На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Ионизирующие излучения и их практическое использование

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 15.12.2012. Сдан: 2012. Страниц: 18. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):






СОДЕРЖАНИЕ
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Радиоактивность – отнюдь не новое явление; новизна состоит  лишь в том, как люди пытались ее использовать. И радиоактивность, и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли.
Ионизирующее излучение  сопровождало и Большой взрыв, с  которого, как мы сейчас полагаем, началось существование нашей Вселенной около 20 миллиардов лет назад. С того времени радиация наполняет космическое пространство. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее рождения. Даже человек слегка радиоактивен, так как во всякой живой ткани присутствует в следовых количествах радиоактивные вещества. Но с момента открытия этого универсального фундаментального открытия прошло лишь немногим более ста лет.
В 1896 году французский  ученый Анри Беккерель положил несколько  фотографических пластинок в  ящик стола, придавив их кусками какого-то материала, содержащего уран. Когда он проявил пластинки, то, к своему удивлению, обнаружил на них следы каких-то излучений, которые он приписал урану. Вскоре этим явлением заинтересовалась Мария Кюри, молодой химик, полька по происхождению, которая и ввела в обиход слова “радиоактивность”.
В 1898 году она и ее муж  Пьер Кюри обнаружили, что уран после  излучения превращается в другие химические элементы. Один из этих элементов  супруги назвали полонием в память о родине Марии Кюри, а еще один – радием, поскольку по-латыни это слово обозначает “испускающий лучи”. И открытие
Беккереля, и исследования супругов Кюри были подготовлены более  ранним, очень важным событием в  научном мире – открытием в 1895 году рентгеновских лучей; эти лучи были названы так по имени открывшего их (тоже, в общем, случайно) немецкого физика Вильгельма Рентгена.
Беккерель один из первых столкнулся с самым неприятным свойством  радиоактивного излучения: речь идет о  его воздействии на ткани живого организма. Ученый положил пробирку с радием в карман и получил в результате ожог кожи. Мария Кюри умерла, по всей видимости, от одного из злокачественных заболеваний крови, поскольку слишком часто подвергалась воздействию радиоактивного излучения. По крайней мере 336 человек, работавших с радиоактивными материалами в то время, умерли в результате облучения.
Несмотря на это, небольшая  группа талантливых и большей  частью молодых ученых направила  свои усилия на разгадку одной из самых  волнующих загадок всех времен, стремясь проникнуть в самые сокровенные тайны материи.
 

