Основные свойства ионизирующих излучений и их сравнительная характеристика

    Любой источник излучения характеризуется:

1. Видом излучения – основное внимание уделяется наиболее часто встречающимся на практике источникам g-излучения, нейтронов, a-, b⁺-, b^--частиц.
2. Геометрией источника (формой и размерами) – геометрически источники могут быть точечными и протяженными. Протяженные источники представляют суперпозицию точечных источников и могут быть линейными, поверхностными или объемными с ограниченными, полубесконечными или бесконечными размерами. Физически точечным можно считать такой источник, максимальные размеры которого много меньше расстояния до точки детектирования и длины свободного пробега в материале источника (ослаблением излучения в источнике можно пренебречь). Поверхностные источники имеют толщину много меньшую, чем расстояние до точки детектирования и длина свободного пробега в материале источника. В объемном источнике излучатели распределены в трехмерной области пространства.
3. Мощностью и ее распределением по источнику – источники излучения наиболее часто распределяются по протяженному излучателю равномерно, экспоненциально, линейно или по косинусоидальному закону.
4. Энергетическим составом – 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. Угловым распределением излучения – среди многообразия угловых распределений излучений источников для решения большинства практических задач достаточно рассматривать следующие: изотропное, косинусоидальное, мононаправленное. Иногда встречаются угловые 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. рентгеновские установки и  высоковольтные источники постоянного  тока относятся к источникам рентгеновского излучения.

    Здесь следует отметить, что при нормальном режиме их эксплуатации радиационная опасность незначительна. Она наступает  при возникновении аварийного 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 населением. Нет такого места на Земле, куда бы ни проникали космические лучи. При этом надо отметить, что Северный и Южный полюса получают больше радиации, чем экваториальные районы. Происходит это из-за наличия у Земли магнитного поля, силовые линии которого входят и выходят у полюсов.

    Однако  более существенную роль играет место  нахождения человека. Чем выше поднимается  он над уровнем моря, тем сильнее становится облучение, ибо толщина воздушной прослойки и ее плотность по мере подъема уменьшается, а следовательно, падают защитные свойства.

    Те, кто живет на уровне моря, в год  получают дозу внешнего облучения приблизительно 0,3 мЭв, на высоте 4000 метров – уже 1,7 мЭв. На высоте 12 км доза облучения за счет космических лучей возрастает приблизительно в 25 раз по сравнению с земной. Экипажи и пассажиры самолетов при перелете на расстояние 2400 км получают дозу облучения 10 мкЗв (0,01 мЭв или 1 мбэр), при полете из Москвы в Хабаровск эта цифра уже составит 40 – 50 мкЭв. Здесь играет роль не только продолжительность, но и высота полета.

    Земная  радиация, дающая ориентировочно 0,35 мЭв/год  внешнего 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 большей частью от 0,3 до 0,6 мЭв/год. Есть такие места, где эти показатели во много раз выше.

    Внутренне облучение населения от естественных источников на две трети происходит от попадания радиоактивных веществ в организм с пищей, водой и воздухом. В среднем человек получает около 180 мкЭв/год за счет калия – 40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивным калием, необходимым для жизнедеятельности. Нуклиды свинца – 210, полония – 210 концентрируются в рыбе и моллюсках. Поэтому люди, потребляющие много рыбы и других даров моря, получают относительно высокие дозы внутреннего облучения.

    Жители  северных районов, питающиеся мясом оленя, тоже подвергаются более высокому облучению, потому что лишайник, который употребляют олени в пищу зимой, концентрирует в себе значительные количества радиоактивных изотопов полония и свинца.

    Недавно ученые установили, что наиболее весомым из всех естественных источников радиации является радиоактивный газ радон - это невидимый, не имеющий ни вкуса, ни запаха газ, который в 7,5 раз тяжелее воздуха. В природе радон встречается в двух основных видах: радон – 222 и радон – 220. Основная часть радиации исходит не от самого радона, а от дочерних продуктов распада, поэтому значительную часть дозы облучения человек получает от радионуклидов 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, непроветриваемом помещении нижних этажей зданий, куда газ просачивается через фундамент 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 выделяют небольшое количество газа, а вот гранит и железо - значительно больше. Очень радиоактивны глиноземы. Относительно высокой радиоактивностью обладают некоторые отходы промышленности, используемые в строительстве, например, кирпич из красной глины (отходы производства алюминия), доменный шлак (в черной металлургии), зольная пыль (образуется при сжигании угля).

