Vena tiroidea non accoppiata. Sintopia della tiroide

I neutroni, particelle neutre di massa unitaria, hanno un potere penetrante molto elevato. I neutroni ad alta energia (neutroni veloci) interagiscono con i nuclei, provocando l'emissione di un protone. I neutroni a bassa energia (neutroni termici) quando interagiscono con i nuclei formano nuclei radioattivi che emettono (3-particelle o raggi - L'effetto dei neutroni sulla cellulosa è il risultato di queste radiazioni secondarie. [...]

Radiazioni ionizzanti - elettromagnetiche (raggi X, raggi) e corpuscolari] (particelle os, (3 particelle, flusso di protoni e neutroni) radiazioni, che in un modo o nell'altro penetrano nei tessuti viventi e causano cambiamenti in essi associati al "detonazione "fuori" elettroni da atomi e molecole o l'emersione diretta e indiretta di ioni. In dosi superiori a quelle naturali (radiazione di fondo naturale), le radiazioni sono dannose per gli organismi.[...]

I neutroni nell'area dell'esplosione vengono catturati dagli atomi di azoto nell'aria, creando radiazioni gamma, il cui meccanismo d'azione sull'aria circostante è simile alla radiazione gamma primaria, cioè aiuta a mantenere campi e correnti elettromagnetiche. [...]

La radiazione di neutroni converte la sua energia a seguito di collisioni con i nuclei della materia. Durante le interazioni anelastiche può formarsi una radiazione secondaria, che può avere sia particelle cariche che radiazione y. Negli urti elastici è possibile la ionizzazione della materia. La capacità di penetrazione dei neutroni dipende in gran parte dalla loro energia.[...]

La radiazione neutronica è un flusso di particelle nucleari prive di carica elettrica. La massa di un neutrone è circa 4 volte inferiore alla massa delle particelle alfa. A seconda dell'energia, ci sono neutroni lenti (con energia inferiore a 1 KeV1), neutroni di energie intermedie (da 1 a 500 KeV) e neutroni veloci (da 500 KeV a 20 MeV). Tra i neutroni lenti si distinguono i neutroni termici con energia inferiore a 0,2 eV. I neutroni termici sono essenzialmente in uno stato di equilibrio termodinamico con il movimento termico degli atomi del mezzo. La velocità più probabile di movimento di tali neutroni a temperatura ambiente è di 2200 m/s. Durante l'interazione anelastica dei neutroni con i nuclei degli atomi nel mezzo, appare la radiazione secondaria, costituita da particelle cariche e quanti gamma (radiazione gamma). Durante le interazioni elastiche dei neutroni con i nuclei, si può osservare la normale ionizzazione della materia. La capacità di penetrazione dei neutroni dipende dalla loro energia, ma è significativamente superiore a quella delle particelle alfa o beta. Pertanto, la lunghezza del percorso dei neutroni di energie intermedie è di circa 15 m nell'aria e 3 cm nel tessuto biologico, indicatori simili per i neutroni veloci sono rispettivamente 120 me 10 cm Pertanto, la radiazione neutronica ha un'elevata capacità di penetrazione e rappresenta il maggiore impatto sull'uomo pericolo derivante da tutti i tipi di radiazioni corpuscolari. La potenza del flusso di neutroni è misurata dalla densità del flusso di neutroni (neutroni/cm2 s).[...]

La quota di neutroni nella dose totale di radiazioni durante la radiazione penetrante è inferiore alla dose di radiazione gamma, ma con una diminuzione della potenza della bomba nucleare aumenta. I neutroni causano radiazioni indotte negli oggetti metallici e colpiscono nell'area dell'esplosione. Il raggio dell'area interessata dalle radiazioni penetranti è significativamente più piccolo del raggio del danno causato da un'onda d'urto e da un impulso luminoso.[...]

La radiazione gamma è un flusso di quanti y, cioè è una radiazione elettromagnetica con una lunghezza d'onda molto corta; i raggi y penetrano in profondità nel corpo umano e rappresentano un grande pericolo di radiazioni. Anche la radiazione neutronica ha un grande potere penetrante.[...]

Il termine “radiazione ad alta energia” viene utilizzato in questa recensione per denotare la radiazione che interagisce con una sostanza in modo non specifico (chimicamente), ovvero la natura dell’interazione è quasi indipendente dalla struttura chimica della sostanza. Anche per questo tipo di radiazioni viene spesso utilizzato il termine “radiazioni ionizzanti”. L'energia delle radiazioni di questo tipo è solitamente molte volte maggiore dell'energia dei legami chimici. Al contrario, l’energia della luce ultravioletta o visibile è solitamente approssimativamente dello stesso ordine di grandezza dell’energia di un legame chimico. L'assorbimento della luce ultravioletta e visibile dipende dalla struttura chimica della sostanza (sezione. Questa sezione descrive principalmente l'influenza dei raggi X e gamma, degli elettroni e dei neutroni sulle proprietà chimiche e fisiche della cellulosa. [...]

La radiazione fotonica, così come i neutroni e altre particelle scariche non producono direttamente la ionizzazione, ma nel processo di interazione con il mezzo rilasciano particelle cariche (elettroni, protoni, ecc.) Che sono in grado di ionizzare atomi e molecole del mezzo attraverso che passano. Pertanto, la radiazione ionizzante costituita da particelle scariche (ad esempio neutroni) o fotoni, che a loro volta possono creare radiazioni ionizzanti direttamente e (o) causare trasformazioni nucleari, è chiamata radiazione ionizzante indiretta.[...]

RADIAZIONE COSMICA. Radiazione corpuscolare di composizione complessa ad elevata energia e grande capacità penetrante, che penetra l'intero spessore dell'atmosfera con un'intensità costante nel tempo. L'energia cosmica primaria, che penetra nell'atmosfera dallo spazio a velocità molto elevate, è costituita da protoni, particelle alfa (nuclei di elio) e nuclei atomici di una serie di altri elementi con energia molto elevata (109-1016 eV). Ionizzando gli atomi dei gas atmosferici danno origine a CI secondario, che contiene tutti i tipi conosciuti di particelle elementari (elettroni, mesoni, protoni, neutroni, fotoni, ecc.). Pertanto, l’intensità della radiazione cosmica aumenta rapidamente con l’altitudine. A quota 15 km diventa 150 volte maggiore che in prossimità della superficie terrestre, poi diminuisce e resta costante negli strati alti dell'atmosfera (circa 10 particelle per 1 cm2/mn). K.I. è il più importante ionizzatore dell'aria atmosferica.[...]

Le dosi di neutroni veloci sono 10 -20 volte inferiori (sono espresse in unità di energia assorbita - grigi). Dopo l'esposizione ai raggi X, ai raggi gamma o ai neutroni veloci, i semi possono essere gettati immediatamente.[ ...]

Le radiazioni ionizzanti sono di natura eterogenea. Rappresenta la radiazione corpuscolare (particelle alfa e beta, un flusso di protoni e neutroni) e le oscillazioni elettromagnetiche (raggi gamma). Di solito si dice (anche se questo non è del tutto esatto) che la radiazione alfa è l'emissione dal nucleo di particelle costituite da due protoni e due neutroni. La radiazione beta è l'emissione di elettroni. Quando una particella nuclide non viene espulsa, ma emette un fascio di pura energia (quanto gamma), si parla di radiazione gamma.[ ...]

Di tutti i tipi di radiazione utilizzati nell'analisi di attivazione (neutroni veloci e lenti, protoni, deutoni, particelle a, quanti y duri), i neutroni lenti (termici) sono quelli più ampiamente utilizzati.[ ...]

Radiazioni ionizzanti - qualsiasi radiazione, ad eccezione della luce visibile e della radiazione ultravioletta, la cui interazione con il mezzo porta alla sua ionizzazione, cioè alla formazione di cariche di entrambi i segni. Tutti i tipi di radiazioni ionizzanti si dividono convenzionalmente in elettromagnetiche (o onde) e corpuscolari (a-, 3-, neutroni, protoni, mesoni e altre radiazioni).[...]

RADIAZIONE IONIZZANTE - un flusso di particelle (elettroni, positroni, protoni, neutroni) e quanti (raggi X e raggi gamma) di radiazione elettromagnetica, il cui passaggio attraverso una sostanza porta alla ionizzazione e all'eccitazione dei suoi atomi e molecole. Io e. in dosi superiori a quelle naturali è dannoso per l'organismo.[...]

Le radiazioni ionizzanti sono raggi X (raggi X), protoni e neutroni dei raggi cosmici, nonché raggi a-, P- e y-l rilasciati da elementi radioattivi di isotopi (plutonio, 82P, MS, 8H, cobalto-90, ecc. . ). Anche i rifiuti radioattivi dei reattori nucleari sono una fonte di radiazioni ionizzanti.[...]