1 Общие сведения
 
Ионизирующее излучение (ionizing radiation) – это поток элементарных частиц или квантов электромагнитного  излучения, который создается при  радиоактивном распаде, ядерных  превращениях, торможении заряженных частиц в веществе, и прохождение которого через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов или молекул среды.
Ионизацию среды могут  производить только заряженные частицы  – электроны, протоны и другие элементарные частицы и ядра химических элементов. Процесс ионизации заключается в том, что заряженная частица, кинетическая энергия которых достаточна для ионизации атомов, при своем движении в среде взаимодействует с электрическим полем атомов и теряет часть своей энергии на выбивание электронов с электронных оболочек атомов. Нейтральные частицы и электромагнитное излучение не производят ионизацию, но ионизируют среду косвенно, через различные процессы передачи своей энергии среде с порождением вторичного излучения в виде заряженных частиц (электронов, протонов), которые и производят ионизацию среды.
Ионизирующие излучения  разделяют на фотонные и корпускулярные.
Фотонное ионизирующее излучение – это все виды электромагнитного  излучения, возникающее при изменении  энергетического состояния атомных ядер, электронов атомов или аннигиляции частиц – ультрафиолетовое и характеристическое рентгеновское излучение, излучения, возникающие при радиоактивном распаде и других ядерных реакциях и при торможении заряженных частиц в электрическом или магнитном поле.
Корпускулярное ионизирующее излучение – потоки альфa- и бета-частиц, протонов, ускоренных ионов и электронов, нейтронов и др. Корпускулярное излучение  потока заряженных частиц относится  к классу непосредственно ионизирующего  излучения. Корпускулярное излучение потока незаряженных частиц называют косвенно ионизирующим излучением.
Источник ионизирующего  излучения (ionizing radiation source) – объект, содержащий радиоактивный материал (радионуклид), или техническое устройство, испускающее или способное в определенных условиях испускать ионизирующее излучение. Предназначен для получения (генерации, индуцирования) потока ионизирующих частиц с определенными свойствами.
Источники излучений  применяются в таких приборах, как медицинские гамма-терапевтические аппараты, гамма-дефектоскопы, плотномеры, толщиномеры, нейтрализаторы статического электричества, радиоизотопные релейные приборы, измерители зольности угля, сигнализаторы обледенения, дозиметрическая аппаратура со встроенными источниками и т.п.
По физической основе генерации излучения разделяют радионуклидные источники на основе естественных и искусственных радиоактивных изотопов, и физико-технические источники (нейтронные и рентгеновские трубки, ускорители заряженных частиц и пр.).
Для радионуклидных источников различают открытые и закрытые источники излучения.
Открытый источник ионизирующего  излучения (unsealed source) – при использовании которого возможно поступление содержащихся в нём радиоактивных веществ в окружающую среду.
Закрытый источник ионизирующего излучения (sealed source) – в котором радиоактивный материал заключён в оболочку (ампула или защитное покрытие), предотвращающую контакт персонала с радиоактивным материалом и его поступление в окружающую среду свыше допустимых уровней в условиях применения и износа, на которые он рассчитан.
По видам излучения выделяют источники гамма-излучения, источники заряженных частиц и источники нейтронов. Для радионуклидных источников такое разделение не является абсолютным, т.к. при ядерных реакциях, индуцирующих излучение, основной вид излучения источника может сопровождаться существенным вкладом сопутствующих видов излучения.
По назначению выделяют калибровочные (образцовые), контрольные (рабочие) и промышленные (технологические) источники.
Промышленные источники  излучения применяют в различных производственных процессах и установках производственного назначения (ядерные методы каротажа, бесконтактные методы контроля технологических процессов, методы анализа вещества, дефектоскопия и т.п.).
Контрольные источники используются для проверки и настройки ядерно-физических приборов и установок (спектрометров, радиометров, дозиметров и пр.) путем контроля за стабильностью и повторяемостью показаний приборов в определенной геометрии положения источника относительно детектора излучения.
Калибровочные источники используются при калибровке и метрологической поверке ядерно-физической аппаратуры.
 
1.1 Технические характеристики источников излучения
 
1) Вид излучения (для радионуклидных – основной по назначению).
2) Геометрия источника (форма и размеры). Геометрически источники могут быть точечными и протяженными. Протяженные источники могут быть линейными, поверхностными или объемными.
3) Активность (количество распадов в единицу времени) и ее распределение по источнику для радионуклидных источников. Мощность или плотность потока излучения для физико-технических источников.
4) Энергетический состав. Энергетический спектр источников может быть моноэнергетическим (испускаются частицы одной фиксированной энергии), дискретным (испускаются моноэнергетические частицы нескольких энергий) или непрерывным (испускаются частицы разных энергий в пределах некоторого энергетического диапазона).
5) Угловое распределение излучения. Среди многообразия угловых распределений излучений источников для решения большинства практических задач обычно задаются изотропное, косинусоидальное или мононаправленное.
ГОСТ Р 51873-2002 – Источники ионизирующего излучения радионуклидные закрытые. Общие технические требования. Введен в действие в 2003 году. Стандарт распространяется на закрытые радионуклидные источники альфа-, бета-, гамма-, рентгеновского и нейтронного излучений. Не распространяется на образцовые и контрольные источники, а также на источники, активность радионуклидов в которых не превышает минимально значимой, установленной «Нормами радиационной безопасности».
Согласно стандарту источники  должны быть герметичными, с установленными классами прочности, допустимых климатических  и механических воздействий по ГОСТ 25926 (но не ниже диапазона от -50 до +50оС и влажности не менее 98% при +40оС). Срок службы источника должен быть не менее:
— двух периодов полураспада – для источников с периодом полураспада менее 0,5 года;
— одного периода полураспада (но не менее 1 года) – с периодом полураспада от 0,5 до 5 лет;
— 5 лет – для источников гамма- и нейтронного излучений с периодом полураспада 5 и более лет. Для источников альфа-, бета- и рентгеновского излучений с периодом полураспада 5 и более лет срок службы устанавливают в нормативном документе на конкретный тип источника.
Источники относятся к невосстанавливаемым  промышленным изделиям и не подлежат ремонту. При сохранении радиационных параметров в пределах, удовлетворяющих  пользователя, сохранении герметичности  и отсутствии дефектов допускается продление срока эксплуатации источника. Порядок продления устанавливают органы государственного управления использованием атомной энергией.
 
