Курсовая: Ионизирующие излучения - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Ионизирующие излучения

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 35 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Содержание Введение 4 1. Виды ионизирующих излучений 5 2. Элементарные частицы 7 1. Нейтроны 9 2. Протоны 10 3. Альфа-частицы 11 4. Электроны и позитроны 12 3. Гамма-излучение 14 4. Источники ионизирующих излучений 18 5. Изменение свойств материалов и элементов радиоэлектронной аппарат уры под действием ионизирующих излучений 20 6. Дефекты в материалах при воздействии на них ионизирующим излучением 20 7. Практическое использование ионизирующих излучений 21 Заключение 22 Список литературы 23 Введение Двадцатый век – век научно-технического прогресса – ознаменовался мн огими открытиями в областях, о которых человек ранее не имел ни малейшег о представления. Следствием изучения влияния полупроводников на импул ьсы электрического тока явилось изобретение вычислительных машин. Ито гом проведения учёными исследований в различных отраслях науки и техни ки стало появление телевидения, радио, средств телефонии и т.д. Изучение с войств некоторых химических элементов привело открытию радиоактивнос ти. В последние годы большое внимание уделяется изучению характера воздей ствия ионизирующих излучений на радиотехническую аппаратуру, приборы, элементы электроники и радиотехнические материалы. Сейчас особенное з начение имеют разработки в области атомной энергетики. Как известно рад иоэлектронная аппаратура является неотъемлемой частью разного рода ус тройств и приборов, эксплуатация которых производится в полях ядерного излучения. Объект в таком случае подвергается действию импульса проник ающей радиации. Такого рода воздействие может явиться следствием, напри мер, ядерного взрыва. Облучённый материал меняет свою структуру, степень ионизации, разогревается. Кроме того, облучение приводит к появлению на ведённой радиоактивности и многим другим явлениям, нарушающим физичес кие и химические процессы в технических устройствах. Следовательно, нек онтролируемое излучение в большинстве случаев приводит к обратимым ил и необратимым изменениям параметров радиоэлементов и, в конечном счёте, к полной или частичной потере работоспособности аппаратуры. Таким обра зом, своевременное предсказание реакции материала, из которого сделан т от или иной прибор, на выброс радиации является необходимым условием усп ешного контроля над ходом экспериментов в местах ядерного заражения. Ионизирующие излучения ядерных установок, ядерных взрывов и космическ ой радиации различаются по своему составу (нейтроны, ?-кванты, электроны, п ротоны, ?-, ?- и другие частицы), энергетическому спектру, плотности потоков, длительности воздействия и др. В своей работе я хотел бы раскрыть всю важность и необходимость изучения ионизирующих излучений и показать перспективы их практического приме нения. Виды ионизирующих излучений Ионизирующее излучение – поток заряженных или нейтральных частиц и кв антов электромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов или молекул среды. Они возник ают в результате естественных или искусственных радиоактивных распадо в веществ, ядерных реакций деления в реакторах, ядерных взрывов и некото рых физических процессов в космосе. Ионизирующие излучения состоят из прямо или косвенно ионизирующих час тиц или смеси тех и других. К прямо ионизирующим частицам относятся част ицы (электроны, ?-частицы, протоны и др.), которые обладают достаточной кине тической энергией, чтобы осуществить ионизацию атомов путём непосредс твенного столкновения. К косвенно ионизирующим частицам относятся нез аряженные частицы (нейтроны, кванты и т.д.), которые вызывают ионизацию чер ез вторичные объекты. В настоящее время известно около 40 естественных и более 200 искусственных ?- активных ядер. ?-распад характерен для тяжелых элементов (урана, тория, п олония, плутония и др.). ?-частицы - это положительно заряженные ядра гелия. О ни обладают большой ионизирующей и малой проникающей способностью и дв игаются со скоростью 20000 км/с. ?-излучение - это поток отрицательно заряженных частиц (электронов), котор ые выпускаются при ? -распаде радиоактивных изотопов. Их скорость прибли жается к скорости света. Бета-частицы при взаимодействии с атомами среды отклоняются от своего первоначального направления. Поэтому путь, прохо димый ? -частицей в веществе, представляет собой не прямую линию, как у ?-час тиц, а ломаную. Наиболее высокоэнергетические ?-частицы могут пройти сло й алюминия до 5 мм, однако ионизирующая способность их меньше, чем у ?-части цы. ?-излучение, испускаемое атомными ядрами при радиоактивных превращения х, обладает энергией от нескольких тысяч до нескольких миллионов электр он-вольт. Распространяется оно, как и рентгеновское излучение, в воздухе со скоростью света. Ионизирующая способность ? -излучения значительно меньше, чем у ?- и ? -частиц. ? -излучение - это электромагнитные излучения высо кой энергии. Оно обладает большой проникающей способностью, изменяющей ся в широких пределах. Все ионизирующие излучения по своей природе делятся на фотонные (квант овые) и корпускулярные. К фотонному (квантовому) ионизирующему излучению относятся гамма-излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер или аннигиляции частиц, тормозное излучение, воз никающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц, харак теристическое излучение с дискретным энергетическим спектром, возника ющее при изменении энергетического состояния электронов атома и рентг еновское излучение, состоящее из тормозного и/или характеристического излучений. К корпускулярному ионизирующему излучению относят ?-излучен ие, электронное, протонное, нейтронное и мезонное излучения. Корпускуляр ное излучение, состоящее из потока заряженных частиц (?-, ?