Становлення і розвиток радіоекології

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

Розділ 1. Радіоекологія як наука

1.1 Визначення і об'єкт радіоекології

1.2 Напрями радіоекології

Розділ 2. Становлення і розвиток радіоекології

2.1 Перші відомості про радіоактивність

2.2 Властивості радіоактивного випромінювання

2.3 Енергія, яку випромінює радій

2.4 Альфа-, бета- і гамма-промені

2.5 Становлення радіоекології в Україні

Висновки

Список використаних джерел

Вступ

Перед світовою спільнотою чимраз гостріше постає проблема негативної екологічної дії радіації на довкілля. Це зумовлено невпинним зростанням кількості радіоактивних речовин як природного, так і техногенного походження, підвищенням інтенсивності космічних променів, унаслідок чого екологічні системи (екосистеми) Землі зазнають дедалі більшого впливу іонізуючого випромінювання.

Підвищення рівня радіоактивності навколишнього природного середовища зумовлено передусім розвитком атомної енергетики, активним використанням джерел іонізуючого випромінювання у медицині й промисловості, а також радіоактивних речовин у техніці, наукових та військових дослідженнях. Унаслідок руйнування людиною озонового шару атмосфери також посилюється згубна дія ультрафіолетових променів.

Радіоактивне забруднення довкілля досягло глобальних катастрофічних масштабів. Воно відбувається у результаті випробувань ядерної зброї, аварій на об'єктах атомної енергетики, під час видобутку й переробки ядерного палива тощо. Найтяжчими для екосистем світу, а особливо для здоров'я людини стали екологічні наслідки найбільшої техногенної катастрофи на Чорнобильській атомній електростанції.

Отже, людство вже сьогодні повинно вчитися запобігати та протидіяти негативному впливові радіації на екосистеми.

Усвідомлення важливості радіоекології - науки, яка вивчає дію іонізуючого випромінювання на екологічні системи, її значення для розв'язання проблем оптимізації природного середовища сприяли активному проведенню досліджень у цій галузі. Сучасні радіоекологічні дослідження набули міждисциплінарного характеру на ґрунті зв'язків із суміжними науками: екологією, географією, геологією і біологією. Це зумовило широту їхньої науково-методологічної основи.

Останніми роками проведено великий обсяг цінних вітчизняних та закордонних радіоекологічних досліджень, опубліковано чимало праць з цієї проблеми.

У радіоекології постійно виникають нові факти, теоретичні положення, погляди, методи й прикладні розробки. Попри це, побутує проблема, зумовлена опрацюванням результатів досліджень, спричинена відмінністю у позиціях прихильників розвитку атомної індустрії та активних захисників довкілля. Незважаючи на відмінність у поглядах, радіоекологічні дослідження збагачують новими знаннями сучасну екологію.

Розділ 1. Радіоекологія як наука

1.1 Визначення і об'єкт радіоекології

Відома низка різних визначень радіоекології як науки, що досліджує розподіл, міграцію та кругообіг радіоактивних речовин у екологічних системах (екосистемах), а також дію іонізуючого випромінювання на біогеоценози. Водночас існує думка, що радіоекологія вивчає вплив іонізуючого випромінювання і радіоактивних елементів на все природне середовище та окремі його компоненти, а також екосистемну міграцію радіонуклідів. Тобто радіоекологію, з одного боку, розглядають як розділ радіобіології, а з іншого - як самостійний науковий напрям, що сформувався на стику радіології й екології.

Більшість фахівців-радіологів дотримуються думки, що під радіоекологією слід розуміти самостійний науковий напрям. На їхню думку радіоекологія - це наука, що вивчає різноманітні аспекти дії іонізуючого радіоактивного випромінювання на екосистеми різних рівнів територіально-просторової організації, в тому числі на їхні живу і неживу складові.

Будь-яка самостійна наукова дисципліна має чітко визначений об'єкт досліджень. В екології таким об'єктом вважається взаємодія живих організмів та їхніх угруповань із рештою компонентів довкілля. Виходячи з такого розуміння об'єктом досліджень у радіоекології є відповідна реакція екосистем на дію іонізуючого випромінювання.

Із поданих визначень радіоекології очевидно, що коло реальних об'єктів, у межах яких досліджується вплив іонізуючого випромінювання на природне середовище, надзвичайно широке. Воно охоплює всі складові екосистеми: літогенну основу, ґрунтовий покрив, водне та повітряне середовища, рослинний та тваринний світ, а, зрештою, й людину.

Об'єктом радіоекологічного дослідження також вважається сукупність природних (геологічних, геоморфологічних, фізико-географічних та ін.) процесів, що відбуваються в екосистемах.