Per proteggersi dalle radiazioni y, vengono utilizzati materiali con un numero atomico elevato (ad esempio piombo) e da un flusso di neutroni vengono utilizzati materiali contenenti idrogeno (acqua, polietilene, paraffina, gomma, ecc.). .]

La sensibilità dell'analisi di attivazione neutronica, anche in assenza di radionuclidi interferenti, è funzione di molte variabili che possono essere raggruppate in tre gruppi principali. Il primo gruppo comprende parametri associati all'irradiazione del campione (densità del flusso di neutroni, durata dell'irradiazione); al secondo gruppo - parametri che determinano le condizioni di misurazione (durata della conservazione del campione, efficienza della registrazione dei quanti, durata delle misurazioni, livello di radiazione interferente); al terzo gruppo - caratteristiche fisiche nucleari dei radionuclidi risultanti (sezione d'urto della reazione nucleare, abbondanza dell'elemento su cui avviene la reazione, tempo di dimezzamento e resa quantica della sostanza analitica [...]

I prodotti della fissione e dell'attivazione dei neutroni subiscono trasformazioni radioattive principalmente attraverso il decadimento p e, in alcuni casi, l'emissione di positroni e la cattura di elettroni orbitali. I nuclei degli elementi pesanti (Th232, U233, U235, U238, Pu239) decadono attraverso trasformazioni α. Il decadimento della stragrande maggioranza dei nuclei è accompagnato dalla radiazione y..[...]

Quando si calcola la protezione contro le radiazioni di neutroni, è necessario ricordare che la protezione si basa sull'assorbimento di neutroni termici e freddi e che i neutroni veloci devono prima essere rallentati. Le proprietà protettive dei materiali sono determinate dalle loro capacità ritardanti e assorbenti. Per rallentare i neutroni veloci vengono utilizzati materiali contenenti sostanze contenenti idrogeno (acqua, cemento, plastica, ecc.). Per assorbire efficacemente i neutroni termici vengono utilizzati materiali con una grande sezione d'urto di cattura (acciaio al boro, grafite al boro, lega cadmio-piombo).[...]

L'energia delle radiazioni ionizzanti è sufficiente per provocare la distruzione dei legami atomici e molecolari in una cellula vivente, che molto spesso porta alla sua morte. Quanto più intenso è il processo di ionizzazione in un tessuto vivente, tanto maggiore è l'effetto biologico di questa radiazione su un organismo vivente. Come risultato di complessi processi biofisici che si verificano sotto l'influenza delle radiazioni ionizzanti, nel corpo si formano vari tipi di radicali che, a loro volta, possono formare vari composti che non sono caratteristici dei tessuti sani. Inoltre, la scissione delle molecole d'acqua in idrogeno e un gruppo ossidrile, causata dall'effetto ionizzante della radioattività, porta a una serie di disturbi nei processi biochimici. Sotto l'influenza delle radiazioni ionizzanti nel corpo, possono verificarsi inibizione delle funzioni degli organi ematopoietici, soppressione del sistema immunitario e delle gonadi, disturbi gastrointestinali, disturbi metabolici, reazioni cancerogene, ecc .. Quando si considerano gli effetti biologici della radioattività, una distinzione viene effettuata tra esposizione esterna ed interna. L'irradiazione esterna si verifica quando la sorgente di radiazioni si trova all'esterno del corpo e i prodotti della radioattività non entrano nel corpo. In questo caso, i più pericolosi sono l'irradiazione /?-, y-, X e neutronica. Questo caso si realizza in pratica quando si lavora su impianti che hanno raggi X e radiazioni y, con sostanze radioattive sigillate in ampolle, ecc.[...]

Anche alcuni altri tipi di radiazioni presentano un interesse almeno indiretto per l'ecologista. I neutroni sono grandi particelle scariche che non causano di per sé la ionizzazione, ma facendo uscire gli atomi dai loro stati stabili, creano radioattività indotta nei materiali o nei tessuti non radioattivi attraverso i quali passano. Con una uguale quantità di energia assorbita, i neutroni "veloci" causano 10 danni e i neutroni "lenti" 5 volte più dei raggi gamma. Le radiazioni di neutroni possono essere incontrate vicino ai reattori e nei luoghi di esplosioni nucleari, ma, come notato sopra, svolgono un ruolo importante nella formazione di sostanze radioattive, che sono poi ampiamente distribuite in natura. I raggi X sono radiazioni elettromagnetiche molto simili ai raggi gamma, ma sono prodotti negli strati esterni degli elettroni anziché nel nucleo di un atomo e non vengono emessi da sostanze radioattive disperse nell'ambiente. Poiché gli effetti dei raggi X e dei raggi gamma sono gli stessi e poiché i raggi X sono facili da ottenere utilizzando un'installazione speciale, sono convenienti da utilizzare nello studio sperimentale di individui, popolazioni e persino piccoli ecosistemi. I raggi cosmici sono radiazioni che ci arrivano dallo spazio e sono costituite da componenti corpuscolari ed elettromagnetiche. L'intensità dei raggi cosmici nella biosfera è bassa, ma rappresentano il pericolo principale durante i viaggi spaziali (capitolo 20). I raggi cosmici e le radiazioni ionizzanti emesse dalle sostanze radioattive naturali contenute nell'acqua e nel suolo formano la cosiddetta radiazione di fondo, alla quale è adattato il biota esistente. È possibile che il flusso genico nel biota sia mantenuto dalla presenza di questa radiazione di fondo. In diverse parti della biosfera, lo sfondo naturale varia da tre a quattro volte. In questo capitolo ci concentreremo principalmente sulla radioattività artificiale che si aggiunge al fondo.[...]

Lo spettro energetico dei neutroni di fissione è praticamente continuo e si estende da energie termiche a energie di circa 25 MeV, con un'energia media di 1-2 MeV e un'energia più probabile di 0,72 MeV. In questo caso, la quota di neutroni con un'energia superiore a 0,1 MeV (neutroni intermedi e veloci) è di circa il 99%. Per mantenere la reazione a catena, i neutroni vengono rallentati in dispositivi speciali - moderatori, dove entrano in equilibrio termico con l’ambiente e interagire nuovamente con il combustibile nucleare. Il rapporto tra i flussi di neutroni dello spettro di fissione veloce, neutroni risonanti, intermedi e termici nel nocciolo del reattore dipende dal tipo di combustibile, moderatore, geometria del sistema e alcuni altri fattori. Poiché i neutroni termici rappresentano il 90-95% dei canali del reattore, i neutroni di altre energie vengono solitamente trascurati. Tuttavia, nella pratica NAA, per aumentare la selettività nel determinare qualsiasi elemento (o gruppo di elementi), si utilizza la trasformazione della radiazione di neutroni attraverso l'uso di filtri costituiti da C1 o B. Questi filtri sono forti assorbitori di neutroni termici, il che garantisce analisi su neutroni risonanti e veloci.[ . ..]

L'energia della radiazione radioattiva si misura in joule (J). L'attività dei radioisotopi è determinata dal numero di eventi di decadimento nell'unità di tempo e si misura in becquerel (Bq), che hanno una dimensione s-1. Nei liquidi la radioattività specifica del farmaco è espressa in Bc/kg. Un'unità importante dei raggi X e delle radiazioni γ è la dose di esposizione, misurata in coulomb (C) per 1 kg di sostanza. Il tasso di dose di esposizione è espresso in A/kg. Tasso di dose - R/s = = 2,58-10 4 C/kg, R/min = 4,30 10 6 C/kg. La dose di radiazioni viene valutata in base al suo effetto biologico: fattore di qualità K. Per i raggi X e la radiazione y K = 1, per i neutroni termici K = 3. [...]

Le radiazioni ionizzanti (penetranti), o radiazioni, sono radiazioni elettromagnetiche a onde corte: raggi X e raggi γ, particelle cariche ad alta energia - elettroni, protoni, particelle α, ecc., nonché neutroni veloci - particelle che hanno senza alcun costo.[ .. .]

Un altro tipo di radiazione radioattiva sono i flussi di neutroni. I neutroni sono componenti dei nuclei atomici. La massa di un neutrone è approssimativamente uguale alla massa di un protone. I neutroni non hanno carica elettrica. I neutroni veloci hanno un'energia elevata (fino a decine di Meu). Non sono respinti elettricamente dai nuclei degli atomi caricati positivamente, e quindi avviene una collisione elastica di queste particelle, a seguito della quale compaiono "protoni di rinculo", che si muovono con un'energia approssimativamente uguale all'energia iniziale del neutrone. La capacità di penetrazione dei neutroni veloci e dei “protoni di rinculo” è grande.[...]

