WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Іонізація і радіоактивність у біосфері - Реферат

Іонізація і радіоактивність у біосфері - Реферат

Рис. 28. Радіаційні пояси Землі (пояси Ван Аллена)

Грунтовніший аналіз даних розподілу космічних часток і їхніх енергій показав цікаве явище — магнітне поле Землі зупиняло, захоплювало і утримувало заряджені космічні частки.

Зони підвищеної концентрації "космічних часток" у магнітному полі Землі отримали назву поясів Ван Аллена.

Як сформувалися такі пояси?

Відомо, що будь-які заряджені частки, потрапивши в магнітне поле, починають рухатись по спіралі навколо його силових ліній. Оскільки щільність магнітного поля Землі збільшується від екватора до полюсів, то частки, наближаючись до полюсів, поступово гальмуються, зупиняються і починають рух у зворотному напрямі до протилежного полюсу, від якого цикл знову повторюється. Такі коливання часток у магнітній "пастці" відбуваються доти, доки вони не будуть вибиті іншими космічними частками ще більших енергій.

Найближчий до Землі внутрішній пояс Ван Аллена (2... 3 тис. km) "заселений" частками з позитивним зарядом і високою енергією порядку 100 МеV (протонами і ядрами легких елементів), які пройшли крізь зовнішнє магнітне поле.

Більш віддалений зовнішній пояс "заселений" негативно зарядженими частками — електронами. З'ясувавши природу космічних променів і роль магнітного поля Землі, розуміємо, що останнє, як долоні великих рук, надійно захищає Землю від небезпечних "прибульців" з космосу. Зникнення магнітного поля, навіть на короткий час, призвело б до руйнування та іонізації атомів атмосферних газів, припинення процесу фотосинтезу і загибелі всіх живих організмів. Та незначна частка космічних променів, яка все ж проривається до поверхні Землі, не становить загрози: в процесі еволюції живі організми адаптувались до природних умов. Існує навіть думка, що вони є певними стимуляторами життєвих процесів. Але сьогодні людство виходить далеко за межі атмосфери і має зважати передовсім на особливо небезпечний для космонавтики зовнішній пояс Ван Аллена з високою концентрацією електронів.

Зіткнення їх з металевим корпусом космічного апарата, як і в рентгенівській трубці, генеруватиме потужне рентгенівське випромінювання в десятки keV, здатне проникнути в середину корабля. Зрозуміло, що для звичайних навколоземних орбітальних польотів (200...300 km) загроза космічних променів не є аж надто великою, але для польотів за межі земного тяжіння траекторія виходу з магнітного поля Землі і повернення має проходити тільки в зоні полюсів (див. рис. 28). У земних умовах біосфери небезпечним для живих організмів є іонізуюче випромінювання природних радіоактивних елементів і промислових джерел. На початку утворення Землі виникло 25 радіоізотопів: уран, радій, торій та ін. Відтоді внаслідок їхнього радіоактивного розпаду і дії космічних променів утворились нові. Найбільше нових ізотопів породжено ураном , який становить понад 99% всіх ізотопів урану в земній корі. Але чи не найбільше значення для живого організму має радіоактивний ізотоп вуглець — , який постійно утворюється в атмосфері внаслідок бомбардування нейтронами космічних променів атомів азоту .

Радіоактивний вуглець, утворюючи з киснем діоксид, поглинається в процесі фотосинтезу рослиною і далі всіма живими організмами. Отже, організм кожної людини з дня народження містить вуглець-14 і є "радіоактивним об'єктом". У процесі розпаду вуглець-14 випромінює β-промені (електрони) і нейтральну частку з масою, набагато меншою, ніж електрон, — нейтрино: . До речі, цей так званий "процес вуглець-азот-кисневого циклу" відбувається в зірках.

Із самого початку відкриття радіоактивних елементів учених цікавило питання, як довго існують радіоактивні елементи, якщо радіація є явищем розпаду його атомів. Уже в перші роки досліджень радію подружжя Кюрі встановило, що за 1 s в 1 g радію розпадається 37 млрд атомів. Саме цю величину — кількість розпадів на 1 g за 1 s було названо питомою активністю (а) будь-якого нукліду:

.

Розмірність ф. в. активності і її одиниця (див. 1.2.1) відповідно будуть:

; .

Невздовзі було визначено, що частка атомів радіоактивного елемента (ізотопу), яка розпадається відносно всіх атомів в кожний момент часу (s), є сталою величиною. Її позначення — ;

.