1.2 Напрями радіоекології

Унаслідок різноманітності досліджуваних екологічних об'єктів і процесів радіоекологія використовує різні методи досліджень, запозичивши їх у фізики, хімії, біології, генетики і географії. Відповідно до рівнів організації природних чи техногенних екосистем, у радіоекології виділяють розділи, які виступають як самостійні наукові напрями: радіаційна фізика, радіаційна хімія, радіобіологія, радіаційна генетика і радіаційна географія. Зауважимо, що ці розділи радіоекології тісно пов'язані між собою, доповнюють один одного й у сукупності створюють загальну теорію і методику дії іонізуючого випромінювання на екосистеми.

Радіаційна фізика розглядає процеси передачі енергії компонентам природного середовища іонізуючого випромінювання на рівні атомів і молекул. Будь-який процес у радіоекології розпочинається саме із взаємодії радіації з речовиною, тобто фізичного явища.

Радіаційна хімія вивчає властивості різних хімічних форм і сполук, які виникли внаслідок дії іонізуючого випромінювання із іншими речовинами та особливості їх відповідних хімічних переворень. Із застосуванням методів радіаційної хімії досліджують реакції, що відбуваються за участю змінених опроміненням активних хімічних форм молекул.

Радіобіологія вивчає вплив іонізуючого випромінювання на біогеоценози різних рівнів, у тому числі на тваринні та рослинні угруповання й людину. Водночас вона досліджує реакції на опромінення будь-яких біологічних систем, а також особливості процесів, що спричинюють формування екологічної відповіді біогеоценозу на вплив радіації.

Радіаційна генетика досліджує механізми виникнення генетичних та спадкових змін й мутацій унаслідок опромінення клітин, процеси їхнього збереження, перетворення тощо.

Радіаційна географія розглядає питання просторово-територіального розміщення об'єктів радіоекологічного дослідження, аналізує особливості радіаційної ситуації в екосистемах локального, реґіонального і глобального рівнів.

Розділ 2. Становлення та розвиток радіоекології

2.1 Перші відомості про радіоактивність

Явище радіоактивності не нове - новизна полягає лише у тому, що люди навчилися його використовувати. На Землі радіоактивність існувала ще до зародження життя і вже була присутня в космічному просторі до виникнення самої планети. Навіть людина, певною мірою, є дещо радіоактивною, оскільки в її організмі у незначній кількості присутні радіоактивні речовини.

Ядерний літопис слід вести з 1896 р. Почалося все з однієї наукової помилки, або, щоб бути більш точним, з неправильною наукової гіпотези.

Питання стояло про природу загадкових тоді «X-променів», відкритих незадовго перед цим (1895 р.) Рентгеном і названих нині рентгенівськими променями. Учені всіх країн перебували тоді під враженням цього відкриття. Робота Рентгена ретельно вивчалася й обговорювалася. Французький вчений Анрі Беккерель звернув увагу на зазначення Рентгена про те, що виявлені їм невидимі оком рентгенівські промені виходять з кінця скляної трубки, що світиться жовтувато-зеленим світлом, що нагадує світло люмінесцентних речовин. І жовто-зелене свічення, і рентгенівські промені виходили з одного і того ж місця скляної трубки. Це не було випадковістю. У трубці, з якою виробляв свої дослідження Рентген, виникнення «X-променів» завжди супроводжувалося жовтувато-зеленим світінням скла.

Беккерель довгий час займався вивченням різних люмінесцентних речовин, які під впливом сонячного освітлення починають випромінювати свій власний, характерний для них світло.

Думка, яка послужила поштовхом до дослідів Беккереля, була проста - чи не є люмінесценція причиною рентгенівських променів? Може бути, рентгенівські промені існують завжди, коли є люмінесценція? Зараз, у світлі наших знань про будову атома і природі рентгенівських променів, ця думка здається смішною, але в той час, коли природа цих променів була невідома, це припущення здавалося цілком природним.

Треба сказати, що Беккерелю пощастило. Завдяки щасливому випадку в якості люмінесцентної речовини він взяв одну з солей урану - подвійну сірчанокислу сіль урану і калію. Ця обставина обумовила успіх досвіду. Сам досвід був вкрай простий і полягав у наступному.

Фотографічна пластинка ретельно заверталась в чорний папір, не прозорий для видимих променів. Поверх паперу на платівку містилася подвійна сірчана сіль урану-калію. Після цього пластинка виставлялася на яскраве сонячне світло. Через декілька годин пластинка виявлялася з дотриманням всіх необхідних запобіжних заходів. При цьому на платівці була виявлена темна пляма, що нагадує по своїй формі контури люмінесцентної речовини.

Серією контрольних дослідів Беккерель показав, що це потемніння з'явилося в результаті дії на фотографічну пластинку променів, що виходять з подвійної сірчанокислої солі урану-калію і проходять через непроникну для сонячного світла чорний папір.

