Радиометрични и радиохимични експертизи

Министерство на земеделието R.F.

Уралска държавна селскостопанска академия.

По дисциплина:Радиобиология.

Художник: студент 3 курс

Тревата на мястото за паша, според радиохимичен анализ, съдържа йод-131 в концентрация 12mCi/kg. Каква ще бъде активността на йод-131 след 24 дни?

Тази задача за прилагане на закона за радиоактивното разпадане се решава с формулата

където At-активност на веществото след време t;

Ao е началната активност на веществото;

Отговор: активността на йод-131 след 24 дни ще бъде 1,5 mCi.

Каква е еквивалентната доза радиация, ако животното е облъчено 7 часа с бърз неутронен поток с мощност на излъчване 6 Gy/час.

Тази задача за изчисляване на дозата и мощността на дозата се решава по формулата

където Н-еквивалентна доза;

Отговор: еквивалентната доза радиация е 420Gy.

Каква доза ще получи заекът за 30 часа облъчване с разтвор на йод-131 с активност 8 mCu, ако колбата с радиоизотопа е 30 cm. от животно. Гама константата на йод-131 е 2.3R/h.

Тази задача за изчисляване на активността на радионуклидите и дозата, създадена от гама-лъчение, се решава по формулата

където D-доза на експозиция, P;

t-време на облъчване, h;

R-разстояние от източника на радиация до радиационния обект, вж

Отговор: Заекът ще получи доза от 6,13mCu.

Въпрос 1. Структурата на атома и физическите характеристики на елементарните частици, които го изграждат.

Структурата на атома. Атомът е най-малката частица от химичен елемент, която запазва всичките си свойства. По своята структура атомът е сложна система, състояща се от положително заредено ядро, разположено в центъра на атома, много малкоразмери (10ˉ 13 cm) и отрицателно заредени електрони, въртящи се около ядрото в различни орбити. Отрицателният заряд на електроните е равен на положителния заряд на ядрото, докато атомът като цяло е електрически неутрален.

Средният размер на целия атом се приема за 10ˉ 8 см. Следователно ядрото на атома е приблизително 100 000 пъти по-малко от атом.

Откритията за структурата на атома и атомното ядро датират от началото на 20 век. През 1911г Установено е, че всеки атом се състои от ядро и заобикалящи го електрони. Първата информация за структурата на ядрото е получена през 1919 г., когато в състава на ядрото са открити протони. Неутроните са открити през 1932 г. След това структурата на атома беше окончателно определена. Според съвременните концепции всеки атом се състои от три вида елементарни частици: протони, неутрони и електрони.

Елементарна частица в свободно състояние се характеризира с такива физически величини като маса, електрически заряд (или липса на заряд), стабилност и други свойства. Протонът и електронът са така наречените идеално стабилни и стабилни частици, докато неутронът е стабилен само когато е в ядрото.

Масата на ядрата и елементарните частици обикновено се изразява в атомни единици за маса (amu). Единицата за атомна маса (физическа) е 1/12 от масата на изотопа на въглеродния атом 6 C 12 . Една единица атомна маса е равна на 1,66*10ˉ 27 kg.

Енергията в ядрената физика се изразява в електронволтове. Електрон волт е равен на кинетичната енергия, която електрон (или всяка частица от вещество, което има заряд) придобива при преминаване през електрическо поле с потенциална разлика от 1 волт. Обикновено те използват кратно на единицата електрон волт - мегаелектрон волт (MeV), равен на милион eV (1 MeV - 10 6 eV).

Енергиен еквивалент1 а. e.m. е 931,14 MeV (или 14,84 * 10ˉ 4 erg). Електронът е стабилна елементарна частица с маса на покой, равна на 0,000548 amu. е. м., чийто енергиен еквивалент е 0,511 MeV. Един електрон (символ-e) носи един елементарен отрицателен заряд електричество - 1,602-10ˉ 19 кулона. Отрицателно заредените електрони са разположени на относително много големи разстояния (10ˉ 8 cm) около атомното ядро и образуват обвивката на атома. Електроните се задържат в областта на атома от електромагнитните сили на привличане, действащи върху тях от страната на положително зареденото ядро. Броят на електроните в един атом е равен на броя на протоните в ядрото.

Електроните могат да се движат в атом в орбити с точно определен радиус. Ако има три или повече електрона, тогава те се въртят в орбити с различни радиуси или, както се казва, на различни нива. Орбитите са групирани в определени електронни слоеве, обграждащи ядрото, създавайки неговата обвивка. Може да има максимум седем такива слоя. Електронните слоеве обикновено се обозначават (започвайки от най-близкия до ядрото слой) с буквите K, L, M, O, P, Q. Според броя на електронните слоеве в периодичната система всички елементи са поставени в седем периода.