Розрахуємо сталу розпаду λ для радію виходячи з його активності а = 3,7 1010g–1 s–1 і кількості атомів у одному грамі — NRa (g–1), яке дорівнює відношенню сталої Авогадро NA до молярної маси МRa:

.

Звідси

.

Стала розпаду λ для будь-якого радіоактивного елемента зумовлює його час напіврозпаду — t1/2 і пов'язана з ним рівнянням:

t1/2 = 0,693/λ.

Для радію: t1/2 = 0,693/λRa = 0,693/(1,39 10–11s–1)  5 1010s, або діб, або років.

З часом активність вихідної кількості даної речовини зменшується за експоненціальним законом.

Різні радіоактивні ізотопи мають різні періоди напіврозпаду. Наприклад, ізотоп урану () — 4,5 109 років, плутонію (Рu) —2,4 104 років, радію (Ra) — 1590 років, цезію (Cs) — 30 років, стронцію (Sr) — 24 роки, кобальту (Co) — 5,2 року, йоду (I) — 8 діб, радону (Rn) — близько 4 діб.

Отже, якщо відома в даній речовині кількість радіоактивних атомів N0 і стала розпаду λ, то активність а визначається як а = N0λ. З наведеного вище випливає: що коротший час напіврозпаду, то інтенсивніший процес випромінювання. Сильні випромінювачі "живуть" набагато менше, ніж слабкі. Так, порівняно з радієм кількість розпадів атомів в урані за той самий час менше майже в 3 млн разів і його період напіврозпаду в стільки ж разів триваліший — 4,5 млрд років. У торію він ще більший — 14 млрд років, тобто втричі більший, ніж вік нашої планети! До речі, саме за періодом напіврозпаду вчені визначили вік Землі. Радіоактивний метод розпаду прислужився науці досить добре. 1946 року фізик У. Ф. Ліббі розробив метод датування решток викопних органічних об'єктів за розпадом радіоактивного ізотопу вуглецю , за що згодом отримав Нобелівську премію. Наведемо приклад застосування цього методу для визначення віку зразка викопної рослини. Період напіврозпаду ізотопу t1/2 = 5700 років. Жива рослина поглинала під час фотосинтезу діоксид вуглецю, певна частина якого завжди складалася зі сталої кількості ізотопу . Відомо, що активність цього ізотопу в живій речовині на 1 g вуглецю завжди дорівнює 15,3 розпадів за хвилину. На час досліду активність становила 4,8 розпадів на 1 g за хвилину. Розрахуємо зменшення активності зразка з часом, виходячи з таких міркувань. На момент загибелі рослини активність становила 15,3 розпадів за хвилину. Згідно з t1/2 через 5700 років вона становила половину від вихідної — 7,6, через два періоди напіврозпаду (11 400 років) — 3,8, через три — 1,9, а через п'ять періодів (28 500 років) лише 0,5 розпадів за хвилину на 1 g вуглецю зразка. За отриманими даними побудуємо графік в координатах активність — час (рис. 29). За графіком визначимо, що активності 4,8 розпадів у 1 g за хвилину відповідає час смерті рослини 10 000 років тому — останній льодовиковий період. Зверніть увагу на рис. 29, питома активність подана в одиницях SI ().

Поряд із радіоактивним ізотопом елемента вуглецю в атмосфері Землі завжди є радіоактивний радон (Rn). На поверхні Землі йонізуючі радіоактивні джерела, які містять торій і уран, — це гірські породи і космічні промені. Радіоактивне випромінювання природними джерелами грунту і води разом з космічними радіоактивними частками, які досягли землі, утворюють так зване фонове випромінювання, котре, на думку вчених, не тільки не шкідливе за нормальних умов для організмів біоти, а, як уже було сказано, можливо, навіть регулює їхні генні потоки.

Інтенсивність іонізуючого випромінювання в біосфері значно зросла за останні десятиліття внаслідок економічної і мілітарної діяльності суспільства: виробництво й випробування атомної зброї та розбудова атомної енергетики. Екологічні проблеми людства

Рис. 29. Графік і таблиця радіоактивного розпаду ізотопу вуглецю для визначення віку залишків органічної речовини

зв'язані саме з наслідками такої діяльності. У розділі 3.1.1 ми розглянемо еколого-економічні проблеми розбудови атомної енергетики, а в розділі 3.3.2 — вплив радіаційного випромінювання на організм людини

Література

  1. Колотило Д. М. К 61 Екологія і економіка: Навч. посібник. — К.: КНЕУ, 1999.

Loading...

 
 

Цікаве