Спочатку Беккерель не сумнівався в тому, що це і є рентгенівські промені. Однак дуже скоро він зрозумів, що помилився. Одного разу трапилося так, що день, в який він виробляв свої досліди, був похмурим, і сіль урану була не здатна до люмінесценції. Вважаючи, що досвід буде невдалий, він прибрав платівку разом з подвійною сірчанокислою сіллю урану-калію в шафу, де вона і пролежала кілька днів. Перед новим досвідом, не будучи впевненим у придатності цієї платівки, він її виявив. На свій подив, він виявив на платівці потемніння, що представляє відбиток солі, причому інтенсивність відбитка була надзвичайно сильною. Справа була зовсім не в люмінесценції: щось діяло на платівку й без неї.

Було очевидно, що Беккерель зіткнувся з якимись новими променями. Дуже швидко вдалося встановити, що ці промені зобов'язані своїм виникненням урану. Тільки ті з люмінесцентних речовин, до складу яких входив уран, діяли на фотографічну пластинку. На фотопластинку діяли будь-які солі урану. Проте найсильніше діяв сам уран.

Промені, відкриті Беккерелем, дещо подібні з променями Рентгена. Вони діють на фотопластинку, проходять через чорний папір і шари металу невеликої товщини. Є, однак, і велика різниця між цими променями. Рентгенівські промені виникають при електричному розряді, що відбувається в сильно розрідженому газі. Тиск газу має бути близько однієї мільйонної частки атмосферного тиску. До електродів, між якими відбувається розряд, необхідно докласти дуже високу напругу, - у сотні разів перевищує напругу в 110 вольт, якою ми користуємося в повсякденному житті. Рентгенівські промені виникають при цих умовах незалежно від природи газу, що наповнює рентгенівську трубку, а також незалежно від речовини, з якої зроблені електроди.

Промені Беккереля не вимагають ніякого електричної напруги, ані великої, ні малої. Не потрібен і розріджений газ. Рентгенівські промені виникають тільки в присутності електричного розряду; промені Беккереля випромінюються завжди, весь час, безперервно. Але їх випромінює тільки уран. Чи тільки уран? Це питання і було поставлено Марією Склодовською-Кюрі.

Пошуки Марії Кюрі були тривалі й неймовірно важкі. Вони тривали близько двох років, протягом яких була досліджена величезна кількість різних солей, мінералів, рудних порід. Нарешті, Кюрі домоглася успіху. Виявилося, що солі торію також випускають промені Беккереля. Так само, як і у випадку урану, виявилося, що інтенсивність беккерелевих променів тим більша, чим більше торію містилося в речовині, і що чистий торій в порівнянні з його сполуками відрізняється найбільшою інтенсивністю.

У пошуках речовин, що випускають беккерелеві промені, Марія Кюрі не користувалася фотографічною плівкою. Вона застосовувала іншу чудову властивість цих променів, виявлену Беккерелем.

У своїх перших дослідах він зауважив, що під впливом променів, що випускаються ураном, повітря стає провідником електрики. Це чудова властивість беккерелевих променів сильно спрощує пошуки речовин, які їх випромінюють.

Випробування речовини виробляється просто. Заряджають електроскоп - прилад, що дозволяє вимірювати електричні заряди. Коли електроскоп заряджають, листочки його, прикріплені до металевого стрижня, відштовхуються один від одного і розходяться на деякий кут, тим більший, чим більший заряд отримує електроскоп. У такому положенні листочки будуть знаходитися до тих пір, поки на стержні електроскопа буде зберігатися заряд. Заряд же буде зберігатися лише в тому випадку, якщо листочки будуть добре ізольовані від корпусу електроскопа. Повітря, як відомо, є добрим ізолятором, тому зазвичай листочки, що відійшли один від одного, досить довго зберігають своє положення. Варто, однак, внести до електроскопу трохи урану або його солей, як він швидко розрядиться, листочки спадуть і з'єднаються один з одним. Так, протягом буквально двох-трьох хвилин можна встановити, чи випромінює випробувана речовина промені Беккереля чи ні (слід зазначити, що цей простий спосіб виявлення речовин, випромінюючих промені Беккереля, знаходить собі застосування і понині).

Продовжуючи свої пошуки, Кюрі натрапила на дивний факт. Виявилося, що уранова смоляна обманка - руда, з якої добувають металевий уран, випускає беккерелеві промені з набагато більшою інтенсивністю, ніж чистий уран. Стало ясно, що в смоляний обманці знаходиться у вигляді домішок якась нова речовина, здатна випускати промені Беккереля з дуже великою інтенсивністю, бо мала домішка цієї речовини, що проходило повз увагу хіміків, випромінювала сильніше, ніж уран, якого в руді було незрівнянно більше. Довгою і наполегливою працею Марії Кюрі, що працювала разом зі своїм чоловіком П'єром Кюрі, вдалося виділити дві нових речовини - носіїв беккерелевского випромінювання. Всім речовинам, здатним випромінювати промені Беккереля, Марія Кюрі дала загальна назва-радіоактивні (що означає здатні випускати промені), а саме явище - випускання цих променів - отримало назву радіоактивності. Надалі і самі промені, відкриті Беккерелем, стали називати радіоактивними променями.