Un tipo di inquinamento fisico sono le radiazioni ionizzanti. Ha energia sufficiente per eliminare uno o più elettroni dagli atomi e formare ioni caricati positivamente, che a loro volta reagiscono e distruggono i tessuti degli organismi viventi. Esempi di radiazioni ionizzanti sono le radiazioni ultraviolette provenienti dal sole e dalle macchine per l'irradiazione ultravioletta, i raggi X, le radiazioni neutroniche prodotte durante le reazioni di fissione e fusione nucleare e le radiazioni alfa, beta e gamma emesse da isotopi radioattivi. Per alcune sostanze tutti gli isotopi sono radioattivi (tecnezio, promezio, nonché tutti gli elementi della tavola periodica, a partire dal polonio per finire con quelli transuranici).[...]

La base della maggior parte degli strumenti radiometrici è la capacità della radiazione di ionizzare il mezzo attraverso il quale penetra. Le radiazioni alfa e beta ionizzano direttamente gli atomi del mezzo, mentre le radiazioni neutre, cioè i raggi gamma, i raggi X e i flussi di neutroni, ionizzano gli atomi del mezzo come risultato di processi secondari.[...]

I metodi che forniscono informazioni sulla struttura a Y sono quelli che utilizzano radiazioni o particelle che interagiscono con il liquido solo per un breve periodo di tempo e scambiano una frazione rilevabile della loro energia con le molecole nel liquido. La spettroscopia infrarossa e Raman, così come la diffusione anelastica dei neutroni, soddisfano questi requisiti ed è la principale fonte di informazioni sulla struttura a Y di un liquido (Fig. 4.2). La diffusione dei neutroni fornisce informazioni sugli intervalli di tempo di 10 e s. Poiché questo tempo coincide con il periodo tn, la diffusione dei neutroni è un metodo utile per studiare la natura del movimento delle posizioni di equilibrio temporanee. Il rilassamento della polarizzazione dielettrica e gli studi di risonanza magnetica nucleare vengono utilizzati per determinare il tempo medio tra i movimenti. L'ordine in cui le proprietà dell'acqua vengono discusse di seguito si basa sulla scala temporale su cui i metodi forniscono informazioni.[...]

Vari materiali vengono utilizzati per creare schermi mobili. La protezione contro le radiazioni alfa si ottiene utilizzando schermi di vetro ordinario o organico di diversi millimetri di spessore. Uno strato d'aria di diversi centimetri costituisce una protezione sufficiente contro questo tipo di radiazioni. Per proteggersi dalle radiazioni beta, gli schermi sono realizzati in alluminio o plastica (plexiglass). Le leghe di piombo, acciaio e tungsteno proteggono efficacemente dalle radiazioni gamma e dai raggi X. I sistemi di visualizzazione sono realizzati con speciali materiali trasparenti, come il vetro al piombo. I materiali contenenti idrogeno (acqua, paraffina), nonché berillio, grafite, composti di boro, ecc., proteggono dalle radiazioni di neutroni. Il calcestruzzo può essere utilizzato anche per proteggersi dai neutroni.[...]

Schermi di piombo e paraffina impediscono alle particelle ad alta energia - elettroni, protoni, neutroni, ecc., che si formano quando la radiazione cosmica interagisce con la materia negli strati superiori dell'atmosfera terrestre, di entrare nell'acqua. Affinché lo schermo impedisca la penetrazione dei campi magnetici, deve essere realizzato in materiale ferromagnetico. Esistono tali dispositivi, sono chiamati camere ipomagnetiche. In una camera ipomagnetica (cioè sotto una calotta di ferro), il campo magnetico terrestre può essere indebolito da 10 a 100.000 volte.[...]

La determinazione quantitativa dell'arsenico è molto sensibile, basata sulla misurazione della radiazione radioattiva proveniente da un isotopo dell'arsenico prodotto dall'azione dei neutroni lenti. Questo metodo veniva utilizzato in Inghilterra per la determinazione dell'arsenico nell'acqua di mare.[...]

Per fare un confronto: una carica nucleare convenzionale di potenza simile colpisce circa 50 ettari di foresta, cioè circa 6 volte inferiore a quella di una bomba a neutroni. In questo caso, tutti gli oggetti e gli oggetti nella zona di impatto diventeranno sorgenti di radiazioni radioattive. Per quanto riguarda le persone, le possibili conseguenze delle radiazioni nucleari delle armi a neutroni sono circa 7 volte più pericolose delle radiazioni gamma.[...]

Questa affermazione deriva da un'analisi dei risultati ottenuti dallo studio degli effetti biologici delle radiazioni ionizzanti, che indicano in modo convincente l'elevata cancerogenicità delle radiazioni ionizzanti. È opportuno tuttavia notare che la cancerogenicità di queste radiazioni è stata confermata principalmente da dati ottenuti da irradiazione esterna con raggi X, radiazioni gamma, flussi di neutroni e, in misura minore, da irradiazione interna con radiazioni da radionuclidi incorporati. ..]

Ci sono irradiazioni esterne ed interne del corpo. Per radiazione esterna si intende l'effetto sul corpo delle radiazioni ionizzanti provenienti da fonti esterne ad esso. L'irradiazione interna viene effettuata da sostanze radioattive che entrano nel corpo attraverso gli organi respiratori, il tratto gastrointestinale o attraverso la pelle. Fonti di radiazioni esterne - raggi cosmici, fonti radioattive naturali presenti nell'atmosfera, acqua, suolo, cibo, ecc., fonti di radiazioni alfa, beta, gamma, raggi X e neutroniche utilizzate nella tecnologia e nella medicina, acceleratori di particelle cariche, radiazioni nucleari reattori nucleari (compresi gli incidenti nei reattori nucleari) e una serie di altri.[...]

A seconda del tipo di reazioni fotonucleari utilizzate e dei compiti analitici, vengono utilizzati vari tipi di sorgenti di radiazione y attivante (sorgenti isotopiche di radiazione y ad alta energia ad alta attività con Ey > > 1 MeV, fonti di radiazione y monoenergetica basate su l'uso di protoni, neutroni e altre reazioni nucleari, sorgenti di radiazione di bremsstrahlung: acceleratori lineari di elettroni, betatroni, sincrotroni, ecc.).[...]

È abbastanza chiaro che le neoplasie (tumori cancerosi) compaiono più spesso nei tessuti più irradiati. Con l'irradiazione uniforme, che avviene nel campo delle radiazioni gamma o neutroniche o con l'incorporazione di radionuclidi distribuiti uniformemente, la probabilità di un tumore è determinata dalla radiosensibilità dell'organo. Anche la via di ingresso delle sostanze radioattive nell'organismo gioca un ruolo importante.[ ...]

Nel mondo che ci circonda, a prima vista, regnano disordine e caos, ma tutto in esso è interconnesso e interdipendente, catturato dal feedback e coordinato in modo cooperativo. L'energia viene costantemente scambiata tra tutti gli oggetti dell'Universo, da una particella elementare e una cellula vivente a una stella di neutroni e alla Galassia. Molti processi sulla Terra sono strettamente correlati ai processi che si verificano sul Sole e nello spazio. Piccole fluttuazioni della radiazione elettromagnetica e corpuscolare proveniente dal Sole causano variazioni significative nei processi della magnetosfera terrestre sotto l'influenza del vento solare e, di conseguenza, cambiamenti nello stato della sua atmosfera, litosfera e idrosfera.[...]

I raggi cosmici che nascono nella Galassia raggiungono la Terra e la loro intensità cambia nel tempo a causa di processi di modulazione causati dall'azione del Sole. L'energia di queste particelle è di 10 MeV - 100 GeV, che consente loro di penetrare nell'atmosfera terrestre e causare radiazioni secondarie sotto forma di flussi di neutroni e protoni. L'intensità di questa radiazione cambia ciclicamente, ma il suo valore specifico in un determinato punto del globo dipende dall'altitudine e dalla latitudine magnetica del luogo. [...]

Sorgenti di radioisotopi. Attualmente, le sorgenti di radioisotopi basate sulla reazione (a, n) sono le più diffuse. Il berillio - Be9(a, n)C12 viene solitamente utilizzato come bersaglio. Ciò porta al fatto che lo spettro dei neutroni della sorgente Po210-Be è continuo e si trova nell'intervallo di energia da frazioni di elettronvolt a 11,3 MeV con massimi nella regione di 3 e 5 MeV. L'industria produce sorgenti con radiazione esterna n-(10®-10b) neutroni/s. Lo svantaggio di queste fonti è l'emivita relativamente breve del Po210, pari a 138 giorni.[...]

Il ruolo del trizio come uno dei componenti principali della contaminazione radioattiva a lungo termine dell'ambiente esterno può essere molto significativo e questa circostanza stimola lo sviluppo di metodi per determinare il trizio negli oggetti ambientali. Allo stesso tempo, il trizio, che è un isotopo dell'idrogeno, differisce significativamente nelle sue proprietà fisico-chimiche e nell'energia della radiazione da altri componenti della contaminazione radioattiva dell'ambiente esterno (frammenti di fissione, prodotti di attivazione dei neutroni), pertanto i metodi per la sua determinazione sono specifici [...]