1.2 Единицы измерения радиоактивности и доз облучения
 
Мерой радиоактивности радионуклида является его активность, которая измеряется в Беккерелях (Бк). Один Бк равен 1 ядерному превращению в секунду. Несистемная единица – Кюри (Ки), активность 1 г радия (Ra). 1 Кюри = 3.7*1010 Бк.
Доза ионизирующего излучения (radiation dose) – количество энергии ионизирующего излучения, которое воспринимается некоторой средой за определенный промежуток времени.
Поглощённая доза – энергия, поглощённая единицей массы облучаемого вещества. За единицу поглощённой дозы облучения принимается грей (Гр) = 1 джоуль на килограмм (Дж/кг).
Поглощённая доза различных видов  излучения вызывает в единице  массы биологической ткани различное  биологическое действие. Эквивалентная  доза равна произведению поглощённой  дозы на средний коэффициент качества излучения по сравнению с гамма-излучением. Значения коэффициента: рентгеновское излучение, электроны, позитроны, бета-излучение – 1, нейтроны тепловые – 3, протоны, нейтроны быстрые – 10, альфа-частицы и ядра отдачи – 20. В качестве единицы измерения эквивалентной дозы принят зиверт (Зв) – доза любого излучения, поглощённая 1 кг биологической ткани и приносящая такой же биологический вред, как и поглощённая доза фотонного излучения в 1 Гр. Внесистемная единица – бэр. 1 Зв = 100 бэр.
Экспозиционная доза (Дэксп) служит для характеристики фотонного излучения и определяет меру ионизации воздуха под действием этих лучей. Она равна дозе излучения, при которой в 1 кг атмосферного воздуха возникают ионы, несущие заряд электричества в 1 кулон (Кл). Дэксп = Кл/кг. Внесистемная единица – рентген (Р). 1 Р = 2,58 · 10-4 Кл/кг.
 
1.3 Основные радионуклиды мониторинга среды
Ниже в таблице приведены  краткие данные по ядерно-физическим характеристикам радионуклидов, содержание которых в окружающей среде, в  строительных материалах, в рабочих  и бытовых помещениях и, особенно, в пищевых продуктах сельского хозяйства может быть значимым по радиационной опасности для здоровья человека.
 
Таблица 1. Основные радионуклиды
полураспада
кванты, МэВ
Emax, МэВ
40К
226Ra ? 206Pb
232Th ? 208Pb
Калий-40
Ряд урана
Ряд тория
1.3 109 год
1620 год
1.4 1010 год
1.461
Много, до 2.45
Много, до 2.62
 
Много, до 3
Много, до 3
Естественные
нуклиды
137Cs
90Sr + 90Y
Цезий-137
Стронций-Иттрий
30 год
30 год, 3 сут.
0.662
-
1.17
0.55, 2.29
Техногенные
131I
144Ce + 144Pr
106Ru + 106Rh
Йод-131
Церий-Празеодим
Рутений-Родий
8 суток
285 сут, 17 мин.
372 сут, 30 сек.
0.365
0.133
0.512, 0.622
0.606
0.318, 3
0.04, 3.5
Продукты
аварий
АЭС