Дві нових речовини, відкритих Кюрі, не перебували в списку раніше відомих елементів (уран і торій були відомі задовго до відкриття Беккереля). Це були нові елементи. Один з них був названий полонієм (на честь Польщі - батьківщини Марії Склодовської-Кюрі). Інший радіоактивний елемент, подібний за хімічними властивостями з барієм, назвали радієм.

Відкриття радію було великою справою. За своїм значенням його можна сміливо поставити в один ряд з відкриттям променів Беккереля або Рентгена. Інтенсивність випромінювання радію опинилася в мільйон разів більше інтенсивності променів урану. Це кількісне розходження призвело до величезних наслідків. Завдяки силі радієвого випромінювання вдалося помітити цілий ряд нових властивостей радіоактивних променів, а деякі з них знайшли собі незабаром і практичне застосування.

2.2 Властивості радіоактивного випромінювання

Одного разу Беккерель взяв у П'єра Кюрі невелику кількість препарату радію, укладеного в скляну трубочку, з тим, щоб продемонструвати його властивості студентам на лекції. Трубочку з радієм він поклав у кишені жилета. Кілька годин він проходив з радієвий препаратом. Через кілька днів він виявив у себе на шкірі, в тому місці, яке знаходилося проти кишені жилета, почервоніння, яка нагадувала за своєю формою трубочку з препаратом радію. Ще через кілька днів Беккерель відчув сильний біль, шкіра почала тріскатися, утворилася виразка. Він змушений був звернутися до лікаря. Лікар лікував цю рану так само, як лікують опік. Приблизно через два місяці рана зарубцювалася. П'єр Кюрі виконав на собі ряд дослідів з метою перевірки і уточнення дії променів радію, про який повідомив йому Беккерель. Повідомлення підтвердилося. Десятигодинне опромінення шкіри на руці препаратом радію привело через кілька днів до таких самих наслідків: почервоніння, запалення, відкрита рана, на лікування якої знадобилося чотири місяці.

Дослідами Кюрі зацікавився доктор Данло, який зайнявся систематичним вивченням дії променів радію на тварин, а потім і на людей. Незабаром з'ясувалося, що слабкі дози променів радію здатні в деяких випадках робити позитивний вплив на організм. Наприклад, вони добре виліковували різні шкірні захворювання.

Після того, як результати цих дослідів стали відомі, вивчення медичної і біологічної дії променів радію прийняло широкий характер. Через деякий час було відмічено, що промені радію по-різному діють на різні клітини і тканини. Ті клітини, які швидко розмножуються, особливо сильно страждають від руйнівної дії променів радію. Це видатне відкриття одразу визначило практичну цінність променів. Радій став неоціненним помічником лікарів у боротьбі зі страшним бичем людства - раковими захворюваннями.

Ракова пухлина складається з надзвичайно клітин,що швидко розмножуються, тому промені радію є для неї набагато більш руйнівними, ніж на нормальні здорові тканини. Лікування радієм проводиться таким чином: препарат радію, поміщений у золотий футляр, розташовують можливо ближче до пухлини і протягом деякого часу проводять опромінення. Якщо хвороба не дуже запущена і якщо пухлина не надто глибоко залягає в організмі, лікування йде цілком успішно і швидко.

Інша властивість променів радію, також одержала практичне застосування, було відмічено відразу ж після отримання перших сильних його препаратів.

Виявилося, що промені радію, так само як і сонячні промені, здатні порушувати люмінесценцію різних люмінесцентних речовин. Цілком мікроскопічні частки радію змушують яскраво світитися в темряві екрани із сірчистого цинку та інших подібних речовин.

Домішуючи до сірчистого цинку незначні частки радію, ми отримуємо склад, що безперервно світиться в темряві. Цим і скористалися, наприклад, для виробництва годинників зі світловим циферблатом. Під час першої світової війни обмазувалися приціли рушниць таким складом,що світиться, щоб можна було цілитися в темряві. Часто їм покривають стрілки і ділення різних приладів, щоб можна було і в темряві бачити їх свідчення. Сяючі склади застосовуються і зараз у багатьох галузях техніки і у військовій справі.