-частиц, протонов, электронов), кинетическая энергия которых достаточна для ионизации ато мов при столкновении, относится к классу непосредственно ионизирующег о излучения. Нейтроны и другие элементарные частицы непосредственно не производят ионизацию, но в процессе взаимодействия со средой высвобожд ают заряженные частицы (электроны, протоны), способные ионизировать атом ы и молекулы среды, через которую проходят. Соответственно, корпускулярн ое излучение, состоящее из потока незаряженных частиц, называют косвенн о ионизирующим излучением. Нейтронное и гамма излучение принято называть проникающеё радиацией и ли проникающим излучением. Ионизирующие излучения по своему энергетическому составу делятся на м оноэнергетические (монохроматические) и немоноэнергетические (немон охроматические). Моноэнергетическое (однородное) излучение – это излуч ение, состоящее из частиц одного вида с одинаковой кинетической энергие й или из квантов одинаковой энергии. Немоноэнергетическое (неоднородн ое) излучение – это излучение, состоящее из частиц одного вида с разной к инетической энергией или из квантов различной энергии. Ионизирующее из лучение, состоящее из частиц различного вида или частиц и квантов, назыв ается смешанным излучением. Элементарные частицы В середине и второй половине ХХ века в тех разделах физики, которые занят ы изучением фундаментальной структуры материи, были получены поистине удивительные результаты. Прежде всего это проявилось в открытии целого множества новых субатомных частиц. Их обычно называют элементарными ча стицами, но далеко не все из них действительно элементарны. Многие из них в свою очередь состоят из еще более элементарных частичек. Мир субатомных частиц поистине многообразен. К ним относятся протоны и н ейтроны, составляющие атомные ядра, а также обращающиеся вокруг ядер эле ктроны. Но есть и такие частицы, которые в окружающем нас веществе практи чески не встречаются. Время их жизни чрезвычайно мало, оно составляет ме льчайшие доли секунды. По истечении этого чрезвычайно короткого времен и они распадаются на обычные частицы. Таких нестабильных короткоживущи х частиц поразительно много: их известно уже несколько сотен. В 60-70-е годы физики были совершенно сбиты с толку многочисленностью, разно образием и необычностью вновь открытых субатомных частиц. Казалось, им н е будет конца. Совершенно непонятно, для чего столько частиц. Являются ли эти элементарные частицы хаотическими и случайными осколками материи? Или, возможно, они таят в себе ключ к познанию структуры Вселенной? Развит ие физики в последующие десятилетия показало, что в существовании такой структуры нет никаких сомнений. В конце ХХ в. физика начинает понимать, ка ково значение каждой из элементарных частиц. Исторически первыми экспериментально обнаруженными элементарными ча стицами были электрон, протон, а затем нейтрон. Казалось, что этих частиц и фотона (кванта электромагнитного поля) достаточно для построения извес тных форм вещества - атомов и молекул. Вещество при таком подходе строило сь из протонов, нейтронов и электронов, а фотоны осуществляли взаимодейс твие между ними. Однако, вскоре выяснилось, что мир устроен значительно с ложнее. Было установлено, что каждой частице соответствует своя античас тица, отличающаяся от нее лишь знаком заряда. Для частиц с нулевыми значе ниями всех зарядов античастица совпадает с частицей (пример - фотон). Дале е, по мере развития экспериментальной ядерной физики к этим частицам доб авилось еще свыше 300 частиц Характеристиками субатомных частиц являются масса, электрический заряд, спин (собственный момент количеств а движения), вр емя жизни частицы, магнитн ый момент, пространственная четность, лептонный заряд, барионный заряд и др. К огда говорят о массе частицы, имеют в виду ее массу покоя, поскольку эта ма сса не зависит от состояния движения. Частица, имеющая нулевую массу пок оя, движется со скоростью света (фотон). Нет двух частиц с одинаковыми масс ами. Электрон - самая легкая частица с ненулевой массой покоя. Протон и ней трон тяжелее электрона почти в 2000 раз. А самая тяжелая из известных элемен тарных частиц (Z -частицы) обладает массой в 200 000 раз больше массы электрона. Электрический заряд меняется в довольн о узком диапазоне и всегда кратен фундаментальной единице заряда - заряд у электрона(-1). Некоторые частицы (фотон, нейтрино) вовсе не имеют заряда. Важная характеристика частицы - спин. Он также всегда кратен некоторой ф ундаментальной единице, которая выбрана равной Ѕ .Так, протон, нейтрон и э лектрон имеют спин Ѕ , а спин фотона равен 1. Известны частицы со спином 0, 3 / 2 , 2. Частица со спином 0 при любом угле поворота выглядит одинаково. Части цы со спином 1 принимают тот же вид после полного оборота на 360° . Частица со спином 1/2 приобретает прежний вид после оборота на 720° и т.д. Частица со спи ном 2 принимает прежнее положение через пол- оборота (180° ). Частиц со спином более 2 не обнаружено, и возможно их вообще не существует. В зависимости от спина, все частицы делятся на две группы: - бозоны - частицы со спинами 0,1 и 2; - фермионы - частицы с полуцелыми спинами (Ѕ ,3 / 2 ) Частицы характеризуются и временем их жизни. По этому признаку частицы д елятся на стабильные и нестабильные. Стабильные частицы- это электрон, п ротон, фотон и нейтрино. Нейтрон стабилен, когда находится в ядре атома, но свободный нейтрон распадается примерно за 15 минут. Все остальные извест ные частицы - нестабильны; время их жизни колеблется от нескольких микро секунд до 1 0 n сек (где n = - 2 3 ). Большую роль в физике элементарных частиц играют законы сохранения, уст анавливающие равенство между определенными комбинациями величин, хара ктеризующих начальное и конечное состояние системы. Арсенал законов со хранения в квантовой физике больше, чем в классической. Он пополнился за конами сохранения различных четностей (пространственной, зарядовой), за рядов (лептонного, барионного и др.), внутренних симметрий, свойственных т ому или иному типу взаимодействия. Выделение характеристик отдельных субатомных частиц - важный, но только начальный этап познания их мира. На следующем этапе нужно еще