 
Особого внимания заслуживает  Радон-222, продукт распада Ra-226. Он является инертным газом, и выделяется из любых сред и объектов (почвы, строительные материалы и пр.), которые практически всегда содержат уран и продукты его распада. Средняя концентрация радона на уровне земли вне помещений составляет 8 Бк/м3 . Период полураспада радона составляет 3.824 суток, и он может накапливаться в закрытых и плохо вентилируемых помещениях.
Основную часть облучения  население Земли получает от естественных источников радиации. Это природные  радионуклиды и космические лучи. Полная доза, обусловленная естественными источниками радиации, составляет в среднем около 2,4 мЗв в год.
 

2. Источники заряженных  частиц
 
Известны десятки элементарных заряженных частиц, но время жизни  большинства из них не превышает  микросекунд. К элементарным заряженным частицам, участвующим в ядерных реакциях, относят бета-частицы (электроны и позитроны), протоны и альфа-частицы (ядра гелия 4Не, заряд +2, масса 4).
 
2.1 Взаимодействие заряженных частиц с веществом
 
Заряженные частицы  относятся к малопроникающим  видам ионизирующего излучения. При своем движении в веществе они взаимодействуют с электрическими полями атомов среды. В результате взаимодействия электроны атомов среды получает дополнительную энергию и переходит на более удаленные от ядра энергетические уровни (процесс возбуждения) или совсем покидает атомы (процесс ионизации). При прохождении вблизи атомного ядра частицы испытывает торможение в его электрическом поле, которое сопровождается испусканием тормозного гамма-излучения.
Длина пробега частицы  в веществе зависит от ее заряда, массы, начальной кинетической энергии, и от свойств среды. Пробег увеличивается с возрастанием энергии частицы и уменьшением плотности среды. Массивные частицы обладают меньшими скоростями, чем легкие, взаимодействуют с атомами более эффективно и быстрее теряют свою энергию.
Пробег бета-частиц в  воздухе – до нескольких метров в зависимости от энергии. От потока бета-частиц с максимальной энергией 2 МэВ полностью защищает слой алюминия толщиной 3,5 мм, железа – 1,2 мм, свинца – 0,8 мм. Одежда поглощает до 50 % бета-частиц. При внешнем облучении организма на глубину более 1 мм проникает 20—25 % бета-частиц.
Альфа-частицы, имеющие  большую массу, при столкновениях  с электронами атомных оболочек испытывают очень небольшие отклонения от своего первоначального направления и движутся почти прямолинейно. Пробеги альфа-частиц в веществе очень малы. Например, у альфа-частицы с энергией 4 МэВ длина пробега в воздухе примерно 2,5 см, в воде или в мягких тканях животных и человека - сотые доли миллиметра.
 
2.2 Источники бета-излучения
 
Бета-излучение (beta radiation) – корпускулярное ионизирующее излучение, поток электронов или позитронов, возникающий при бета-распаде атомных ядер с выбросом из ядра электрона или позитрона со скоростью, близкой к скорости света.
Бета-распад радионуклидов  сопровождается излучением нейтрино, при этом разделение энергия распада  между электроном и нейтрино имеет  случайный характер. Это приводит к тому, что энергетическое распределение  излучаемых бета-частиц является непрерывным от 0 до определенной для каждого изотопа максимальной энергии Емах, мода распределения сдвинута в область низких энергий, а среднее значение энергии частиц порядка (0,25 – 0,45)Емах. Пример энергетического распределения бета-излучения приведен на рисунке 1.