2.3 Енергія, яку випромінює радій

Люмінесцентні речовини випромінюють свій світ тільки тоді, коли вони попередньо освітлені сонячним світлом. Якщо оберегти їх речовини від потрапляння на них сонячних променів, то вони перестають світитися. Коли було встановлено, що і промені радію теж викликають флюоресценцію, вчені відразу ж помітили, що справа тут виглядає дуже своєрідно. Крупинка радію, домішана, наприклад, до сірчаного цинку, змушує його світитись безперервно. І день, і ніч, і тиждень, і місяці, і рік велося спостереження, а сірчаний цинк продовжував світитись без помітного ослаблення інтенсивності. Вийшов досить парадоксальний результат. Якщо люмінесценція викликан радіоактивними променями, то радій "випромінює ці промені без видимого ослаблення інтенсивності неперервно і невизначено довго.

Як же це може бути? Адже, напевно, ці промені, як і всякі інші, мають енергію? Виходить, що радій безперервно випромінює енергію? Відповідь на це питання дав П'єр Кюрі.

Незабаром після отримання сильних препаратів радію він зауважив, що речовина, яка містить радій, завжди тепліша, ніж навколишні предмети. Цією обставиною він і вирішив скористатися для вимірювання енергії, що виділяється радієм. Він взяв калориметр - прилад, зазвичай вживаний для вимірювання теплової енергії. Калориметр мав досить товсті стінки, щоб радіоактивні промені без остачі поглиналися в нього і в лід, яким він був наповнений. Так як на той час експериментальні дані про поглинання радіоактивних променів різними тілами були досить добре відомі, такий калориметр можна було порівняно легко розрахувати. Про величину енергії, що виділяється радієм, можна було судити за кількістю розталого льоду.

Знаючи, скільки тепла потрібно на розплавлення одного грама льоду (прихована теплота плавлення) і, зваживши кількість розплавленого льоду, можна встановити, скільки тепла за обраний для дослідження проміжок часу виділяє взята кількість радію. Звідси легко розрахувати, скільки енергії виділяє один грам радію в секунду.

З цих вимірів Кюрі знайшов, що один грам радію виділяє на годину 140 малих калорій. 140 малих калорій - це невелика енергія (мала калорія - це кількість тепла, здатне нагрівати один грам води на один градус Цельсія). Таким чином, енергія, що виділяється радієм, така мала, що кількість її, необхідна для нагрівання однієї склянки води до кипіння, виділиться одним грамом радію тільки протягом шести діб.

Енергія, що виділяється радієм в одну годину, невелика. Але ж вона виділяється безперервно протягом дуже великого проміжку часу. Отже, загалом радій виділяє велику кількість енергії. Виникає природне запитання, звідки ж радій черпає цю енергію?

Одним з основних законів фізики є закон збереження і перетворення енергії. Цей закон встановлений на підставі спостережень і досліджень, що охоплюють і узагальнюючих всі відомі в науці факти.

Згідно з цим законом енергія не виникає і ніколи не зникає; можливі лише переходи енергії з однієї форми в іншу.

На початку нашого століття слово радій було в багатьох на вустах. Загадка радіоактивності хвилювала всіх вчених, особливо фізиків, і майже всі вони прагнули знайти пояснення цим, що здавався таємничими, фактів. Шлях був один - вивчати властивості радіоактивних променів і шукати сліди будь-яких змін, що відбуваються з радієм. Але як шукати?

Прагнучи розгадати таємницю радіоактивності, вчені йшли різними шляхами, і результати їх величезної творчої роботи не забарилися.

2.4 Альфа-, бета-і гамма-промені

Ми вже згадували про численні спроби вплинути на здатність радію випромінювати радіоактивні промені. Ці спроби не привели ні до якого результату. Проте, намагаючись впливати на радій магнітним полем, П'єр і Марія Кюрі виявили, що хоча променепропускаюча здатність радію при приміщенні його в магнітне поле не змінюється (інтенсивність випромінювання залишається незмінною), самі радіоактивні промені зазнають сильних змін при проходженні через магнітне поле. Однорідний до вступу в магнітне поле промінь розділяється полем на два промені. Один з цих променів поширюється так, як якщо б магнітне поле на нього абсолютно не діяло; інший промінь під впливом поля різко змінює напрямок свого руху.

На час дослідів Беккереля фізикам вже були відомі промені, здатні відхилятися в магнітному полі. Це були промені, утворені потоком електрично заряджених частинок, що рухаються в одному напрямку. З напрямку відхилення можна визначити знак заряду, тобто встановити, чи є заряд частки позитивним чи негативним. Більш докладні відомості могли бути отримані при спостереженні руху цих частинок у магнітному та електричному полях. В цьому випадку можливо визначити не тільки заряд, але і його відношення до маси рухомої частинки. З дослідів Кюрі випливало, що рухомі заряди негативні, а зміряне відношення заряду до маси виявилося рівним 5,3-10 17 електростатичних одиниць на грам. Таким же відношенням заряду до маси мають електрони, що мають негативний електричний заряд. З цього зіставлення можна булосказати, що принаймні частина променів, що випускаються радієм, являє собою потік електронів, що рухаються.