In base al loro scopo, i reattori sono divisi in potenza, sperimentali e di ricerca. I reattori sperimentali sono reattori progettati per chiarire i parametri fisici e i sistemi ingegneristici dei reattori stessi. Per reattori di ricerca si intendono quei reattori utilizzati come potenti fonti di neutroni e radiazioni per lavori di ricerca e test sulle barre di combustibile. Questa divisione non è netta, poiché sia ​​i reattori sperimentali che quelli di ricerca sono destinati a vari tipi di ricerca ed è più corretto classificarli come un unico gruppo.[...]

Le letture di un dispositivo dosimetrico possono differire significativamente da misurazione a misurazione, soprattutto quando si misurano piccoli valori, poiché il decadimento radioattivo è un processo probabilistico. Pertanto, per ottenere un risultato più affidabile, si consiglia di effettuare le misurazioni più volte. Come risultato della misurazione viene preso il valore medio t delle misurazioni (t - 3...10 volte). Inoltre, si dovrebbe tenere conto del fatto che gli strumenti dosimetrici per la popolazione forniscono misurazioni o valutazioni del tasso di dose delle radiazioni gamma esterne e sono praticamente insensibili alle radiazioni alfa, beta e neutroniche, nonché ai raggi X "molli" e radiazione di bremsstrahlung (TV a colori, display di computer a colori, apparecchi radiologici con tensione di accelerazione sul tubo inferiore a 60...80 kV, ecc.).

La radiazione neutronica è un flusso di neutroni che convertono la loro energia in interazioni elastiche e non elastiche con i nuclei atomici. Durante le interazioni anelastiche si verifica la radiazione secondaria, che può essere costituita sia da particelle cariche che da quanti gamma (radiazione gamma). Nelle interazioni elastiche è possibile la ionizzazione ordinaria di una sostanza. Il potere penetrante dei neutroni è elevato.

La radiazione neutronica è un flusso di neutroni. Poiché i neutroni non hanno carica elettrica, interagiscono liberamente con i nuclei degli atomi, provocando reazioni nucleari. La capacità di penetrazione dei neutroni dipende dalla loro energia e dalla composizione degli atomi della sostanza con cui interagiscono.

È noto che la radiazione radioattiva, interagendo con l'ambiente irradiato, forma cariche elettriche di diverso segno (ioni). Questo processo è chiamato ionizzazione ed è causato dall'azione sul mezzo irradiato dei nuclei di atomi di elio (particelle a), elettroni, positroni (particelle p), particelle cariche e scariche (radiazione corpuscolare e neutronica), elettromagnetiche (y -radiazione), fotone (caratteristico, bremsstrahlung e raggi X) e altre radiazioni 2. Nessuno di questi tipi di radiazioni radioattive è percepito dai sensi umani. La profondità di penetrazione e il grado di impatto di ciascuno di essi e di tutti insieme su il corpo, lo stato di salute umana dipendono dai seguenti fattori:

La radiazione neutronica è un flusso di particelle elettricamente neutre provenienti dal nucleo. La cosiddetta radiazione secondaria di un neutrone, quando collide con un nucleo o un elettrone qualsiasi, ha un forte effetto ionizzante. L'attenuazione della radiazione neutronica viene effettivamente effettuata sui nuclei di elementi leggeri, in particolare idrogeno, nonché su materiali contenenti tali nuclei: acqua, paraffina, polietilene, ecc.

I neutroni non hanno carica elettrica. Convenzionalmente, i neutroni, a seconda della loro energia cinetica, sono divisi in veloci (fino a 10 MeV), ultraveloci, intermedi, lenti e termici. La radiazione neutronica ha un grande potere penetrante. I neutroni lenti e termici entrano nelle reazioni nucleari, che possono provocare la formazione di isotopi stabili o radioattivi.

La radiazione di neutroni è un flusso di particelle neutre, cioè scariche di neutroni (n), che sono parte integrante di tutti i nuclei, ad eccezione dell'atomo di idrogeno. Non hanno cariche, quindi essi stessi non hanno un effetto ionizzante, ma un effetto ionizzante molto significativo si verifica a causa dell'interazione dei neutroni con i nuclei delle sostanze irradiate. Le sostanze irradiate dai neutroni possono acquisire proprietà radioattive, cioè ricevere la cosiddetta radioattività indotta. La radiazione di neutroni viene generata durante il funzionamento di acceleratori di particelle, reattori nucleari, ecc. La radiazione di neutroni ha il maggiore potere di penetrazione. I neutroni vengono trattenuti da sostanze contenenti idrogeno nelle loro molecole (acqua, paraffina, ecc.).

Come materiale protettivo viene spesso utilizzata la paraffina, il cui spessore per le sorgenti di neutroni Po-Be e Po-B sarà circa 1,2 volte inferiore allo spessore della protezione dell'acqua, determinato da quelli mostrati in Fig. 5 e 6 nomogrammi. Va notato che la radiazione di neutroni proveniente da sorgenti di radioisotopi è spesso accompagnata da radiazione y, quindi è necessario verificare se la protezione contro i neutroni fornisce anche protezione contro la radiazione y. Se non lo fornisce, è necessario introdurre nella protezione componenti ad alto numero atomico (ferro, piombo).

Nell'irradiazione esterna, il ruolo principale è svolto dalle radiazioni gamma e neutroniche. Le particelle alfa e beta sono il principale fattore dannoso nelle nubi radioattive formate da prodotti di fissione, detriti di fissione e sostanze attivate secondarie provenienti da un'esplosione nucleare, ma queste particelle vengono facilmente assorbite dagli indumenti e dagli strati superficiali della pelle. I neutroni lenti creano radioattività indotta nel corpo, che è stata trovata nelle ossa e in altri tessuti di molte persone morte di malattie da radiazioni in Giappone.

A giudicare dai dati pubblicati, una bomba a neutroni differisce dai tipi "classici" di armi nucleari - bombe atomiche e all'idrogeno - principalmente per la potenza. Lo spessore dello strato di semiattenuazione per le radiazioni neutroniche è determinato dai dati di riferimento; per le radiazioni gamma è può essere calcolato dalla densità del materiale: rfno;, 23 /р, dove р è la densità del materiale, g"cm"; 23 cm - uno strato d'acqua (densità 1 g/cm3), che indebolisce della metà la radiazione gamia di un'esplosione nucleare.

Le strutture di protezione della protezione civile proteggono in modo affidabile le persone dalle radiazioni penetranti. Il calcolo delle proprietà protettive di queste strutture viene effettuato utilizzando la radiazione gamma, poiché la dose di radiazione gamma è molto superiore alla dose di radiazione neutronica e gli strati di semiattenuazione per i materiali da costruzione sono approssimativamente gli stessi.

Il kit ID-1 è progettato per misurare le dosi assorbite di radiazioni di neutroni gamma. È composto da dosimetri individuali ID-1 e caricatore ZD-6. Il principio di funzionamento del dosimetro ID-1 è simile al principio di funzionamento dei dosimetri per misurare le dosi di esposizione alle radiazioni gamma (ad esempio DKP-50A).

Per determinare il danno indotto alle apparecchiature esposte alle radiazioni di neutroni, vengono effettuate due misurazioni: all'esterno e all'interno dell'apparecchiatura. Se i risultati della misurazione sono vicini tra loro, significa che l'apparecchiatura ha indotto attività.

Dalla tabella risulta che lo strato di semiattenuazione per i materiali leggeri per la radiazione di neutroni è molte volte più piccolo rispetto ai materiali pesanti. Al contrario, i materiali pesanti, come i metalli, attenuano la radiazione neutronica meno bene della radiazione gamma.

Tutte le strutture protettive realizzate con materiali non metallici proteggono perfettamente dalle radiazioni di neutroni gamma. La loro efficacia di protezione contro le radiazioni neutroniche può essere aumentata utilizzando guarnizioni realizzate con materiali leggeri (polietilene, fibra di vetro, ecc.).

I più sensibili alle radiazioni penetranti sono i materiali foto, semiconduttori e organici. Tg k, la pellicola viene esposta alla luce quando esposta ad una dose di esposizione di diversi roentgen. I materiali inorganici e i metalli hanno una grande resistenza alle radiazioni. Nella tabella P.6 15] fornisce informazioni indicative sulla resistenza di vari materiali agli effetti delle radiazioni gamma e neutroniche. Sono raggruppati in base alla resistenza, determinata dalla variazione dei parametri elettrici e meccanici. Il flusso massimo consentito e la dose di esposizione sono quei flussi e dosi ai quali le caratteristiche dei materiali si deteriorano del 25%.