Рисунок 1. Энергетическое распределение бета-излучения
Чем меньше период полураспада  радионуклида, тем больше максимальная энергия излучаемых бета-частиц. Интервал значений Емах для различных радионуклидов простирается от десятка кэВ до десятка МэВ, но периоды полураспада нуклидов в последнем случае очень малы, что затрудняет их использование для технологических целей.
Характеристика проникающей  способности излучения обычно дается по средней величине поглощения энергии  излучения при прохождении излучения через слой вещества с поверхностной плотностью 1 г/см2. Поглощение энергии бета-частиц при прохождении через вещество составляет порядка 2 МэВ на 1 г/см2, и защита от излучения радионуклидных источников не представляет проблем. Слой свинца толщиной 1 мм практически полностью поглощает излучение с энергией до 2,5 МэВ.
Источники бета-излучения (дисковые и точечные) изготавливаются  в тонкослойном варианте на специальных  подложках, от материала которых  существенно зависит коэффициент  отражения бета-частиц от подложки (увеличивается с увеличением атомного номера материала, и может достигать десятков процентов для тяжелых металлов). Толщина активного слоя и наличие на активном слое защитного покрытия зависит от назначения источника и энергии излучения. При спектрометрических измерениях поглощение энергии частиц в активном слое и защитном покрытии не должно превышать 2-3%. Диапазон активности источников от 0,3 до 20 ГБк.
Мощные источники изготавливаются  в виде герметических капсул из титана или нержавеющей стали, имеющих специальное выходное окно для бета-излучения. Так, изотопная установка «СИРИУС–3200» на смеси изотопов Sr-Y с активностью 3200 Ки обеспечивает выходную плотность потока электронов до 108 электр·см–2 ·с–1.
В таблице 1 приведены наиболее распространенные радионуклидные источники бета-частиц.
 
Таблица 2. Радионуклидные источники бета-частиц.
Название
Период полураспада
Максимальная энергия, кэВ
3H
35S
90Sr ?
? 90Y
147Pm
204Tl
Тритий
Сера-35
Стронций-90,
Иттрий-90
Прометий-147
Таллий-204
12.6 лет
87.2 суток
28 лет
64.2 часа
2.6 лет
3.9 лет
18.6
167
540
2270
220
77

 
Бета-распад для большинства  радионуклидов сопровождается сильным  гамма-излучением. Это объясняется  тем, что конечное ядро распада образуется в возбужденном состоянии, энергия которого снимается испусканием гамма-квантов. Кроме того, при торможении бета-частиц в плотной среде возникает тормозное гамма-излучение, а перестройка электронной оболочки нового атома сопровождается появлением характеристического рентгеновского излучения.
Промышленные физико-технические  источники заряженных частиц – ускорители электронов (микротроны, бетатроны линейные волновые ускорители) используются для получения высокоэнергетических потоков электронов (более 3-5 МэВ).
В отличие от изотопных источников с непрерывным спектром электронов, ускорители дают пучок электронов фиксированной энергии, причём поток и энергия электронов могут варьироваться в широких интервалах.
В России используются промышленные ускорители серии ЭЛВ с энергией (0.2-2.5) МэВ, мощностью до 400 кВт, и серии ИЛУ с энергией (0.7-5) МэВ, мощностью до 50 кВт. Машины рассчитаны на непрерывную работу в промышленных условиях, снабжены разнообразными системами развертки пучка электронов для облучения различных продуктов. Они применяются для радиационно-химических технологий, используемых при производстве кабельной продукции с термостойкой изоляцией, полимерных труб горячего водоснабжения, термоусаживаемых труб, хладостойких полимеров, полимерных рулонных композитных материалов и т.п. Импульсный ускоритель РИУС-5 создает ток электронов в импульсах (0.02-2) мкс до 100 кА при энергии электронов до 14 МэВ. Малогабаритные импульсные бетатроны типа МИБ используются для радиографического контроля качества материалов и изделий в нестационарных условиях.
 