Була виміряна величина швидкості електронів, що випускаються радієм. Вона виявилася дуже великою. Деякі з електронів мали швидкість, близьку до швидкості світла, тобто близько 3.00 000 км на секунду.

Ці дослідження трохи відкрили таємниче покривало, огортає радіоактивні промені, - виявилося, що частина їх являє собою потік електронів, що рухаються. Але що ж являє собою інша частина променів, яка не відхиляється магнітним полем?

За її дослідження взявся Резерфорд. Він зауважив, що невідхиляюча в магнітному полі частина радіоактивних променів володіє такими ж дивними особливостями в поглинанні, як і весь пучок. Добре було відомо і раніше, що при проходженні радіоактивних променів через речовину різної товщини вони поглинаються спочатку дуже сильно, а потім повільно, так що, загалом, вони можуть проходити через значні товщі речовини. Тому можна було думати, що радіоактивні промені неоднорідні і представляють собою «суміш» різних променів, одні з яких поглинаються сильно, а інші слабо.

Така думка до дослідів П'єра і Марії Кюрі ніким не висловлювалася. Проте, коли досліди Кюрі підтвердили складність складу радіоактивного випромінювання, природно було припустити, що сильно поглинається частина випромінювання є потоком електронів, а інша частина цих променів, яка, подібно променям Рентгена, не відхиляється магнітом, так само як і промені Рентгена, порівняно слабко поглинається речовиною. Досвід, однак, показав, що ця частина радіоактивних променів веде себе по відношенню до поглинання так само, як і весь пучок.

Це відмінність і спонукало Резерфорда до подальших досліджень.

А що, якщо і та частина променів радію, яку П'єр і Марія Кюрі не змогли відхилити магнітним полем, теж неоднорідна? Що, якщо вони користувалися слабким магнітним полем? Може бути, сильне магнітне поле надасть іншу дію? І Резерфорд повторює їх спроби, але при цьому він створює магнітне поле, набагато більш сильне, ніж у їх дослідах.

Результат дослідів Резерфорда виявився вражаючим. Пучок променів, який в дослідах Кюрі не відхилявся магнітним полем, у магнітному полі Резерфорда в свою чергу розщепився на дві частини. Одна з них як і раніше не відхилялася магнітним полем, а інша частина під дією сильного магнітного поля злегка відхилялася від свого початкового напряму. Дуже цікавим виявилося те, що ці промені відхилялися в бік, протилежний відхиленню електронів. Отже, і ця частина радіоактивних променів являє собою потік заряджених часток (бо на рух незаряджених частинок магнітне поле не діє) і притому заряджених позитивно. Досвід показав, що нові складові радіоактивних променів щодо поглинання вели себе цілком певним чином.

Та частина радіоактивного випромінювання, яка абсолютно не відхилялася магнітним полем, поглиналася дуже незначно. Та ж частина радіоактивного випромінювання, яку Резерфорду вперше вдалося відхилити, поглиналася надзвичайно сильно.

радіоекологія радіоактивність випромінювання

Рис. 1. Схема досліду з розділення радіоактивних променів магнітним полем. 1-радіоактивну речовину; 2 - свинцева коробочка з тонким каналом, в якому міститься радіоактивна речовина, 3 - промені, що не відхилені магнітним полем (гамма-промені), 4 - промені, слабо відхиляється магнітним полем (альфа-промені), 5 - промені, сильно відхиляється магнітним полем (бета-промені); 6-область, в якій створено магнітне поле.

Та частина радіоактивного випромінювання, яка абсолютно не відхилялася магнітним полем, поглиналася дуже незначно. Та ж частина радіоактивного випромінювання, яку

Резерфорду вперше вдалося відхилити, погл Складалося враження, що промені, що спостерігалися спочатку Беккерелем, являють собою суміш трьох типів проміння.

На рис. 1 наведено схематичне зображення поділу радіоактивних променів магнітним полем.

Радіоактивні промені складаються з променів трьох різних типів. Кожен з них отримав своє особливу назву та позначення. Їх визначили та назвали трьома першими літерами грецького алфавіту: альфа (), Бета () І гамма (). Альфа-променями назвали ті промені, які магнітним полем відхиляються слабо і являють собою потік позитивно заряджених частинок.

Бета-променями стали називати ті промені, які порівняно сильно відхиляються магнітним полем і являють собою потік електронів. Гамма-променями стали називати промені, які зовсім не відхиляються магнітним полем. Слід зазначити, що альфа-промені відхиляються в магнітному полі у вигляді вузького пучка, в той час як бета-промені відхиляються магнітним полем у вигляді широкого розмитого пучка. Ця обставина говорить про те, що альфа-промені, що вилітають з радію, мають однакову енергію, а бета-промені є потоком електронів різної енергії.

Поділ радіоактивних променів на альфа-, бета-і гамма-промені дозволило дослідити їх властивості окремо. Ось деякі результати цих досліджень.