понять, как ова роль каждой отдельной частицы, каковы ее функции в и структуре матер ии. Физики выяснили, что прежде всего свойства частицы определяются ее спос обностью (или неспособностью) участвовать в сильном взаимодействии. Ча стицы, участвующие в сильном взаимодействии, образуют особый класс и наз ываются адронами. Частицы, участвующие в слабом взаимодействии и не учас твующие в сильном, называются лептонами. Кроме того, существуют частицы - переносчики взаимодействий. Миру субатомных частиц присущ глубокий и рациональный порядок. В основе этого порядка - фундаментальные физические взаимодействия. Нейтроны. Нейтрон был открыт английским физиком Джеймсом Чедвиком в 1932г. Масса нейт рона равна 1,675·10-27кг, что в 1839 раз больше массы электрона. Нейтрон не имеет эл ектрического заряда. Среди химиков принято пользоваться единицей атомной массы, или дальтон ом (d), приблизительно равной массе протона. Масса протона и масса нейтрона приблизительно равны единице атомной массы. При реакции деления ядра элемента кроме новых ядер могут появляться (- кв анты, (-частицы распада, (-кванты распада, нейтроны деления и нейтрино. С точ ки зрения цепной ядерной реакции наиболее важным является образование нейтронов. Среднее число появившихся в результате реакции деления нейт ронов обозначают (f . Эта величина зависит от массового числа делящегося я дра и энергии взаимодействующего с ним нейтрона. образовавшиеся нейтро ны обладают различной энергией (обычно от 0,5 до 15 МэВ), что характеризуется спектром нейтронов деления. Для U235 среднее значение энергии нейтронов де ления равно 1.93 МэВ. В процессе ядерной реакции могут появляться как ядра способствующие по ддержанию цепной реакции (те которые испускают запаздывающий нейтрон), т ак и ядра, оказывающие неблагоприятное воздействие на ее ход (если они об ладают большим сечением радиационного захвата). Заканчивая рассмотрение реакции деления, нельзя не упомянуть о таком ва жном явлении как запаздывающие нейтроны. Те нейтроны, которые образуютс я не непосредственно при делении тяжелых нуклидов (мгновенные нейтроны ), а в результате распада осколков называются запаздывающими нейтронами. Характеристики запаздывающих нейтронов зависят от природы осколков. Обычно запаздывающие нейтроны делят на 6 групп по следующим параметрам : T - среднее время жизни осколков, (i - доля запаздывающих нейтронов среди вс ех нейтронов деления, (i/( - относительная доля запаздывающих нейтронов дан ной группы, E - кинетическая энергия запаздывающих нейтронов. В следующей таблице приведены характеристики запаздывающих нейтронов при делении U235 |№ группы |T, сек. |(i |(i/( , % |E, МэВ | |1 |80.0 |0.21 |3.3 |0.25 | |2 |32.8 |1.40 |21.9 |0.56 | |3 |9.0 |1.26 |19.6 |0.43 | |4 |3.3 |2.52 |39.5 |0.62 | |5 |0.88 |0.74 |11.5 |0.42 | |6 |0.33 |0.27 |4.2 |- | В целом: Nзап / (Nзап + Nмгн) = ( = 0.0065; Tзап ( 13 сек.; Tмгн ( 0.001 сек. Протоны. Протон – устойчивая элементарная частица с положительным элементарны м зарядом, равным по абсолютной величине заряду электрона (1,6*1019 Кл); обознач ается символом р или 1Н1. Протон является ядром самого лёгкого изотопа вод орода – протия, следовательно, масса протона равна массе атома водорода без массы электрона и составляет 1,00759 а.е.м., или 1,672*10-27 кг. Протоны вместе с нейтронами входят в состав всех атомных ядер. Протон от носят к стабильным элементарным частицам. Протоны испускаются ядрами атомов в результате бомбардировки их заряж енными частицами, нейтронами, гамма-квантами и т.д. Например, протон вперв ые был обнаружен Резерфордом при расщеплении ядра азота с помощью ?- част иц. В состав космических лучей входят протоны с энергией до 1018 – 1019 Эв. Альфа-частицы. ?-- частицы, выбрасываемые веществами активных элементов представляют со бой положительно заряженные ионы гелия, скорость движения которых дост игает 20000 км/сек. Благодаря такой огромной скорости ? -частицы, пролетая че рез воздух и сталкиваясь с молекулами газов, выбивают из них электроны. Молекулы, потерявшие электроны, становятся заряженными положительно, в ыбитые же электроны тотчас присоединяются к другим молекулам, заряжая и х отрицательно. Таким образом, в воздухе на пути ? -частиц образуются полож ительно и отрицательно заряженные ионы газа. Способность ? -частиц иониз ировать воздух была использована английским физиком Вильсоном для тог о, чтобы сделать видимыми пути движения отдельных частиц и сфотографиро вать их. Впоследствии аппарат для фотографирования частиц получил наз вание камеры Вильсона. (Первый трековый детектор заряженных частиц. Из обретена Ч. Вильсоном в 1912. Действие Вильсона камеры основано на конденс ации пересыщенного пара (образовании мелких капелек жидкости) на ионах, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. В дальнейшем вытесне на другими трековыми детекторами.) Исследуя пути движения частиц с пом ощью камеры, Резерфорд заметил, что в камере они параллельны (пути), а при п ропускании пучка параллельных лучей через слой газа или тонкую металли ческую пластинку, они выходят не параллельно, а несколько расходятся, т.е. происходит отклонение частиц от их первоначального пути. Некоторые час тицы отклонялись очень сильно, некоторые вообще не проходили через тонк ую пластинку. [ 1, 7 ] [pic] Рис. 1. Модель атома Бор-Резерфорд Исходя из этих наб людений, Резерфорд предложил свою схему строения атома: в центре атома н аходится положительное ядро, вокруг которого по разным орбиталям враща ются отрицательные электроны. (рис.1.) Центростремительные силы, возника ющие при их вращении удерживают их на своих орбиталях и не дают им улетет ь. Эта модель атома легко объясняет явление отклонения ? - частиц. Размеры ядра и электронов очень малы по сравнению с размерами всего атома, котор ые определяются орбитами наиболее удаленных от ядра электронов; поэтом у большинство ? -частиц пролетает через атомы без заметного отклонения. Т олько в тех случаях, когда ? -частицы очень близко подходит к ядру, электр ическое отталкивание