2.3 Источники альфа-излучения
 
Альфа-излучение – это корпускулярное ионизирующее излучение, представляет собой поток альфа-частиц (ядер атомов гелия) с энергией до 10 МэВ, начальная скорость около 20 тыс. км/с. Эти частицы испускаются при распаде радионуклидов с большим атомным номером, в основном это трансурановые элементы с атомными номерами более 92. Их ионизирующая способность огромна, а проникающая способность незначительна. Длина пробега в воздухе составляет 3-11 см (примерно равна энергии частиц в МэВ), в жидких и твердых средах – сотые доли миллиметра. Слой вещества с поверхностной плотностью 0,01 г/см2 полностью поглощает излучение с энергией до 10 МэВ. Внешнее альфа-излучение поглощается в роговом слое кожи человека.
В радионуклидных источниках альфа-излучения используется альфа-распад нестабильных ядер как естественных изотопов, так и тяжелых искусственных  изотопов. Основной диапазон энергий  альфа-частиц при распаде от 4 до 8 МэВ. Энергетическое распределение  излучения дискретно и представлено альфа-частицами нескольких групп энергий. Выход альфа-частиц с максимальной энергией обычно максимален, ширина энергетических линий излучения очень мала. Для изготовления радионуклидных альфа-источников используются изотопы с максимальным выходом альфа-частиц и с минимальным сопутствующим гамма-излучением. Изготавливаются источники в тонкослойном варианте на металлических подложках.
 
Таблица 3. Радионуклидные источники альфа-частиц.
Период полураспада
Энергии частиц, МэВ
210Po
226Ra
238Pu
239Pu
242Cm
244Cm
252Cf
Полоний-210
Радий-226
Плутоний-238
Плутоний-239
Кюрий-242
Кюрий-244
Калифорний-252
138 суток
1620 лет
86.4 года
24410 лет
163 суток
17.4 года
2.55 года
5.3
4.78; 4.59
5.49; 5.45
5.15; 5.13; 5.1
6.11; 6.07
5.80; 5.76
6.11; 6.07
100
95; 5
72; 28
72; 17; 11
74; 26
77; 23
85; 15

 
Практически чистые альфа-излучатели (например, полоний-210) являются  великолепными источниками энергии. Удельная мощность излучателя на базе Ро-210 составляет более 1200 Ватт на кубический сантиметр. Полоний-210 послужил в качестве обогревателя «Лунохода-2», поддерживая температурные условия, необходимые для работы аппаратуры. В качестве источников энергии полоний-210 широко задействован в качестве источников питания удалённых маяков. Применяется он также для удаления статического электричества на текстильных фабриках, ионизации воздуха для лучшего горения топлива в мартеновских печах, и даже для удаления пыли с фотоплёнок.
Выпускаются и низкоактивные  источники, используемые в качестве эталонов излучения для калибровки радиометров, дозиметров и прочей измерительной аппаратуры. Образцовые источники альфа-излучения изготавливаются на базе изотопов уран-234 и 238, плутоний-239.
К физико-техническим  источникам пучков ионов гелия, протонов или тяжелых ионов относится циклотрон. Это ускоритель протонов (или ионов), в котором частота ускоряющего электрического поля и магнитное поле постоянны во времени. Частицы движутся в циклотроне по плоской развертывающейся спирали. Максимальная энергия ускоренных протонов 20 МэВ.
 