Protezione contro le radiazioni neutroniche. La distribuzione spaziale della densità del flusso di neutroni (velocità di dose) nella maggior parte dei casi può essere descritta dalla dipendenza sperimentale cp = cpoe8*. Nei calcoli, invece del fattore di attenuazione lineare 5, viene spesso utilizzato il fattore di attenuazione di massa 5n = 5/p, dove p è la densità del mezzo protettivo. Allora il prodotto 5A può essere rappresentato nella forma Con questo in testa

Quando si progetta la protezione contro le radiazioni neutroniche, si deve tenere conto del fatto che il processo di assorbimento è efficace per i neutroni termici, lenti e risonanti; pertanto, i neutroni veloci devono essere preliminarmente rallentati. I materiali pesanti attenuano bene i neutroni veloci. I neutroni intermedi vengono attenuati in modo più efficace dalle sostanze contenenti iodio. Ciò significa che si dovrebbe cercare una tale combinazione di sostanze pesanti e contenenti idrogeno che dia la massima efficienza (ad esempio, vengono utilizzate combinazioni di H2O + Fe, H2O + Pb).

Di grande importanza pratica è il problema dell'effetto combinato delle radiazioni ionizzanti e dei fattori chimici nell'ambiente. Due aspetti di questo problema sono particolarmente attuali: il primo è ridurre l'effetto distruttivo delle radiazioni con l'aiuto di una sostanza nociva, sfruttando il fenomeno dell'antagonismo. Ad esempio, è stato stabilito che l'esposizione acuta ai veleni, che provoca ipossia nel corpo (diminuzione dell'ossigeno nei tessuti) e l'azione simultanea e sequenziale delle radiazioni ionizzanti, è accompagnata da una diminuzione della gravità del danno da radiazioni, ad es. , contribuisce ad una maggiore resistenza alle radiazioni del corpo. Tali sostanze sono chiamate radioprotettori. Questo effetto è stato notato per monossido di carbonio, anilina, cianuri, ecc. L'effetto protettivo dell'ipossia e di alcune sostanze è più pronunciato quando esposto a radiazioni gamma, raggi X e neutronici, nonché quando irradiato con nuclei pesanti.

I migliori materiali per la protezione dalle radiazioni neutroniche sono i materiali contenenti idrogeno, cioè quelli che hanno atomi di idrogeno nella loro formula chimica. Solitamente vengono utilizzati acqua, paraffina e polietilene. Inoltre, la radiazione neutronica è ben assorbita da boro, berillio, cadmio e grafite. Poiché la radiazione di neutroni è accompagnata da radiazione gamma, è necessario utilizzare schermi multistrato costituiti da vari materiali: piombo-polietilene, acciaio-acqua, ecc. In alcuni casi vengono utilizzate soluzioni acquose di idrossidi di metalli pesanti, ad esempio idrossido di ferro per assorbire contemporaneamente neutroni e radiazioni gamma Fe(OH)3.

Il meccanismo d’influenza dell’IA sugli esseri umani.

Caratteristica fondamentale dell'azione delle radiazioni ionizzanti è la loro capacità di penetrare nei tessuti biologici, nelle cellule, nelle strutture subcellulari e, provocando la ionizzazione istantanea degli atomi, danneggiarli a causa di reazioni chimiche. Qualsiasi molecola può essere ionizzata, e quindi tutte le distruzioni strutturali e funzionali delle cellule somatiche, le mutazioni genetiche, gli effetti sull'embrione, le malattie umane e la morte.

Il meccanismo di questo effetto è l'assorbimento dell'energia di ionizzazione da parte dell'organismo e la rottura dei legami chimici delle sue molecole con la formazione di composti altamente attivi, i cosiddetti radicali liberi.

Il corpo umano è composto per il 75% da acqua, quindi l'effetto indiretto delle radiazioni attraverso la ionizzazione della molecola d'acqua e le successive reazioni con i radicali liberi saranno in questo caso di importanza decisiva. Quando una molecola d'acqua si ionizza, si formano uno ione positivo HO e un elettrone che, avendo perso energia, può formare uno ione negativo HO. Entrambi questi ioni sono instabili e si dividono in una coppia di ioni stabili che si ricombinano (rigenerano) per formare una molecola d'acqua e due radicali liberi OH e H, caratterizzati da un'attività chimica eccezionalmente elevata. Direttamente o attraverso una catena di trasformazioni secondarie, come la formazione di un radicale perossido (ossido idrato di acqua), e quindi di perossido di idrogeno H O e altri agenti ossidanti attivi dei gruppi OH e H, interagendo con le molecole proteiche, portano al tessuto distruzione principalmente dovuta a processi di ossidazione che si verificano vigorosamente. In questo caso, una molecola attiva ad alta energia coinvolge nella reazione migliaia di molecole di materia vivente. Nel corpo, le reazioni ossidative iniziano a prevalere sulle reazioni di riduzione. Il prezzo da pagare per il metodo aerobico della bioenergia è la saturazione del corpo con ossigeno libero.

Inoltre, l'ulteriore apporto di energia di ionizzazione al corpo sconvolge l'equilibrio dei processi energetici che si verificano in esso. Dopotutto, la presenza di energia nelle sostanze organiche dipende principalmente non dalla loro composizione elementare, ma dalla struttura, dalla posizione e dalla natura dei legami degli atomi, ad es. quegli elementi che sono più facilmente suscettibili all'influenza energetica.

Radiazione neutronica. I neutroni vengono emessi dai nuclei durante le reazioni nucleari, quando l'energia ricevuta dal nucleo dall'esterno è sufficiente a distruggere il legame del neutrone con il nucleo, a seguito della fissione dei nuclei di uranio. Non avendo carica, i neutroni non interagiscono con i campi elettrici degli elettroni e dei nuclei quando attraversano la materia e si muovono senza ostacoli finché non entrano in collisione con un nucleo. E poiché la dimensione dei nuclei è incommensurabilmente più piccola di quella degli atomi stessi, le collisioni sono molto rare e il percorso libero anche nei solidi raggiunge diversi centimetri (centinaia di metri nell'aria).

Vengono considerati tre tipi di interazione dei neutroni con la materia:

diffusione elastica sui nuclei - quando una parte dell'energia del neutrone viene trasferita al nucleo, l'altra parte rimane con il neutrone disperso. Durante la diffusione elastica l'energia interna del nucleo non cambia, acquista solo energia cinetica;

diffusione anelastica sui nuclei - quando cambia l'energia di rinculo interno. Il nucleo si eccita e, ritornando allo stato normale, può emettere un quanto gamma;

cattura di neutroni da parte dei nuclei - quando i neutroni vengono catturati dai nuclei, si forma un nucleo altamente eccitato che, tornando al suo stato normale, può emettere varie particelle.

In base alla loro energia, i neutroni si dividono in neutroni termici, intermedi e veloci. Per proteggersi dalle radiazioni di neutroni, vengono utilizzati materiali con elevate capacità di moderazione e assorbimento: acqua, paraffina, grafite, boro, cadmio, ecc.

La principale fonte di neutroni è il reattore operativo. Sotto l'influenza dei neutroni nel reattore, vengono attivati ​​il ​​​​liquido di raffreddamento, i materiali strutturali, nonché i prodotti della corrosione delle apparecchiature e delle condutture. Gli isotopi radioattivi risultanti sono fonti di radiazioni gamma e beta. Quando l'uranio viene fissionato in un reattore, si formano prodotti di frammenti di fissione, che hanno principalmente attività gamma e beta, nonché prodotti di fissione gassosi.

Radiazione beta

Le particelle beta sono un flusso di elettroni o positroni emessi dai nuclei degli elementi radioattivi durante il decadimento beta. Un elettrone (b – particella) ha una massa m e = 9,109´10 -31 kg e una carica negativa e = 1,6´10 -19 C. Un positrone (particella b + -) è una particella elementare con carica elettrica positiva, un'antiparticella rispetto all'elettrone. Le masse dell'elettrone e del positrone sono uguali, e le loro cariche elettriche e i loro momenti magnetici sono uguali in valore assoluto, ma opposti in segno. Il positrone è stabile, ma esiste nella materia solo per breve tempo (frazioni di secondo) a causa dell'annichilazione con gli elettroni.