вызывает резкое отклонение ее от первоначального пути. Таким образом, изучение рассеяние ? -частиц положило начало ядерной теории атома. Электроны и позитроны. Представление о содержащихся в веществах электри ческих частицах было высказано в качестве гипотезы английским ученым Г. Джонстоном Стонеем. Стоней знал, что вещества можно разложить электрич еским током, – например, воду можно разложить таким способом на водород и кислород. Ему было известно также о работах Майкла Фарадея, установивш его, что для получения некоторого количества элемента из того или иного его соединения требуется определенное количество электричества. Обдум ывая эти явления, Стоней в 1874г. пришел к выводу о том, что они указывают на с уществование электричества в виде дискретных единичных зарядов, приче м эти единичные заряды связаны с атомами. В 1891г. Стоней предложил название электрон для постулированной им единицы электричества. Эксперименталь но электрон был открыт в 1897г Дж. Дж. Томсоном (1856-1940) в Кембриджском университе те. [5] Электрон представляет собой частицу с отрицательным зарядом вел ичиной – 0,1602 10-18 Кл. Масса электрона равна 0,9108 10-30кг, что составляет 1/1873 массы а тома водорода. Электрон имеет очень небольшие размеры. Радиус электрон а точно не определен, но известно, что он значительно меньше 1·10-15м. В 1925г. б ыло установлено, что электрон вращается вокруг собственной оси и что он имеет магнитный момент. [5] Число электронов в электронейтральном атоме закономерно повышается при переходе элемента от Z к Z + 1. Эта закономерност ь подчиняется квантовой теории строения атома. Максимальная устойчив ость атома, как системы электрических частиц, отвечает минимуму его полн ой энергии. Потому электроны при заполнении энергетических уровней в эл ектромагнитном поле ядра будут занимать (застраивать) в первую очередь н аиболее низкий из них (К – уровень; n=1). В электронейтральном невозбужденн ом атоме электрон в этих условиях имеет наименьшую энергию (и, соответст венно, наибольшую связь с ядром). Когда К – уровень будет заполнен (1s2 – с остояние, характерное для атома гелия), электроны начнут застраивать уро вень L (n = 2), затем M – уровень (n=3). При данном n электроны должны застраивать сна чала s-, затем p-, d- и т. д. подуровни. Однако, как показывает рис. 3, энергетическ ие уровни в атоме элемента не имеют ясных грани. Более того, здесь наблюда ется даже взаимное перекрывание энергий отдельных подуровней. Так, напр имер, энергетическое состояние электронов в подуровнях 4s и 3d, а так же 5s и 4d о чень близки между собой, а 4s1 и 4s2 – подуровни отвечают более низким значен иям энергии, чем 3d. Поэтому электроны, застраивающие, M- и N- уровни, в первую очередь попадут на 4s – оболочку, которая относится к внешнему электронн ому слою N (n=4), и лишь по ее заполнении (т. е. после завершения построения обол очки 4s2) будут размещаться в 3d – оболочке, относящейся к предвнешнему слою M (n=3). Аналогичное наблюдается и в отношении электронов 5s- и 4d – оболочек. Е ще более своеобразно идет заполнение электронами f – оболочек: они при н аличии электронов на внешнем уровне n (при n, равном 6 или 7) застраивают уров ень n=2, т. е. предпревнешний слой, - пополняют оболочку 4f (при n=6) или соответств енно оболочку 5f (при n=7). Обобщая, можно высказать следующие положения. Ур овни ns, (n-1)d и (n-2)f близки по энергии и лежат ниже уровня np. С увеличением числа э лектронов в атоме (по мере повышения величины Z) d – электроны «запаздываю т» в построении электронной оболочки атома на один уровень (застраивают предвнешний слой, т. е. уровень n-1), а f – электроны запаздывают на два уровня : достраивают второй снаружи (т. е. предвнешний) слой n – 2. Появляющиеся f – э лектроны часто как бы вклиниваются между (n- 1)d1 и (n-1)d2(10 – электронами. Во вс ех указанных случаях n – номер внешнего уровня, на котором уже содержатс я два электрона (ns2 – электроны), причем n одновременно и номер того периода по таблице Менделеева, который включает данный элемент. Элементы, в ато мах которых при наличии электронов во внешнем слое n (ns2 – электроны) идет д остройка одного из подуровней (3d, 4d, 4f, 5d или 5f), находящихся на предвнешних сло ях (n-1) или (n-2), называются переходными. Общая картина последовательности з аполнения электронами оболочек атомов элементов, принадлежащих к пери оду n, имеет вид: |ns1(2(n-1) d1 (n-2)/1(14(n-1)d2(10 np1(6 (a) | |1(7 4(7 6(7 4(7 2(7 | В показателе степени при s-, p-, d- и f – обозначениях в строке (а) указано возможн ое число электронов в данной оболочке. Например, в оболочке s может содерж аться либо один, либо два электрона, но не больше; в оболочке f – от 1 до 14 эл ектронов и т. д. Известно, что минимальное значение коэффициента при обо значении d – электронов равно трем. Следовательно, d-электроны могут в ато мное структуре появится не ранее четырем. В связи с этим указанные элект роны могут появиться в атомах не ранее как в элементах шестого периода (т. е. при n- 2=4; n=4+2=6). Это обстоятельство и отмечено во второй строке. Позитрон является античастицей электр она. В отличие от электрона позитрон имеет положительный элементарный э лектрический заряд и считается недолговечной частицей. Обозначается п озитрон символами е+ или ?+. Гамма-излучение Гамма-излучение – это коротковолновое электромагнитное излучение. На шкале электромагнитных волн оно граничит с жестким рентгеновским излу чением, занимая область более высоких частот. Гамма-излучение обладает ч резвычайно малой длинной волны (?(10 -8 см) и вследствие этого ярко выраженным и корпускулярными свойствами, т.е. ведет себя подобно потоку частиц – га мма квантов, или фотонов, с энергией h? (? – частота излучения, h – Планка пос тоянная). Гамма- излучение возникает при распадах радиоактивных ядер, э лементарных частиц, при аннигиляции пар частицы-античастица, а также при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество. Гамма-излучени е, сопровождающее распад радиоактивных ядер, испускается при переходах ядра из более возбужденного энергетического состояния в менее возбужд енное или в основное. Энергия ? – кванта равна разности энергий ?? состоян ий, между которыми происходит переход. Возбужденное состояние Е2 h? Основное состояние ядра Е1 Испускание ядром ?