3 Источники электромагнитного излучения
 
3.1 Источники гамма-излучения
 
Гамма-излучение (gamma radiation) – коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны менее 0,1 нм, которое возникает при распаде радиоактивных ядер, переходе ядер из возбужденного состояния в основное, при взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, аннигиляции электронно-позитронных пар и при других превращениях элементарных частиц. В виду того, что ядра имеют только определенные разрешенные уровни энергетического состояния, спектр гамма-излучения дискретен и состоит, как правило, из нескольких групп энергий в диапазоне от нескольких кэВ до десятка МэВ. Для радионуклидов с большими атомными номерами количество энергетических групп гамма-квантов может достигать нескольких десятков, но они резко различаются по вероятности выхода и количество квантовых линий с наибольшим выходом обычно невелико.
Поток гамма-квантов обладает волновыми и корпускулярными  свойствами и распространяется со скоростью света. Высокая проникающая способность гамма-излучения объясняется отсутствием электрического заряда и значительным запасом энергии. Интенсивность облучения гамма-лучами снижается обратно пропорционально квадрату расстояния от точечного источника.
Гамма-кванты взаимодействуют  в основном с электронными оболочками атомов, передавая часть своей  энергии электронам в процессе фотоэффекта  и эффекта Комптона. При фотоэффекте  фотон поглощается атомом среды с испусканием электрона, причем энергия фотона за вычетом энергии связи электрона в атоме передается освобожденному электрону. Вероятность фотоэффекта максимальна в области энергий квантов менее 200 кэВ, и быстро убывает с ростом энергии фотона. В случае эффекта Комптона на выбивание электрона с атомной оболочки расходуется только часть энергии фотона, а сам фотон изменяет направление движения. Комптоновское рассеяние преобладает в области энергий (0.2-5) МэВ и пропорционально атомному номеру среды. При энергии фотона выше 1,022 МэВ вблизи атомного ядра становится возможным образование пар электрон - позитрон, вероятность этого процесса увеличивается с ростом энергии фотона.
Пути пробега гамма-квантов  в воздухе измеряются сотнями метров, в твердом веществе – десятками сантиметров. Проникающая способность гамма-излучения увеличивается с ростом энергии гамма-квантов и уменьшается с увеличением плотности среды. Ослабление фотонного ионизирующего излучения слоем вещества происходит по экспоненциальному закону. Для энергии излучения 1 МэВ толщина слоя десятикратного ослабления составляет порядка 30 г/см2  (2,5 см свинца, 4 см железа или 12-15 см бетона).
Радионуклидные источники  гамма-квантов – естественные и искусственные бета-активные изотопы (таблица 3), дешевые и удобные в эксплуатации. При бета-распаде нуклидов ядро - продукт распада, образуется в возбужденном состоянии. Переход возбужденного ядра в основное состояние происходит с испусканием одного или нескольких следующих друг за другом гамма-квантов, снимающих энергию возбуждения. Радионуклидные источники представляют собой герметичные ампулы из нержавеющей стали или алюминия, заполненные активным изотопом. Энергия гамма-квантов радионуклидных источников не превышает 3 МэВ.
 
Таблица 3. Радионуклидные источники гамма-излучения.
полураспада
Энергия линий
излучения, кэВ
Выход квантов
в % на Бк
24Na
59Fe
60Co
65Zn
75Se
85Sr
113Sn
124Sb
131I
137Cs
141Се
192Ir
222Rn
Натрий-24
Железо-59
Кобальт-60
Цинк-65
Селен-75
Стронций-85
Олово-113
Сурьма-124
Йод-131
Цезий-137
Церий-141
Иридий-192
Радон-222
14,9 часа
45 суток
5.27 года
245 суток
127 суток
64 сутки
119 суток
60.8 суток
8.1 суток
26.6 года
32.5 суток
74 сутки
3.82 суток
1380; 2760
1100; 1290
1170; 1330
1120
120; 136; 265; (280; 400)
513
393
610; 640-1450; 1690; 2080
360; 630-720
661
145
296-316
241-2452
110
56; 44
110
45.5
15; 54; 56; 36
100
69.4
100; 35; 50; 6.5
78; 12
92
67
1.36
2.00