Le particelle beta dello stesso elemento radioattivo hanno quantità diverse di energia. Ciò è spiegato dalla natura del decadimento beta dei nuclei radioattivi, in cui l'energia risultante è distribuita tra il nucleo figlia, la particella beta e il neutrino in proporzioni diverse. Pertanto, lo spettro energetico delle particelle beta è complesso e continuo. L'energia massima varia da 0,018 a 13,5 MeV. Il decadimento beta può verificarsi non solo a livello del suolo, ma anche ai livelli eccitati del nucleo figlio. Il flusso di particelle beta è chiamato radiazione beta. Di conseguenza decadimento beta dell'elettrone il nucleo originale si trasforma in un nuovo nucleo, la cui massa rimane la stessa, la carica aumenta di uno e appare una particella: un antineutrino:

Decadimento beta del positrone porta alla formazione di un nucleo con la stessa massa e carica, ridotta di uno, e si forma un neutrino:

Un neutrino differisce da un antineutrino nella direzione della sua rotazione rispetto alla sua quantità di moto.

Il decadimento beta si riferisce ad un altro tipo di trasformazione nucleare: cattura elettronica, in cui il nucleo attrae uno degli elettroni situati nelle orbite interne dell'atomo (solitamente lo strato K):

;

La posizione dell'elettrone catturato viene immediatamente riempita con un elettrone proveniente da un livello superiore e vengono emessi raggi X. Il nucleo di un tale atomo rimane invariato in massa e si trasforma in un nuovo nucleo con una carica ridotta di uno.

Spesso lo stesso radionuclide subisce contemporaneamente più tipi di decadimento. Ad esempio, il K-40 subisce il decadimento e la cattura degli elettroni (cattura K).

Pertanto, per tutti i tipi di decadimento beta, il numero di massa del nucleo rimane invariato, ma il numero di carica cambia di uno.

Quando le particelle beta interagiscono con la materia, si verificano la ionizzazione e l'eccitazione degli atomi, mentre le particelle beta trasferiscono la loro energia cinetica agli atomi e si dissipano. La perdita di energia da parte di una particella beta durante ogni atto di interazione con la materia è accompagnata da una diminuzione della sua velocità rispetto alla velocità termica di movimento della sostanza. La particella beta negativa rimane come elettrone libero oppure si attacca a un atomo neutro o a uno ione positivo, trasformando il primo in uno ione negativo e il secondo in un atomo neutro. Una particella beta positiva (positrone) alla fine del suo percorso, scontrandosi con un elettrone, si combina con esso e si annichila.

Ripetuti cambiamenti nella direzione di una particella beta durante la sua interazione con la materia portano al fatto che la profondità della sua penetrazione nella sostanza - la lunghezza del percorso - risulta essere significativamente inferiore alla reale lunghezza del percorso della particella beta in la sostanza e la ionizzazione è di natura volumetrica.

Valore medio di ionizzazione specifica – densità di ionizzazione lineare– nell’aria dipende dall’energia delle particelle beta e ammonta a 100–300 coppie di ioni per 1 cm di percorso, e la portata massima nell’aria raggiunge diversi metri, nel tessuto biologico – centimetri, nei metalli – decine di micron. La velocità delle particelle beta nell'aria è vicina alla velocità della luce (250.000–270.000 km/s).

Per proteggersi dalle radiazioni beta vengono utilizzati: vetro, alluminio, plexiglass, polimeri - materiali costituiti da elementi con un numero di serie basso.

Lo spessore dello strato di materia in cui le particelle beta vengono completamente assorbite corrisponde alla lunghezza massima del percorso: la lunghezza del percorso delle particelle beta con l'energia più alta in un dato spettro può essere determinata dalla formula

dove R max è la lunghezza massima del tratto (spessore dello strato), cm; E max – energia massima delle particelle beta nello spettro, MeV; r è la densità della sostanza, g/cm3.

La perdita di energia da parte delle particelle beta e la loro dispersione nella materia portano ad un graduale indebolimento del flusso delle particelle beta, che si esprime con una dipendenza esponenziale

, (3.4)

dove N è il numero di particelle beta che attraversano uno strato di materia di spessore R nell'unità di tempo; N 0 – numero iniziale di particelle beta che cadono per unità di tempo sullo strato assorbente; m l – coefficiente di assorbimento lineare, cm -1; R – spessore dello strato assorbente, cm.

Radiazione neutronica

I neutroni liberi si formano durante il processo di fissione nucleare spontanea, il che significa la sua scissione, ad es. decadono in due frammenti, la somma delle loro masse è approssimativamente uguale alla massa del nucleo originario. I neutroni prodotti durante la fissione nucleare hanno un'energia di circa 2 MeV.

235 92 U + 1 0 n – 56 144 Va + 89 36 Kr + 2 0 1 n + Q

Neutrone(n) – una particella elementare, elettricamente neutra con massa m n = 1.6748´10 -27 kg. Un neutrone allo stato libero è instabile; si trasforma spontaneamente in un protone con l’emissione di un elettrone e di un antineutrino: 1 0 ; La vita media dei neutroni è di circa 16 minuti.

Circa l'1% dei neutroni viene emesso da frammenti di fissione eccitati del nucleo originale. In questo caso, lo stato energetico del nucleo del frammento cambia con una diminuzione del numero di massa di uno:

.

Tali trasformazioni avvengono dopo il completamento del processo di fissione nucleare in un tempo compreso tra frazioni e decine di secondi. Vengono chiamati neutroni emessi dopo un periodo di tempo dell'ordine di un secondo dall'evento di fissione in ritardo. L'energia dei neutroni ritardati è di circa 0,5 MeV.

I neutroni, interagendo con la materia, vengono dispersi o catturati dai nuclei degli atomi della sostanza. Viene fatta una distinzione tra diffusione elastica e anelastica e cattura radiativa con emissione di particelle cariche.

Elastico Si chiama scattering in cui un neutrone, scontrandosi con il nucleo di un atomo, gli trasferisce parte dell'energia cinetica e rimbalza sul nucleo, cambiando la direzione del suo movimento, con energia ridotta. Durante gli urti, l'energia ceduta dal neutrone al nucleo viene convertita nell'energia cinetica del nucleo, che comincia a muoversi e viene chiamata nucleo di rinculo(figura 7 ) . I nuclei di rinculo che hanno ricevuto energia sufficientemente elevata da un neutrone possono essere eliminati dagli atomi e interagiscono con la materia come particelle cariche, producendo la ionizzazione.

Un neutrone perde la massima energia quando interagisce con nuclei di massa uguale o vicina ad esso. Poiché in questo caso i neutroni vengono rallentati, gli elementi leggeri (idrogeno, berillio, grafite) sono moderatori particolarmente efficaci. La probabilità di diffusione elastica aumenta al diminuire dell'energia dei neutroni e della carica nucleare.

Riso. 7. Collisione elastica di un neutrone con un nucleo

Diffusione anelastica Questa è l'interazione di un neutrone con un nucleo, quando un neutrone penetra al suo interno, eliminando uno dei neutroni di energia inferiore e di direzione diversa da quella originale, e trasferisce il nucleo in uno stato eccitato, dal quale molto rapidamente passa allo stato fondamentale con l'emissione di un quanto gamma ( Fig. 8).

La diffusione anelastica è caratteristica dell'interazione di neutroni di energie sufficientemente elevate con i nuclei di elementi pesanti.

Riso. 8. Collisione anelastica di un neutrone con un nucleo

Il fenomeno in cui un neutrone, penetrando in un nucleo, forma un isotopo più pesante del nucleo interagendo con esso è detto cattura di neutroni. Il nucleo che ha catturato il neutrone entra in uno stato eccitato e, tornando allo stato fondamentale, emette uno o più quanti gamma con un'energia dell'ordine dei megaelettronvolt o particelle cariche (Fig. 9).

La cattura di un neutrone da parte di un nucleo è accompagnata dall'emissione di raggi gamma secondo il seguente schema:

0 1 n + 13 27 Al – 13 28 Al *

13 28 Al * –– 13 28 Al + quanto gamma

La cattura dei neutroni da parte dei nuclei diventa possibile grazie al fatto che, non avendo carica e non sperimentando come risultato questa azione elettrica repulsiva del nucleo, il neutrone è in grado di avvicinarsi ad esso a distanze così piccole che le forze di attrazione nucleare influenzano Esso. La probabilità di cattura aumenta per i neutroni a bassa energia a causa del tempo di residenza più lungo del neutrone vicino al nucleo.

Riso. 9. Cattura di neutroni da parte di un nucleo

La principale caratteristica qualitativa della radiazione neutronica è spettro energeticoè la distribuzione energetica dei neutroni. In questo caso si distinguono i seguenti spettri energetici dei neutroni: lento con energia fino a 0,5 eV, intermedio– con energia da 0,5 eV a 200 keV, veloce– con energia da 200 keV a 20 MeV e ultra veloce– con energia superiore a 20 MeV.

La radiazione di neutroni è indirettamente ionizzante, ciò è dovuto al fatto che i neutroni praticamente non interagiscono con i gusci elettronici degli atomi e non ionizzano direttamente gli atomi. I neutroni si muovono attraverso la materia senza perdita di energia finché non incontrano i nuclei.