Альфа-промені поглинаються найбільш сильно. Тонкий листочок слюди або алюмінію товщиною всього лише в 0,05 мм поглинає альфа-промені майже повністю. Досить звернути радій в звичайну писальний папір, щоб поглинути всі альфа-промені. Альфа-промені сильно поглинаються повітрям. Шар повітря товщиною всього лише в 7 см поглинає альфа-промені радію майже без остачі.

Бета-промені поглинаються речовиною значно слабкіше. Вони в здатні ще в помітній кількості пройти через пластинку алюмінію завтовшки в декілька міліметрів.

Гамма-промені поглинаються у багато разів слабкіше бета-променів. Вони проходять через пластинку алюмінію товщиною в кілька десятків сантиметрів. Платівка свинцю товщиною в 1,3 см послаблює інтенсивність гамма-променів всього лише в два рази.

Крім розбіжності у ступеня поглинання, між альфа-, бета-і гамма-променями існує велика відмінність в характері поглинання. Найбільш виразно вона проявляється у зміні інтенсивності цих променів при поступовому зростанні товщини поглинаючого речовини.

Бета-і гамма-промені поглинаються поступово. Вже самі невеликі шари речовини в деякій мірі поглинають ці промені. Число електронів та інтенсивність гамма-променів поступово падають зі збільшенням товщини шару, що фільтрує.

Альфа-промені поводяться зовсім інакше. При проходженні через малі шари речовини число альфа-часток не змінюється. Зменшується лише енергія цих часток. Із зростанням товщини поглинаючого шару енергія частинок продовжує зменшуватися, але число їх зберігається. Так буде відбуватися до тих пір, поки товщина поглинаючого шару не досягне деякої певної величини. Фільтр такої товщини затримає відразу всі альфа-частинки.

Таким чином, кожна альфа-частинки проходить в даний ном речовині цілком певний шлях. Цей шлях прийнято називати пробігом альфа-частинки. Пробіг альфа-частинки залежить від її енергії і від природи речовини, в якому вона рухається. Встановивши зв'язок між пробігом і енергією альфа-частинок, можна надалі за величиною пробігу визначати енергію альфа-часток. Таким методом вимірювання енергії альфа-часток широко користуються на практиці.

Сильне поглинання альфа-частинок може бути використано для вивчення їх властивостей.

Якщо взяти радіоактивну речовину у вигляді кульки, то альфа-промені, що виходять з усього обсягу цієї кульки, поглинаються в самому кульці. Лише дуже тонкий поверхневий шар цієї речовини випускає альфа-промені, здатні вийти назовні. Тому поза такою кульки повинні спостерігатися головним чином бета-і гамма-промені. Якщо ж радіоактивна речовина розподілити дуже тонким шаром, то будуть діяти майже-в однаковій кількості всі три роди променів.

Порівнянням дії радіоактивних променів від товстого радіоактивного джерела з дією радіоактивного препарату, розподіленого у вигляді дуже тонкого шару, було встановлено, що саме альфа-промені відповідальні за те, що радіоактивні промені викликають люмінесценцію і роблять повітря провідником електрики.

Добре відомо, що повітря робиться провідником електрики в тому випадку, якщо в ньому утворюються заряджені атоми - іони. Альфа-промені іонізують повітря приблизно в сто разів сильніше, ніж бета-і гамма-промені від того ж радіоактивного джерела. Але на освіту іонів - на іонізацію повітря потрібна енергія. Було встановлено, що на утворення однієї пари іонів у повітрі потрібна цілком певна енергія, що дорівнює 33 електрон-вольт. Так як альфа-частинки утворюють багато іонів, то при своєму русі в повітрі вони витрачають велику кількість енергії. Цим і пояснюється описана раніше властивість альфа-променів сильно поглинатися різними речовинами.

2.5 Становлення радіоекології в Україні

Становлення радіоекології на Україні не відставало від світового рівня. Вже у 1896 р. І. Тарханов та О. Кулябко виявили, що внаслідок опромінення радіацією паростків окремих рослин припиняється їхній розвиток (Гродзинський, 2000). Протягом 1986-1917 рр. на Україні створено потужну мережу рентгенодіагностичних кабінетів, а з 1910 р. в Одесі розпочала працювати потужна радіологічна лабораторія, де досліджувалась природна і техногенна радіоактивність, дія іонізуючого випромінювання, вирішувались проблеми радіотерапії і дозиметрії.

Значним поштовхом у розвитку радіоекології послужило вивчення наслідків ядерного бомбардування японських міст Хіросіми й Нагасакі у 1945 р. Саме тоді світу стало зрозуміло, що людство оволоділо вкрай небезпечною ядерною зброєю. Це підтвердили численні радіоекологічні експерименти, що супроводжували багаторічні випробування ядерної зброї у ряді держав світу.