-кванта не влечет за собой и зменения атомного номера или массового числа, в отличие от других видов радиоактивных превращений. Ширина линий гамма-излучений чрезвычайно мала (~10-2 эв). Поскольку расстояние между уровнями во много раз больше ширин ы линий, спектр гамма- излучения является линейчатым, т.е. состоит из ряда дискретных линий. Изучение спектров гамма-излучения позволяет устано вить энергии возбужденных состояний ядер. Гамма-кванты с большими энерг иями испускаются при распадах некоторых элементарных частиц. Так, при ра спаде покоящегося ?0- мезона возникает гамма-излучение с энергией ~70Мэв. Га мма-излучение от распада элементарных частиц также образует линейчаты й спектр. Однако испытывающие распад элементарные частицы часто движут ся со скоростями, сравнимыми с скоростью света. Вследствие этого возника ет доплеровское уширение линии и спектр гамма-излучения оказывается ра змытым в широком интервале энергий. Гамма-излучение, образующееся при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество, вызывается их то рможением к кулоновском поле атомных ядер вещества. Тормозное гамма – и злучение, также как и тормозное рентгеноовское излучение, характерезуе тся сплошным спектром, верхняя граница которого совпадает с энергией за ряженной частицы, например электрона. В ускорителях заряженных частиц п олучают тормозное гамма- излучение с максимальной энергией до нескольк их десятков Гэв. В межзвёзном пространстве гамма-излучение может возни кать в результате соударений квантов более мягкого длинноволнового, эл ектромагнитного излучения, например света, с электронами, ускоренными м агнитными полями космических объектов. При этом быстрый электрон перед ает свою энергию электромагнитному излучению и видимый свет превращае тся в более жесткое гамма-излучение. Аналогичное явление может иметь м есто в земных условиях при столновении электронов большой энергии, полу чаемых на ускорителях, с фотонами видимого света в интенсивных пучках св ета, создаваемых лазерами. Электрон передает энергию световому фотону, к оторый превращается в ?-квант. Таким образом, можно на практике превращат ь отдельные фотоны света в кванты гамма- излучения высокой энергии. Гам ма-излучение обладает большой проникающей способностью, т.е. может прони кать сквозь большие толщи вещества без заметного ослабления. Основные п роцессы, происходящие при взаимодействии гамма-излучения с веществом, - фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект), комптоновское рассеяние (ко мптон- эффект) и образавание пар электрон-позитрон. При фотоэффекте прои сходит поглощение ?-кванта одним из электронов атома, причём энергия ?-ква нта преобразуется ( за вычетом энергии связи электрона в атоме ) в кинетич ескую энергию электрона, вылетающего за пределы атома. Вероятность фото эффекта прямо пропорциональна пятой степени атомного номера элемента и обратно пропорциональна 3-й степени энергии гамма-излучения. Таким обр азом, фотоэффект преобладает в области малых энергии ?-квантов ( (100 кэв ) на т яжелых элементах ( Pb, U). При комптон-эффекте происходит рассеяние ?-кванта на одном из электронов, слабо связанных в атоме. В отличие от фотоэффекта, при комптон-эффекте ?- квант не исчезает, а лишь изменяет энергию ( длинну в олны ) и направление распрастранения. Узкий пучок гамма-лучей в результа те комптон-эффекта становится более широким, а само излучение - более мяг ким (длинноволновым ). Интенсивность комптоновского рассеяния пропорц иональна числу электронов в 1см3 вещества, и поэтому вероятность этого пр оцесса пропорциональна атомному номеру вещества. Комптон-эффект стано вится заметным в веществах с малым атомным номером и при энергиях гамма- излучения, превышвют энергию связи электронов в атомах. Так, в случае Pb ве роятность комптоновского рассеяния сравнима с вероятностью фотоэлект рического поглощения при энергии ~ 0,5 Мэв. В случае Al комптон-эффект преоб ладает при гораздо меньших энергиях. Если жнергия ?-кванта превышает 1,02 М эв, становится возможным процесс образования электрон-позитроновых па р в электрическом поле ядер. Вероятность образования пар пропорционал ьна квадрату атомного номера и увеличивается с ростом h?. Поэтому при h? ~10 Мэ в основным процессом в любом веществе оказывается образование пар. 100 50 0 0,1 0,5 1 2 5 10 50 Энергия ?-лучей ( Мэв ) Обратный процесс аннигиляция электрон-позитронной пары является источ ником гамма-излучения. Для характеристики ослабления гамма-излучения в веществе обычно пользуются коэффициентом поглощения, который показы вает, на какой толщине Х поглотителя интенсивность I0 падающего пучка гам ма-излучение ослабляется в е раз: I=I0e-?0x Здесь ?0 – линейный коэффициент поглощения га мма-излучения. Иногда вводят массовый коэффициент поглощения, равный от ношению ?0 к плотности поглотителя. Экспоненциальный закон ослабления гамма-излучения справедлив для узкого направления пучка гамма-лучей, ко гда любой процесс, как поглощения, так и рассеяния, выводит гамма-излучен ие из состава первичного пучка. Однако при высоких энергиях процесс прох ождения гамма-излучения через вещество значительно усложняется. Втори чные электроны и позитроны обладают большой энергией и поэтому могут, в свою очередь, создавать гамма-излучение благодаря процессам торможени я и аннигиляциии. Таким образом в веществе возникает ряд чередующихся по колений вторичного гамма-излучения, электронов и позитронов, то есть про исходит развитие каскадного ливня. Число вторичных частиц в таком ливне сначала возрастает с толщиной, достигая максимума. Однако затем процес сы поглощения начинают преобладать над процессами размножения частиц и ливень затухает. Способность гамма-излучения развивать ливни зависит