Il potere di penetrazione dei neutroni nell'aria è di centinaia di metri ed è paragonabile al potere di penetrazione delle radiazioni gamma, o anche di più. Nell'aria, un neutrone percorre circa 300 metri tra due collisioni successive, e nei liquidi e solidi più densi, circa 1 cm.

Radiazione gamma

Radiazione gamma- radiazione elettromagnetica a onde corte emessa dai nuclei atomici eccitati. La radiazione gamma viene osservata durante il decadimento radioattivo dei nuclei atomici e delle reazioni nucleari. L'emissione di raggi gamma non comporta la trasformazione degli elementi e quindi non è considerata un tipo di trasformazione radioattiva. La radiazione gamma accompagna solo alcune trasformazioni radioattive in cui i nuclei si formano in stati eccitati. I nuclei eccitati passano allo stato fondamentale entro 10 -12 s, emettendo un eccesso di energia sotto forma di un quanto gamma. A volte il nucleo emette una serie di raggi gamma in successione, passando ogni volta in uno stato meno eccitato finché non diventa stabile. Questo fenomeno si chiama radiazione a cascata.

I raggi gamma non hanno né carica né massa a riposo. La loro emissione non porta alla formazione di nuclei di nuovi elementi. Un nucleo eccitato e stabile di un elemento differisce solo in energia, cioè Durante le transizioni gamma, la carica Z e il numero di massa A non cambiano. L'emissione di un quanto gamma è un processo che avviene spontaneamente nei nuclei e caratterizza le proprietà dei nuclei.

Se il simbolo * denota lo stato eccitato del nucleo, allora il processo di emissione di un quanto gamma hn può essere scritto come segue:

,

dove h è la costante di Planck (h = 6.626´10 –34 J×s); n – frequenza delle onde elettromagnetiche.

I quanti gamma emessi dal nucleo sono caratterizzati da elevata energia, ciascuno di essi può essere rilevato e registrato da dispositivi. Nel decadimento radioattivo dei nuclei si osservano solitamente quanti gamma con energie da 10 keV a 5 MeV; nelle reazioni nucleari si incontrano quanti gamma con energie fino a 20 MeV. I moderni acceleratori producono raggi gamma con energie fino a 20 GeV.

La radiazione gamma di un'esplosione nucleare viene prodotta direttamente durante la fissione dei nuclei di U o Pu. La sua fonte sono anche frammenti di fissione che emettono un quanto gamma durante la transizione dallo stato eccitato allo stato fondamentale.

Tra i processi di interazione dei quanti gamma con la materia, i più probabili sono: l'effetto fotoelettrico, lo scattering Compton e la formazione di una coppia elettrone-positrone.

Il processo di interazione di un quanto gamma con una sostanza, in cui il quanto gamma viene completamente assorbito da un atomo della sostanza ed elimina un elettrone dall'atomo, è chiamato effetto fotoelettrico(effetto foto). L'effetto fotoelettrico si verifica più spesso a bassi valori di energia dei raggi gamma e diminuisce bruscamente con il suo aumento.

Quando l'energia dei raggi gamma è compresa tra 0,2 e 1 MeV, il processo più probabile diventa l'interazione di un raggio gamma con uno degli elettroni esterni. Durante questa interazione, il quanto gamma trasferisce all'elettrone parte della sua energia, che si trasforma nell'energia cinetica dell'elettrone (E e) e viene spesa dall'elettrone secondario per la ionizzazione degli atomi della sostanza. Di conseguenza, l'energia del quanto gamma (E g) diminuisce, mentre cambia la direzione del suo movimento. Viene chiamato il processo di riduzione dell'energia dei raggi gamma e di dispersione degli elettroni Effetto Compton(scattering anelastico) (Fig. 11).

Quando i quanti gamma interagiscono con il campo elettromagnetico del nucleo, possono cessare di esistere come quanti gamma e trasformarsi in due particelle: un elettrone e un positrone. Questo processo di interazione dei raggi gamma con la materia si chiama formazione di coppie elettrone-positrone. Tale interazione è possibile se il quanto gamma ha un'energia pari o superiore a 1,02 MeV. Ciò è spiegato dal fatto che l'energia di riposo dell'elettrone e del positrone, rispettivamente, è 0,51 MeV, quindi per la loro formazione vengono spesi 1,02 MeV.

Fig.10. Fotoeffetto Fig. 11. Effetto Compton

Tutta l'energia in eccesso posseduta da un quanto gamma superiore a 1,02 MeV viene riportata equamente sotto forma di energia cinetica a un elettrone e a un positrone. L'elettrone e il positrone che sorgono durante la formazione di una coppia spendono la loro energia cinetica per la ionizzazione del mezzo, dopodiché il positrone si annichila, collegandosi con uno degli elettroni liberi presenti nel mezzo (Fig. 12).

A differenza delle particelle alfa e beta, che ionizzano direttamente gli atomi, i quanti gamma in tutti i casi, interagendo con la materia, provocano la comparsa di elettroni secondari liberi e positroni in essa, che producono ionizzazione.

Riso. 12. Formazione di una coppia elettrone-positrone

La radiazione gamma è caratterizzata da una probabilità molto bassa di interazione con la materia. Ciò significa che l’effetto fotoelettrico, lo scattering Compton e la formazione di coppie elettrone-positrone quando la radiazione gamma attraversa la materia sono piuttosto rari.

La capacità ionizzante dei quanti gamma alla stessa energia dei quanti gamma e delle particelle cariche e con lo stesso mezzo interagente è migliaia di volte inferiore alla capacità ionizzante delle particelle cariche.

Nell'aria, la densità di ionizzazione lineare dei quanti gamma è di 2-3 coppie di ioni per 1 cm di percorso. La capacità di penetrazione dei raggi gamma nell'aria è di centinaia di metri.

L'attenuazione (assorbimento) dell'intensità della radiazione gamma in una sostanza è determinata dalla legge di Bouguer:

, (3.5)

dove I è l'intensità della radiazione gamma alla profondità R nella sostanza; I 0 – intensità della radiazione gamma all'ingresso nella sostanza; m – coefficiente di attenuazione lineare.

Il coefficiente m è costituito dal coefficiente di assorbimento per l'effetto fotoelettrico m f, dal coefficiente di attenuazione per l'effetto Compton m k e dal coefficiente di assorbimento per la formazione di coppie elettrone-positrone m coppie:

. (3.6)

Il coefficiente m dipende non solo dall'energia dei raggi gamma, ma anche dalla densità e dal numero atomico medio del mezzo. Pertanto è più conveniente esprimere l'assorbimento dei raggi gamma da parte di una sostanza attraverso il coefficiente di attenuazione di massa m m = m/r. Allora otteniamo

. (3.7)

. Dose di radiazioniè la quantità di energia delle radiazioni ionizzanti assorbita per unità di massa del mezzo irradiato. Esistono dosi di radiazioni assorbite, di esposizione e equivalenti.

Dose di radiazioni assorbita(D) è la quantità di energia di qualsiasi tipo di radiazione ionizzante assorbita da un'unità di massa di qualsiasi sostanza:

, (3.8)

dove dE è l'energia della radiazione assorbita; dm è la massa della sostanza irradiata.

Questo valore permette di quantificare l'effetto di vari tipi di radiazioni in vari ambienti. Non dipende dal volume e dalla massa della sostanza irradiata ed è determinato principalmente dalla capacità ionizzante e dall'energia della radiazione, dalle proprietà della sostanza assorbente e dalla durata dell'irradiazione.

Quando si determina la dose in un oggetto biologico, è necessario tenere conto dell'irradiazione esterna e interna, poiché le sostanze radioattive possono entrare nel corpo con cibo, acqua e aria inalata. In questo caso, l'irradiazione degli organi interni avviene non solo con radiazioni gamma, ma anche con radiazioni alfa e beta.

La dose assorbita è una misura quantitativa dell'effetto delle radiazioni ionizzanti su una sostanza. Il grigio (Gy) viene preso come unità di misura della dose assorbita - la dose di radiazione assorbita, corrispondente all'energia di 1 joule di radiazioni ionizzanti di qualsiasi tipo, trasferita a una sostanza irradiata con una massa di 1 kg: 1 Gy = 1J/kg.

In pratica viene utilizzata un'unità fuori sistema - lieto(Rad - dalle prime lettere della frase inglese "dose di assorbimento delle radiazioni"). Una dose di 1 rad significa che in ogni grammo di sostanza irradiata vengono assorbiti 100 erg di energia. 1 rad \u003d 100 erg / g \u003d \u003d 0,01 J / kg \u003d 0,01 Gy, cioè 1 Gy = 100 rad (1 erg = 10 J).