    За  последние десятилетия человек  усиленно занимался проблемами ядерной физики. Он создал сотни искусственных радионуклидов, научился использовать возможности атома в самых различных отраслях - в медицине, при производстве электро- и тепловой энергии, изготовлении светящихся циферблатов часов, множества приборов, при поиске полезных ископаемых и в военном деле. Все это, естественно, приводит к дополнительному облучению людей. В большинстве случаев дозы невелики, но иногда техногенные источники оказываются во много тысяч раз интенсивнее, чем естественные.

     Изменение свойств материалов и элементов радиоэлектронной аппаратуры под действием ионизирующих излучений. 

    Радиоэлектронная  аппаратура, находящаяся в зоне действия ионизирующих излучений, может существенно  изменять свои параметры и выходить из строя. Эти повреждения происходят в результате изменения физических и химических свойств радиотехнических (полупроводниковых, изоляционных, металлических и др.) материалов, параметров приборов и элементов электронной техники, изделий электротехники и радиоэлектронных схемных устройств.

    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 количества энергии, передаваемой при облучении, так и от скорости передачи 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 вещество, взаимодействуют либо с ядрами атомов, либо с орбитальными электронами, приводя к изменению свойств облучаемого вещества.

    Обычно  различают первичную и вторичную  стадии этого процесса. Первичная  стадия, или прямой эффект, состоит  в возбуждении электронов, в смещении атомов из узлов решётки, в возбуждении  атомов и молекул и в ядерных превращениях. Вторичные процессы состоят в дальнейшем возбуждении и нарушении структуры выбитыми (смещёнными) из «своих мест» атомами, ионами и элементарными частицами в результате первичных процессов. Законы, которым они подчиняются, такие же, как законы, управляющие первичными стадиями процесса. Таким образом, частицы или кванты высокой энергии могут вызвать каскадный процесс с образованием большого числа смещённых атомов, вакансий, ионизированных атомов, электронов и т.д.

    Современная интерпретация изменений свойств веществ, возникающих в результате взаимодействия ионизирующих излучений, основывается на рассмотрении 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 электростанций, для опреснения морской и засолённой воды, для получения трансурановых элементов; также их используют в активационном анализе для быстрого определения примесей в сплавах, металла в руде, качества угля и т.п.; для автоматизации различных процессов, как то: измерение уровня жидкости, плотности и влажности среды, толщины слоя;
• на транспорте – это мощные реакторы для надводных и подводных кораблей;
• в сельском хозяйстве – это установки для массового облучения овощей с целью предохранения их от плесени, мяса – от порчи; выведение новых сортов путём генетических мутаций;
• в геологии – это нейтронный каротаж для поисков нефти, активационный анализ для поисков и сортировки металлических руд, для определения массовой доли примесей в естественных алмазах;
• в медицине – это изучение производственных отравлений методом меченых атомов, диагностика заболевания при помощи активационного анализа, метода меченых атомов и радиографии, лечение опухолей γ-лучами и β-частицами, стерилизация фармацевтических препаратов, одежды, медицинских инструментов и оборудования γ-излучением и т.д.

    Применение  ионизирующих излучений имеет место  даже в таких сферах деятельности человека, где это, на первый взгляд, кажется совершенно неожиданным. Например, в археологии. Кроме того, ионизирующие излучения используются в криминалистике (восстановление фотографий и обработка материалов). 

     Заключение. 

          Мы рассмотрели  ряд основных проблем, подходы к  которым необходимо знать при  конструировании и эксплуатации электронного и электротехнического оборудования, предназначенного для работы в условиях воздействия ионизирующих излучений.

          В курсовой работе даны краткие сведения по видам и свойствам  ионизирующих излучений, воздействующих на радиоэлектронную аппаратуру и её элементы.

          Приведены сведения по единицам измерения физических величин  ионизирующих излучений. Рассмотрены  виды радиационных повреждений в  материалах и элементах электронных  устройств.

          Из анализа имеющихся  сведений об ионизирующих космических излучениях видно, что в настоящее время на основе этих данных можно производить только ориентировочную оценку уровней радиации, которые могут воздействовать на радиоэлектронную аппаратуру космических объектов.

     Список литературы. 

1. Иванов В.И. Дозиметрия ионизирующих излучений, Атомиздат, 1964.
2. Исследования в области измерений ионизирующих излучений. Под редакцией 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. Ядерная физика и ядерные реакторы. М.: Атомиздат, 1971.
14. Мякишев Г.Я. Элементарные частицы. М., Просвещение, 1977.