Особливо гостро постала проблема забруднення довкілля у результаті цих випробувань і екологічної дії малих доз радіації. Відтак у 1950-60-х роках ХХ ст. розпочалося формування радіоекології як науки, яка на той час вивчала поширення у природному середовищі продуктів поділу урану, що розносилися по всій земній кулі й у вигляді глобальних опадів осідали на поверхні континентів та океанів.

Аварія на Чорнобильській АЕС у 1986 р. викликала черговий спалах інтересу до радіоекології. Над екологічними проблемами, від вирішення яких залежить ефективність заходів боротьби з негативними наслідками впливу радіації на людину, починають працювати численні фахівці-радіоекологи на Україні та за кордоном.

Особливої актуальності у цей час набувають дослідження екологічної дії малих доз опромінення на довкілля.

Висновки

Отже, дослідження екологічної дії іонізуючого випромінювання розпочалося відразу після відкриття цього явища Вільгельмом Рентгеном у 1895 р. та природної радіоактивності Анрі Бекерелем у 1896 р. Цією проблемою зацікавилися Марія і П'єр Кюрі, які у 1898 р. ввели раніше неіснуюче поняття «радіоактивність» і визначили, що уран має властивість перетворюватися в інші радіоактивні хімічні елементи. Один з цих елементів вони назвали полонієм в пам'ять про батьківщину Марії Кюрі, а ще один - радієм, тому що в перекладі з латини це слово означає "випромінюючий промінь". Головним об'єктом радіоекологічних досліджень кінця ХІХ ст. була будова атома урану, радію, плутонію, цезію тощо.

На жаль, учені-першовідкривачі й зіткнулися першими із небезпечною дією іонізуючого випромінювання, а саме - з його руйнівним впливом на тканини людини. Анрі Бекерель зазнав опіку шкіри, коли пробірку з радієм поклав до кишені, а Марія Кюрі померла від злоякісного захворювання крові, оскільки не раз працювала з радіоактивними матеріалами.

Роботи, які проводили Марія і П'єр Кюрі з виявлення радіоактивності у інших мінералах використовували властивість радіоактивних речовин іонізувати повітря. Ці дослідники привели до наступних висновків:

радіоактивність виявляє не тільки уран, а й всі його хімічні сполуки. Крім того, радіоактивні властивості були виявлені ще у одного елемента - торію і у всіх його хімічних сполук.

радіоактивність препарату з будь-яким хімічним складом дорівнює радіоактивності чистих урану або торію, взятих в кількостях, в яких вони містяться в цьому препараті. Останнє відкриття дуже важливе, воно говорить про те, що властивості молекули, до якої входить цей радіоактивний елемент, не впливають на радіоактивність.

Таким чином, радіоактивність являє собою не молекулярне явище, а внутрішні властивості атомів радіоактивних елементів.

Крім дослідів з хімічними елементами, Кюрі досліджували природні матеріали. Радіоактивність їх обумовлена наявністю торію або урану. Але деякі мінерали мали радіоактивність значно більшу. П'єр і Марія Кюрі хімічно виділили його, радіоактивність була в мільйон разів більшою від радіоактивності урану. Цей елемент отримав назву радій (тобто променевий). Це лужноземельний метал. Атомна вага 226. На основі хімічних властивостей, його помістили в клітинку 88 таблиці Менделєєва, яка була не зайнята. Радій являє собою супутник урану, його міститься близько 1 кг на 3 тонни урану. Радій - один із рідкісних і дорогоцінних металів.

Останнім часом, особливо після Чорнобильської катастрофи, радіоекологія почала досить швидкими темпами розвиватись і в Україні.

Список використаних джерел

1. Биологические эффекты при длительном поступлении радионуклидов //Борисова В.В., Воеводина Т.М., Федорова А.В., Яковлева Н.Г. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 165 с.

2. Войцицький В. М. Радіобіологія // В. М. Войцицький. - К.: Либідь, 1990. - 69 с.

3. Гродзинська Г. Макроміцети - біоіндикатор забруднення радіоцезієм лісових екосистем України / Г. Гродзинська // Вісник Національної Академії Наук України. - 2008. - № 9. - С. 26-37.

4. Гродзінський Д. М. Чорнобиль. У пошуках майбутнього: проблеми радіоекології // Д. М. Гродзінський // Наука і суспільство. - 1989. - № 2. - С.22-25.

5. Журавлев В. Ф. Токсикология радиоактивных веществ // В. Ф. Журавлев. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 128 с.

6. Ильенко А. И. Радиоэкология // А. И. Ильенко. - М.: Знание, 1971. - 32 с.

7. Корнілович Б. Ю. Деякі аспекти розвитку прикладної радіохімії та радіоекології // Б. Ю. Корнілович // Украинский химический журнал. - 2006. - № 5. - С.3-11.

Размещено на Allbest.ru