La dose di radiazione assorbita dipende dalle proprietà della radiazione e del mezzo assorbente. Per le particelle cariche (particelle alfa, beta, protoni) di basse energie, neutroni veloci e alcune altre radiazioni, quando i principali processi della loro interazione con la materia sono la ionizzazione diretta e l'eccitazione, la dose assorbita funge da caratteristica inequivocabile delle radiazioni ionizzanti in termini della sua interazione con l’ambiente. Ciò è dovuto al fatto che si possono stabilire adeguate relazioni dirette tra i parametri che caratterizzano la capacità ionizzante delle radiazioni nel mezzo e la dose assorbita.

Per i raggi X e le radiazioni gamma tali dipendenze non vengono osservate questi tipi di radiazioni sono indirettamente ionizzanti. Di conseguenza, la dose assorbita non può servire come caratteristica di queste radiazioni in termini di effetto sull'ambiente.

introduzione

Il neutrone fu scoperto nel 1932. La scoperta del neutrone fu un punto di svolta nello studio delle reazioni nucleari. Poiché i neutroni sono privi di carica, penetrano senza ostacoli nei nuclei atomici e ne provocano le trasformazioni. Il fisico italiano Fermi, che fu il primo a studiare le reazioni causate dai neutroni, scoprì che le trasformazioni nucleari sono causate anche da neutroni lenti che si muovono a velocità termiche. L'uso pratico dell'energia intranucleare si è rivelato possibile grazie al fatto che il fatto fondamentale della fissione nucleare è l'emissione di due o tre neutroni durante la fissione. L'energia dei neutroni rilasciati nel processo di fissione ha un valore diverso: da diversi milioni di elettronvolt a quelli molto piccoli, prossimi allo zero. Solo nei nuclei un neutrone acquisisce stabilità grazie all'interazione con altri nucleoni. Un neutrone libero vive in media 16 minuti. Ciò è stato dimostrato sperimentalmente solo dopo la costruzione di reattori nucleari che producono potenti fasci di neutroni.

Radioattività- la capacità dei radionuclidi di trasformarsi spontaneamente in atomi di altri elementi, a causa della transizione del nucleo da uno stato energetico all'altro, accompagnata da radiazioni ionizzanti. Nello stato normale, il rapporto tra il numero di neutroni e di protoni nel nucleo è strettamente definito. La distanza tra loro e la loro energia legante è minima, il nucleo è stabile. Come risultato dell'irradiazione con neutroni (o altre particelle), il nucleo entra in uno stato eccitato. Dopo un periodo di tempo, entra in uno stato stabile e l'energia in eccesso viene convertita in radiazione radioattiva dal nucleo. Il processo di transizione dei nuclei da uno stato instabile a uno stabile con l'emissione di energia in eccesso è chiamato decadimento radioattivo.

radiazione di neutroni

I principali tipi di radiazioni radioattive da decadimento nucleare sono:

· radiazioni gamma;

beta: radiazione;

alfa: radiazione;

radiazione di neutroni.

radiazione di neutroni. I neutroni vengono emessi dai nuclei durante le reazioni nucleari, quando l'energia ricevuta dal nucleo dall'esterno è sufficiente a distruggere il legame del neutrone con il nucleo, a seguito della fissione dei nuclei di uranio. Non avendo carica, i neutroni non interagiscono con i campi elettrici degli elettroni e dei nuclei quando attraversano la materia e si muovono senza ostacoli finché non entrano in collisione con un nucleo. E poiché la dimensione dei nuclei è incommensurabilmente più piccola di quella degli atomi stessi, le collisioni sono molto rare e il percorso libero anche nei solidi raggiunge diversi centimetri (centinaia di metri nell'aria).

Vengono considerati tre tipi di interazione dei neutroni con la materia:

· diffusione elastica da parte dei nuclei- quando una parte dell'energia del neutrone viene trasferita al nucleo, l'altra parte rimane con il neutrone disperso. Durante la diffusione elastica l'energia interna del nucleo non cambia, acquista solo energia cinetica;

· diffusione anelastica sui nuclei – quando cambia l’energia di rinculo interna. Il nucleo si eccita e, ritornando allo stato normale, può emettere un quanto gamma;

· cattura di neutroni da parte dei nuclei – Quando i neutroni vengono catturati dai nuclei, si forma un nucleo altamente eccitato che, tornando al suo stato normale, può emettere varie particelle.

In base alla loro energia, i neutroni si dividono in neutroni termici, intermedi e veloci. Per proteggersi dalle radiazioni di neutroni, vengono utilizzati materiali con elevate capacità di moderazione e assorbimento: acqua, paraffina, grafite, boro, cadmio, ecc.

La principale fonte di neutroni è il reattore operativo. Sotto l'influenza dei neutroni nel reattore, vengono attivati ​​il ​​​​liquido di raffreddamento, i materiali strutturali, nonché i prodotti della corrosione delle apparecchiature e delle condutture. Gli isotopi radioattivi risultanti sono fonti di radiazioni gamma e beta. Quando l'uranio viene fissionato in un reattore, si formano prodotti di frammenti di fissione, che hanno principalmente attività gamma e beta, nonché prodotti di fissione gassosi.

Sorgenti di radiazioni nelle centrali nucleari

Indipendentemente dal tipo di reattore installato in una centrale nucleare e dal suo schema tecnologico, le principali fonti di radiazioni in una centrale nucleare sono il nocciolo del reattore, le condutture e le apparecchiature del circuito di processo, le vasche del combustibile nucleare esaurito, i sistemi speciali di trattamento dell'acqua e le loro attrezzature e la stessa protezione del reattore.

Fig.1 Sorgenti di neutroni.

Le sorgenti di neutroni nel nocciolo di un reattore operativo possono essere divise in quattro gruppi:

· neutroni immediati, cioè neutroni che accompagnano il processo di fissione dei nuclei combustibili;

· neutroni ritardati - emessi da nuclei altamente eccitati di frammenti di fissione;

· neutroni di attivazione - emessi durante il decadimento radioattivo dei prodotti di alcune reazioni nucleari;

· fotoneutroni - si formano come risultato di reazioni (γ, n) su alcuni nuclei.

Il contributo maggiore alla dose di radiazioni quando il reattore funziona a piena potenza è dato dai neutroni immediati.

Sorgenti di neutroni. I neutroni immediati vengono prodotti quasi contemporaneamente alla fissione nucleare. Il numero medio di neutroni pronti durante la fissione di 235U, 233U, 239Pu è rispettivamente 2,5 ± 0,03, 2,47 ± 0,03 e 2,9 ± 0,04. I neutroni ritardati sono prodotti in quantità significativamente inferiori (0,002 - 0,007 neutroni/fissione) e sono emessi da alcuni prodotti di fissione con emivite di 0,18 - 54,5 s.

La distribuzione energetica dei neutroni pronti e ritardati è descritta da varie formule empiriche, ma più spesso dalla formula:

dove S(En) è il numero di neutroni.

En - energia dei neutroni, MeV.

Nell'intervallo di energia compreso tra 4 e 12 MeV - il più importante dal punto di vista della radioprotezione - lo spettro dei neutroni di fissione può essere descritto da un esponente semplice:

S(En) = 1,75 esp (- 0,776 En), (2)

l'errore di questo rapporto non è superiore al 15%.

Ai fini della radioprotezione è necessario disporre di uno spettro neutronico di fissione integrato, ovvero il numero di neutroni nello spettro neutronico di fissione (1) con energia superiore a En:

(3)

Per il lavoro preventivo, lo spettro dei neutroni di fissione (Fig. 6.2) e lo spettro integrale dei neutroni di fissione (Fig. 6.3) sono presentati sotto forma di tabelle in cui S(En) e χ(Εn) sono normalizzati all'unità. L'energia più probabile dei neutroni di fissione è 0,6 - 0,8 MeV e la media è 2 MeV, si presume che il massimo sia 12 MeV.

Come risultato dell'interazione dei neutroni formati durante la fissione con i nuclei degli elementi che compongono il nucleo (scattering elastico e anelastico, assorbimento, fissione), lo spettro dei neutroni di fissione (Fig. 6.2) viene deformato e assume la forma mostrata in Fico. 4. Nella regione di energia corrispondente al gruppo dei neutroni veloci, praticamente non differisce dallo spettro dei neutroni di fissione, nella regione di energia intermedia è lo spettro dei neutroni moderati, cioè 1/En è lo spettro, e nelle regioni di energia termica e sopratermica è lo spettro di Maxwell. Naturalmente la Fig. 4 mostra la forma fondamentale dello spettro, quello reale dipende dalla composizione del nucleo e dalle informazioni su di esso, nonché sullo spettro dei neutroni che fuoriescono dal nucleo e sul loro numero (densità del flusso di neutroni sulla superficie del nucleo), possono essere ottenuti dai risultati del calcolo delle caratteristiche fisiche del nucleo.