10²⁰ т

Активность 1,3ґ10³⁰ Бк.

²³⁵U - Т_1/2=7,13ґ10⁸ лет; содержание 1,8ґ10^-5%

Средняя удельная активность 1,8 Бк/кг

Масса 8,8ґ10¹⁵ т

Активность 7,1ґ10²⁸ Бк.

²³⁸U - Т_1/2=4,5ґ10⁹ лет; содержание 2,6ґ10^-4%

Средняя удельная активность 3,7ґ10¹ Бк/кг

Масса 1,26ґ10¹⁹ т

Активность 1,5ґ10³⁰ Бк.

Напомним, что кроме этих ЕРН, имеющих существенное значение для радиоэкологии, в земной коре имеется еще целый ряд естественных радионуклидов, которые практически не влияют на биосферу либо из-за большого периода полураспада (> 10¹⁶ лет) ⁴⁸Со, ⁸⁷Rb, ⁹⁶Zr,¹³⁰Te, либо из-за очень низкого содержания - ¹³⁸La, ¹⁷⁶Lu, ¹⁸⁷Re.

9. Что такое естественные радионуклиды?

К естественным радионуклидам (ЕРН) относятся следующие.

1. Элементы первичного происхождения, существовавшие на Земле со времени ее возникновения (возраст Земли - около 4,6 млрд лет, но формирование ее элементного состава началось еще примерно за 5 млрд лет до того, т.е. 9-10 млрд лет назад). Это изотопы с периодами полураспада 10в9 -10в10 лет и более: 238U, 232Th, 40К, 87Rb и некоторые другие. Наибольшее значение среди них, в силу большой распространенности элемента и его биофильности, принадлежит калию-40.

2. Космогенные радионуклиды, которые постоянно образуются в верхних слоях атмосферы от бомбардировки потока ми космических частиц - это 14С, 3Н, 7Ве, 10Ве, 39Аr.

10. Распределения радия-226 и радона-222 в воде морей

Содержание радия в водах океана 2*104т (дно океанов богаче радием, чем суша). Содержание радияв поверхностных водах Тихого и Атлантического океанов около (4-6)?10-14 г./л, и составляет примерно десятую часть от величины, вычисленной в предположении равновесия между радием и растворенным в воде ураном. Полагают, что это происходит вследствие со осаждения радиевого предшественника иония (230Th) с гидроокисью железа. Концентрация радия в океанах увеличивается с глубиной и достигает величины 16?10-14 г./л на глубине 4-5 км в Тихом океане. В глубоководных донных осадках, напротив, наблюдается сдвинутое в сторону радия отношение между ураном и радием, и эти осадки, как видно из данных Табл. 3, характеризуются высокими концентрациями радия. Наиболее высокая концентрация (5?10-11 г./г) радия в донных осадках была обнаружена в районе острова Таити.

Заметная концентрация радия в глубоководных осадках впервые была установлена Джоли (1908), проведшим определения содержания радия в пробах донных осадков, собранных экспедицией Челленджера. С тех пор уже накоплено значительное количество данных о концентрации радия в глубоководных осадках. Получил подтверждение факт, что морские донные осадки с глубин более 2000 м обычно содержат радия больше, чем гранитоидные породы суши. Повышенная концентрация радия особенно заметна в красных глинах. Наибольшее содержание радия среди континентальных пород наблюдается в гранитах; однако глубоководные осадки содержат радия гораздо больше. Что касается механизма концентрации радия в глубоководных осадках, то, согласно имеющемуся объяснению, ионий, 230Th, (родитель, радия, 226Ra), осаждается в них вместе с гидроокисью железа. Частично концентрация радия может быть связана с аккумуляцией в осадках самого радия; вместе с тем считается, что осаждение урана из морской воды значительно меньше. Имеется ряд аналитических данных о содержании радия в морской воде. Эванс (1938) провёл определение среднего содержания радия в сложной пробе морской воды и установил, что оно равно 8х10-14 г./л, а среднее содержание урана в морской воде составляет 1,5х10-6 г./л. В отношении аккумуляции радия в глубоководных осадках Хамагуши (1939) высказал предположение, что радий осаждается вместе с коллоидальными частицами гидроокиси и окиси железа и марганца. Его предположение подтверждается концентрацией марганца ижелеза в глубоководных осадках. Длительность периода со времени начала генерации ионием радия до времени образования

максимального количества радия составляет около 10000 лет. На распределение радия в осадках влияют колебания в скорости осаждения иония, вариации общей скорости седиментации, а также диффузия и адсорбция в осадках радия и иония. Скорость осаждения иония 1-20 мм/1000 лет; содержание иония в океане составляет 3,1х10-15 г./мл.

Механизмы извлечения иония и радия из водыокеана связаныс адсорбцией и ионным обменом. Источником естественных радионуклидов морей и океанов является литосфера:

1) твёрдый и жидкий

сток с континентов;

2) береговая абразия;

3) выщелачивание из донных осадков;

4) осаждение аэрозолей из атмосферы (пыль); осаждение материалов вулканических извержений.

Состав морской воды достаточно стабилен, поэтому и концентрации природных радионуклидов в ней довольно постоянны. Концентрация радия в морской воде: 226Ra 3?10-14 г./л, активность 226Ra 3,3?10-3 Бк/л, концентрация 228Ra 2?10-17 г./л, активность 228Ra 1,7?10-4 Бк/л. Соотношение радионуклидов в донных осадках существенно отличается от их распределения в воде. По массе преобладает 232Th, затем 238U, по величине активности на первом месте находятся продукты распада урана: 230Th и 226Ra. При этом активность 226Ra в красной глине 420-1700 Бк/кг, а в глобигериновом иле 85 Бк/кг. Радий в океанической воде менее устойчив, чем уран, но более растворим, чем торий. Отношение 228Th/228Ra в морской воде много ниже равновесного значения (единицы): 0,2-0,002. Концентрация радия в морской воде довольно стабильна и составляет 10-15 г./л, что в 10-100 раз ниже равновесной с ураном величины. Радий находится в воде в виде иона Ra2+. Однако физико-химические условия морской среды благоприятны для образования радиоколлоидов радия, поэтому в толще морской воды концентрация радия увеличивается сверху вниз за счёт со осаждения со взвесью (от 0,4 до 2,9?10-15 г./л).

Накопление изотопов радия гидробионтами изучено недостаточно. У фитопланктона отмечены величины КН в среднем около 2000, а у зоопланктона - порядка 100. для водорослей Баренцевого моря были определены КН, также близкие к 100 (на сырую массу). Наблюдается некоторая связь с карбонатностью. Концентрация 222Rn в морской воде ниже, чем в континентальных водах, в связи с существенно более низким содержанием материнского 226Ra. Она равна около 1 Бк/м3. Так как концентрация радия в толще воды возрастает сверху вниз, то максимум в распределении радона приходится на придонные воды.

Размещено на Allbest.ru