от соотношения между его энергией и так называемой критической энергие й, после которой ливень в данном веществе практически теряет способност ь развиваться. Для изменения энергии гамма-излучения в эксперементаль ной физике применяются гамма-спектрометры различных типов, основанные большей частью на измерении энергии вторичных электронов. Основные тип ы спектрометров гамма-излучения: магнитные, сцинтиляционные, полупрово дниковые, кристал- дифракционные. Изучение спектров ядерных гамма-излу чений дает важную информацию о структуре ядер. Наблюдение эффектов, связ анных с влиянием внешней среды на свойства ядерного гамма-излучения, исп ользуется для изучения свойств твёрдых тел. Гамма-излучение находит пр именение в технике, например для обнаружения дефектов в металлических д еталях – гамма-дефектоскопия. В радиационной химии гамма-излучение при меняется для инициирования химических превращений, например процессов полимеризации. Гамма-излучение используется в пищевой промышленности для стерилизации продуктов питания. Основными источниками гамма-излуч ения служат естественные и искусственные радиоактивные изотопы, а такж е электронные ускорители. Действие на организм гамма-излучения подобн о действию других видов ионизирующих излучений. Гамма-излучение может в ызывать лучевое поражение организма, вплоть до его гибели. Характер влия ния гамма-излучения зависит от энергии ?-квантов и пространственных особ енностей облучения, например, внешнее или внутреннее. Относительная био логическая эффективность гамма- излучения составляет 0,7-0,9. В производств енных условиях (хроническое воздействие в малых дозах) относительная би ологическая эффективность гамма- излучения принята равной 1. Гамма-излуч ение используется в медицине для лечения опухолей, для стерилизации пом ещений, аппаратуры и лекарственных препаратов. Гамма-излучение применя ют также для получения мутаций с последующим отбором хозяйственно-поле зных форм. Так выводят высокопродуктивные сорта микроорганизмов (напри мер, для получения антибиотиков ) и растений. Современные возможности л учевой теропии расширились в первую очередь за счёт средств и методов ди станционной гамма-теропии. Успехи дистанционной гамма-теропии достигн уты в результате большой работы в области использования мощных искусст венных радиоактивных источников гамма-излучения (кобальт-60, цезий-137), а т акже новых гамма-препаратов. Большое значение дистанционной гамма-тер опии объясняется также сравнительной доступностью и удобствами исполь зования гамма-аппаратов. Последние, так же как и рентгеновские, констру ируют для статического и подвижного облучения. С помощью подвижного обл учения стремятся создать большую дозу в опухоли при рассредоточенном о блучении здоровых тканей. Осуществлены конструктивные усовершенство вания гамма-аппаратов, направленные на уменьшение полутени, улучшение г омогенизации полей, использование фильтров жалюзи и поиски дополнител ьных возможностей защиты. Использование ядерных излучений в растение водстве открыло новые, широкие возможности для изменения обмена вещест в у сельскохозяйственных растений, повышение их урожайности, ускорения развития и улучшения качества. В результате первых исследований радио биологов было установлено, что ионизирующая радиация – мощный фактор в оздействия на рост, развитие и обмен веществ живых организмов. Под влиян ием гамма-облучения у растений, животных или микроорганизмов меняется с лаженный обмен веществ, ускоряется или замедляется (в зависимости от доз ы) течение физиологических процессов, наблюдаются сдвиги в росте, развит ии, формировании урожая. Следует особо отметить, что при гамма-облучени и в семена не попадают радиоактивные вещества. Облученные семена, как и в ыращенный из них урожай, нерадиоактивны. Оптимальные дозы облучения тол ько ускоряют нормальные процессы, происходящие в растении, и поэтому сов ершенно необоснованны какие- либо опасения и предостережения против ис пользования в пищу урожая, полученного из семян, подвергавшихся предпос евному облучению. Ионизирующие излучения стали использовать для повы шения сроков хранения сельскохозяйственных продуктов и для уничтожени я различных насекомых- вредителей. Например, если зерно перед загрузкой в элеватор пропустить через бункер, где установлен мощный источник ради ации, то возможность размножения насекомых-вредителей будет исключена и зерно сможет храниться длительное время без каких-либо потерь. Само зе рно как питательный продукт не меняется при таких дозах облучения. Употр ебление его для корма четырех поколений экспериментальных животных не вызвало каких бы то ни было отклонений в росте, способности к размножени ю и других патологических отклонений от нормы. И сточники ионизирующих излучений. Источником ионизирующего излучения на зывают объект, содержащий радиоактивный материал, или техническое устр ойство, испускающее или способное (при определенных условиях) испускать ионизирующее излучение. Современные ядерно-технические установки обычно представляют собой сл ожные источники излучений. Например, источниками излучений действующе го ядерного реактора, кроме активной зоны, являются система охлаждения, конструкционные материалы, оборудование и др. Поле излучения таких реал ьных сложных источников обычно представляется как суперпозиция полей излучения отдельных, более элементарных источников. Любой источник излучения характеризуется: 1. Видом излучения – основн ое внимание уделяется наиболее часто встречающимся на практике источн икам (-излучения, нейтронов, (-, (+-, (-- частиц. 