Най-големият брой електрони, които могат да бъдат в един слой, се определя от квантовата връзка m = 2n 2, където n е основното квантово число, което е и номерът на слоя (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7). Следователно в К-слоя (n=1) може да има максимум 2 електрона, в L-слоя (n-2) - 8 електрона, в М-слоя (n-3) - 18 електрона и т.н. Общият брой електрони в атома е равен на положителния заряд на ядрото. Следователно в невъзбудено състояние атомът като цяло е електрически неутрален. Колкото по-близо се върти електронът до ядрото, толкова по-голяма е неговата енергия на свързване с ядрото (потенциална енергия) и нивото на ротационната енергия (кинетичнаенергия) по-малко. Следователно електроните от външната орбита, където тяхната енергия на свързване не надвишава 1-2 eV, са по-лесни за улавяне и във външните орбити те взаимодействат по-лесно, отколкото в други орбити с околната среда, причинявайки най-важните свойства на материята - нейната електропроводимост, валентност и др.

Прескачането на отделен електрон от орбита на орбита винаги е свързано с поглъщането или освобождаването на енергия. Но орбитите имат определени диаметри, така че промените в енергията по време на скокове не могат да имат никаква стойност, а се случват стъпаловидно, на определени порции.

Атомното ядро е положително заредената централна част на атома, която съдържа основната му маса. Почти цялата маса на атома (99,95-99,98%) е концентрирана в ядрото му, което поради огромната си плътност заема приблизително само една сто трилиона от обема. Размерите на атомното ядро са пренебрежимо малки (10ˉ 13 -10ˉ 12 cm) в сравнение с размера на атома (10ˉ 8 cm). Плътността на атома е 2 * 10 14 g / cm 3, или 200 милиона тона в 1 cm 3, т.е. ядрената материя е 2*10 14 пъти по-тежка от водата.

Атомното ядро носи заряд от положително електричество и се състои от протони и неутрони.

Протонът е елементарна частица от всяко атомно ядро. Масата на покой на протона е 1,6724-10ˉ 27 kg, или в относителни единици 1,007825 amu, т.е. 1836,13 пъти масата на един електрон. Протонът има положителен заряд, равен на заряда на електрона, т.е. елементарен заряд = 1,6009 * 10ˉ 19 кулона. Символът на протона е латинската буква p.

Броят на протоните в ядрото (Z) за всеки елемент е строго постоянен и съответства на поредния номер на елемента в периодичната таблица. Следователно поредният или атомният номер на даден елемент е синоним на броя на протоните. Тъй като всеки протон носи елементарен положителен електрически заряд, тогаваАтомният номер на даден елемент също показва броя на положителните заряди в ядрото. Броят на електроните в обвивката на атома се определя от броя на протоните в ядрото, а не обратното, а химичните свойства на елементите в крайна сметка се определят от броя на протоните.

Неутронът е друг вид ядрена частица от всички елементи. Липсва само в ядрото на лекия водород, което се състои от един протон. Масата на покой на неутрона е малко по-голяма от масата на протона и е 1,6748-10ˉ 27 kg, или 1,009665 a.u.m.u., т.е. повече от масата на един електрон с 1838,7 пъти. За разлика от протона, неутронът няма заряд, той е електрически неутрален. Символът на неутрона е латинската буква p.

В атомното ядро неутроните са стабилни, докато в свободно състояние са нестабилни. Броят на неутроните в ядрата на атомите на един и същи елемент може да варира, така че броят на неутроните в ядрото (N) не характеризира елемента.

Общото наименование на протоните и неутроните е нуклони. Нуклоните се задържат в атомното ядро от ядрените сили на привличане. Ядрените сили са много (100 пъти) по-силни от електромагнитните сили и следователно задържат еднакво заредени протони вътре в ядрото. Ядрените сили се появяват само на много малки разстояния (10ˉ 13 cm). При леко увеличаване на разстоянието между нуклоните ядрените сили намаляват до нула и силите на Кулон разделят протоните. Ядрените сили представляват потенциалната енергия на свързване на ядрото, която се освобождава частично при определени трансформации и преминава в кинетична енергия.

Както споменахме, зарядът (Z) на атомното ядро на всеки химичен елемент се определя от броя на протоните в ядрото и е равен на атомния номер на елемента. Масата на атом (A) практически се приема равна на масата на ядрото, тъй като масата на електроните е много малка. Но масата на ядрото се състои от масите на всички нуклони, влизащи в ядрото, следователно сумата от броя на протонитеNp и неутроните Nps трябва да са равни на масовото число на атома, т.е. цялото число А, най-близко до атомното тегло.

Така броят на неутроните в атомното ядро на даден елемент е равен на разликата между масовото число и атомния номер на елемента: NP=A-Z. В приетата понастоящем транскрипция атомните ядра на химичните елементи се означават със символа Z X A, където X е символът на елемента, A е масовото число, Z е атомният номер.

Най-простото ядро е ядрото на водородния атом, то се състои от един протон. Неговият заряд и масово число са съответно равни на единица 1H 1 .