 
В настоящее время  мощные источники гамма-излучения  нашли применение в медицине (радиотерапия, стерилизация инструментов и материалов), в геологии и горной промышленности (плотнометрия, рудосортировка), в радиационной химии (радиационно-химическая модификация материалов, синтез полимеров), и во многих других отраслях промышленного производства и строительства (дефектоскопия, массометрия, толщинометрия материалов и многое другое).
В радиологических отделениях онкологических диспансеров эксплуатируются  закрытые радионуклидные источники  с суммарной активностью до 5*1014 Бк. Переносные гамма-дефектоскопы типа "Гаммарид" и "Стапель-5М" на основе иридия-192 имеют источники с активностью от 85 до 120 Бк.
Физико-технические источники  излучения представляют собой ускорители электронов, которые используются для генерации гамма-излучения. В этих ускорителях электронный поток разгоняется до энергий в несколько МэВ и направляется на мишень (цирконий, барий, висмут и др.), в которой возникает мощный поток гамма-квантов тормозного излучения с непрерывным спектром от нуля до максимальной энергии электронов.
Для создания мощных импульсных потоков тормозного гамма-излучения используются установки ЛИУ–10, ЛИУ–15, УИН–10, РИУС–5. Импульсный ускоритель РИУС-5 создает ток электронов в импульсах (0.02-2) мкс до 100 кА при энергии электронов до 14 МэВ, что позволяет создавать мощность дозы тормозного излучения до 1013 Р/с со средней энергией гамма-квантов порядка 2 МэВ.
Малогабаритные импульсные бетатроны типа МИБ используются для радиографического контроля качества материалов и изделий в  нестационарных условиях: на монтажных  и строительных площадках, при контроле сварных соединений и запорной арматуры нефте- и газопроводов, контроле опор мостов и других ответственных строительных конструкций, а также контроле литья и сварных соединений больших толщин. Максимальная энергия тормозного излучения установок до 7.5 МэВ, максимальная толщина просвечивания материалов до 300 мм.
 
3.2 Источники рентгеновского излучения
 
Рентгеновское излучение по своим физическим свойствам аналогично гамма-излучению, но природа его совсем другая. Это низкоэнергетическое (не более 100 кэВ) электромагнитное излучение. Оно возникает при возбуждении атомов элементов потоком электронов, альфа-частиц или гамма-квантов, при котором происходит выброс электронов с электронных оболочек атома. Восстановление электронных оболочек атома сопровождается излучением рентгеновских квантов и имеет линейчатый спектр энергий связи электронов с ядром на электронных оболочках.
Рентгеновское излучение  сопровождает также бета-распад радионуклидов, при котором ядро элемента увеличивает  свой заряд на +1, и происходит перестройка  его электронной оболочки. Этот процесс позволяет создавать достаточно мощные и дешевые радионуклидные источники рентгеновского излучения (таблица 4). Естественно, что такие источники одновременно являются источниками определенного бета- и гамма-излучения. Для изготовления источников используются радионуклиды с минимальной энергией излучаемых бета-частиц и гамма-квантов.
 
Таблица 4. Радионуклидные источники квантов низких энергий.
Период полураспада
Энергии излучения, кэВ
55Fe
57Co
109Cd
119Sn
153Gd
170Tm
241Am
Железо-55
Кобальт-57
Кадмий-109
Олово-119
Гадолиний-153
Туллий-170
Америций-241
2,9 года
270 суток
470 суток
250 суток
236 суток
129 суток
458 лет
5.9
6.4; 14.4; 122; 136
22.1; 88
25.2; 23.8
41.5; 70; 97; 103
52.3; 84
14-18; 59.6; 26.4
26
51; 9; 85; 11
107; 4
100; 100
110; 3; 30; 20
100; 3
37; 36; 3

 
Защита от рентгеновского излучения существенно проще  защиты от гамма-излучения. Слой свинца 1 мм обеспечивает десятикратное ослабление излучения с энергией 100 кэВ.
Физико-технические источники рентгеновского излучения –рентгеновские трубки, в которых под воздействием потока электронов, разогнанных до нескольких десятков кэВ, в мишени (аноде трубки) возбуждается излучение.
Рентгеновская трубка состоит  из стеклянного вакуумного баллона с впаянными электродами – катодом, нагреваемым до высокой температуры, и анодом. Электроны, испускаемые катодом, ускоряются в пространстве между электродами сильным электрическим полем (до 500 кВ для мощных трубок) и бомбардируют анод. При ударе электронов об анод их кинетическая энергия частично преобразуется в энергию характеристического и тормозного излучения. КПД рентгеновских трубок обычно не превышает 3%. Поскольку большая часть кинетической энергии электронов превращается в тепло, анод выполняется из металла с высокой теплопроводностью, а на его поверхность (под 45о
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.