2. Геометрией источника (формой и р азмерами) – геометрически источники могут быть точечными и протяженны ми. Протяженные источники представляют суперпозицию точечных источник ов и могут быть линейными, поверхностными или объемными с ограниченными , полубесконечными или бесконечными размерами. Физически точечным можн о считать такой источник, максимальные размеры которого много меньше ра сстояния до точки детектирования и длины свободного пробега в материал е источника (ослаблением излучения в источнике можно пренебречь). Поверх ностные источники имеют толщину много меньшую, чем расстояние до точки д етектирования и длина свободного пробега в материале источника. В объем ном источнике излучатели распределены в трехмерной области пространст ва. 3. Мощностью и ее распределением по источнику – источники излучения наиболее часто распределяются по протяженному излучателю равномерно, экспоненциально, линейно или по косинусоидальному закону. 4. Энергетич еским составом – энергетический спектр источников может быть моноэне ргетическим (испускаются частицы одной фиксированной энергии), дискрет ным (испускаются моноэнергетические частицы нескольких энергий) или не прерывным (испускаются частицы разных энергий в пределах некоторого эн ергетического диапазона). 5. Угловым распределением излучения – среди многообразия угловых распределений излучений источников для решения б ольшинства практических задач достаточно рассматривать следующие: изо тропное, косинусоидальное, мононаправленное. Иногда встречаются углов ые распределения, которые можно записать в виде комбинаций изотропных и косинусоидальных угловых распределений излучений. Источниками ионизирующих излучений являются радиоактивных элементы и их изотопы, ядерные реакторы, ускорители заряженными частиц и др. рентге новские установки и высоковольтные источники постоянного тока относят ся к источникам рентгеновского излучения. Здесь следует отметить, что при нормальном режиме их эксплуатации радиа ционная опасность незначительна. Она наступает при возникновении авар ийного режима и может долго проявлять себя при радиоактивном заражении местности. Радиоактивный фон, создаваемый космическими лучами (0,3 мЭв/год), дает чуть меньше половины всего внешнего облучения (0,65 мЭв/год), получаемого населе нием. Нет такого места на Земле, куда бы ни проникали космические лучи. При этом надо отметить, что Северный и Южный полюса получают больше радиаци и, чем экваториальные районы. Происходит это из-за наличия у Земли магнит ного поля, силовые линии которого входят и выходят у полюсов. Однако более существенную роль играет место нахождения человека. Чем вы ше поднимается он над уровнем моря, тем сильнее становится облучение, иб о толщина воздушной прослойки и ее плотность по мере подъема уменьшаетс я, а следовательно, падают защитные свойства. Те, кто живет на уровне моря, в год получают дозу внешнего облучения прибл изительно 0,3 мЭв, на высоте 4000 метров – уже 1,7 мЭв. На высоте 12 км доза облучени я за счет космических лучей возрастает приблизительно в 25 раз по сравнен ию с земной. Экипажи и пассажиры самолетов при перелете на расстояние 2400 к м получают дозу облучения 10 мкЗв (0,01 мЭв или 1 мбэр), при полете из Москвы в Хаб аровск эта цифра уже составит 40 – 50 мкЭв. Здесь играет роль не только продо лжительность, но и высота полета. Земная радиация, дающая ориентировочно 0,35 мЭв/год в нешнего облучения, исходит в основном от тех пород полезных ископаемых, которые содержат калий – 40, рубидий – 87, уран – 238, торий – 232. Естественно, уровни земной радиации на нашей планете неодинаковы и колеблются больш ей частью от 0,3 до 0,6 мЭв/год. Есть такие места, где эти показатели во много р аз выше. В нутренне облучение населения от естественных источников на две трети п роисходит от попадания радиоактивных веществ в организм с пищей, водой и воздухом. В среднем человек получает около 180 мкЭв/год за счет калия – 40, ко торый усваивается организмом вместе с нерадиоактивным калием, необход имым для жизнедеятельности. Нуклиды свинца – 210, полония – 210 концентриру ются в рыбе и моллюсках. Поэтому люди, потребляющие много рыбы и других да ров моря, получают относительно высокие дозы внутреннего облучения. Жители северных районов, питающиеся мяс ом оленя, тоже подвергаются более высокому облучению, потому что лишайни к, который употребляют олени в пищу зимой, концентрирует в себе значител ьные количества радиоактивных изотопов полония и свинца. Недавно ученые установили, что наиболее весомым из всех естественных ис точников радиации является радиоактивный газ радон - это невидимый, не и меющий ни вкуса, ни запаха газ, который в 7,5 раз тяжелее воздуха. В природе р адон встречается в двух основных видах: радон – 222 и радон – 220. Основная ч асть радиации исходит не от самого радона, а от дочерних продуктов распа да, поэтому значительную часть дозы облучения человек получает от радио нуклидов радона, попадающих в организм вместе с вдыхаемым воздухом. Радон высвобождается из земной коры повсеместно, поэтому максимальную часть облучения от него человек получает, находясь в закрытом, непроветр иваемом помещении нижних этажей зданий, куда газ просачивается через фу ндамент и пол. Концентрация его в закрытых помещениях обычно в 8 раз выше, чем на улице, а на верхних этажах ниже, чем на первом. Дерево, кирпич, бетон в ыделяют небольшое количество газа, а вот гранит и железо - значительно бо льше. Очень радиоактивны глиноземы. Относительно высокой радиоактивно стью обладают некоторые отходы промышленности, используемые в строите льстве, например, кирпич из красной глины (отходы производства алюминия), доменный шлак (в черной металлургии), зольная пыль (образуется при сжиган ии угля). За последние десятилетия человек усиленно занимался проблемами ядерно й физики. Он создал сотни искусственных радионуклидов, научился использ овать возможности атома в самых различных отраслях - в медицине, при прои зводстве электро- и тепловой энергии, изготовлении светящихся цифербла тов часов, множества приборов, при поиске полезных ископаемых и в военно м деле. Все это, естественно, приводит к дополнительному облучению людей. В большинстве случаев дозы невелики, но иногда техногенные источники ок азываются во много тысяч раз интенсивнее, чем естественные. Изменение свойств материалов и элементов радиоэлектронной аппаратуры под действ ием ионизирующих излучений. Радиоэлектронная аппаратура, находящаяся в зоне действия ионизирующих излучений, может существенно изменять свои параметры и выходить из стро я. Эти повреждения происходят в результате изменения физических и хими ческих свойств радиотехнических (полупроводниковых, изоляционных, мет аллических и др.) материалов, параметров приборов и элементов электронно й техники, изделий электротехники и радиоэлектронных схемных устройст в. Способности изделий выполнять свои функции и сохранять характеристики и параметры в пределах установленных норм во время и после воздействия ионизирующих излучений называют радиационной стойкостью. Степень радиационных повреждений в облучаемой системе зависит как от к оличества энергии, передаваемой при облучении, так и от скорости передач и этой энергии. Количество поглощённой энергии и скорость передачи её в свою очередь зависят от вида и параметров излучения и ядерно-физических характеристик веществ, из которых изготовлен облучаемый объект. Дефекты, образующиеся в материалах при воздействии на них ионизирующих излучений. Все виды электронного и корпускулярного излучений, проходя через вещес тво, взаимодействуют либо с ядрами атомов, либо с орбитальными электрона ми, приводя к изменению свойств облучаемого вещества. Обычно различают первичную и вторичную стадии этого процесса. Первична я стадия, или прямой эффект, состоит в возбуждении электронов, в смещении атомов из узлов решётки, в возбуждении атомов и молекул и в ядерных превр ащениях. Вторичные процессы состоят в дальнейшем возбуждении и нарушен ии структуры выбитыми (смещёнными) из «своих мест» атомами, ионами и элем ентарными частицами в результате первичных процессов. Законы, которым о ни подчиняются, такие же, как законы, управляющие первичными стадиями пр оцесса. Таким образом, частицы или кванты высокой энергии могут вызвать каскадный процесс с образованием большого числа смещённых атомов, вака нсий, ионизированных атомов, электронов и т.д. Современная интерпретация изменений свойств веществ, возникающих в ре зультате взаимодействия ионизирующих излучений, основывается на рассм отрении процесса образования различных дефектов в материале. - Радиационные изменения в материалах бывают следующих типов: - Вакансии (вакантные узлы) - Атомы примесей (примесные атомы) - Столкновения при замещениях - Термические (тепловые) пики - Пики смещения - Ионизационные эффекты Практическое использование ионизирующих излучений. Область применения ионизирующих излучений очень широка: - в промышленности – это гигантские реакторы для атомных электростанци й, для опреснения морской и засолённой воды, для получения трансурановых элементов; также их используют в активационном анализе для быстрого опр еделения примесей в сплавах, металла в руде, качества угля и т.п.; для автом атизации различных процессов, как то: измерение уровня жидкости, плотнос ти и влажности среды, толщины слоя; - на транспорте – это мощные реакторы для надводных и подводных корабле й; - в сельском хозяйстве – это установки для массового облучения овощей с целью предохранения их от плесени, мяса – от порчи; выведение новых сорт ов путём генетических мутаций; - в геологии – это нейтронный каротаж для поисков нефти, активационный а нализ для поисков и сортировки металлических руд, для определения массо вой доли примесей в естественных алмазах; - в медицине – это изучение производственных отравлений методом мечены х атомов, диагностика заболевания при помощи активационного анализа, ме тода меченых атомов и радиографии, лечение опухолей ?-лучами и ?- частицами , стерилизация фармацевтических препаратов, одежды, медицинских инстру ментов и оборудования ?-излучением и т.д. Применение ионизирующих излучений имеет место даже в таких сферах деят ельности человека, где это, на первый взгляд, кажется совершенно неожида нным. Например, в археологии. Кроме того, ионизирующие излучения использ уются в криминалистике (восстановление фотографий и обработка материа лов). Заключение. Мы рассмотрели ряд основных проблем, подходы к которым необходимо знать при конструировании и эксплуатации электронного и электротехническог о оборудования, предназначенного для работы в условиях воздействия ион изирующих излучений. В курсовой работе даны краткие сведения по видам и свойствам ионизирующих излучений, воздействующих на радиоэлектронну ю аппаратуру и её элементы. Приведены сведения по единицам измерения ф изических величин ионизирующих излучений. Рассмотрены виды радиационн ых повреждений в материалах и элементах электронных устройств. Из анал иза имеющихся сведений об ионизирующих космических излучениях видно, ч то в настоящее время на основе этих данных можно производить только орие нтировочную оценку уровней радиации, которые могут воздействовать на р адиоэлектронную аппаратуру космических объектов. Список литературы. 1. Иванов В.И. Дозиметрия ионизирующих излучений, Атомиздат, 1964. 2. Исследования в области измерений ионизирующих излучений. Под редакцие й М.Ф. Юдина, Ленинград, 1985. 3. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М.,1990. 4. Пригожин И.,Стенгерс И. Порядок из хаоса. М.,1986 5. Пригожин И., Стенгерс И. Время, Хаос и Квант. М.,1994. 6. http://www.uic.ssu.samara.ru/~nauka/PHIZ/STAT/ATOM/atom.html 7. http://www.atomphysics.cjb.net/ 8. http://www.aip.org/history/electron/ 9. http://stch-chat.chat.ru/Index.html 10. http://rusnauka.narod.ru/info_ind.html 11. Кременчугская М., Васильева С., Химия - М: Слово , 1995. - 479с. 12. Коровин Н.В., Курс общей химии - М: Высшая школа,1990. - 446с. 13. Климов А. Н. Яд ерная физика и ядерные реакторы. М.: Атомиздат, 1971. 14. Мякишев Г.Я. Элементарн ые частицы. М., Просвещение, 1977.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Дневник биржевого брокера

2012: Это худший год в моей жизни. 
2013: Окей, я был не прав насчет прошлого года, этот хуже. 
2014: Черт, это не смешно уже. 
2015: БЛ@ТЬ!
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по физике "Ионизирующие излучения", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru