Регистрация фонового ионизирующего излучения (Лабораторная работа № 23о)

ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА №23о

РЕГИСТРАЦИЯ ФОНОВОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО

 ИЗЛУЧЕНИЯ

I.  ЕСТЕСТВЕННЫЙ  ФОН  ИОНИЗИРУЮЩИХ  ИЗЛУЧЕНИЙ

Фоновое облучение слагается из облучения вторичными косми­ческими лучами, достигающими биосферы Земли, и излучениями ра­дионуклидов, рассеянных в окружающих наземных породах и строи­тельных материалах.

1.1.  Космическая радиация

1.2. 

Различают первичные и вторичные космические лучи. Первичные лучи представляют собой непрерывно падающий на Землю поток атом­ных ядер (в основном протонов) высокой энергии (в среднем 10 ГэВ = 10⁹ эВ, энергия отдельных частиц достигает 10¹⁰  ГэВ). Частицы первичных космических лучей претерпевает неупругие столк­новения с ядрами атомов в верхних слоях атмосферы, в результате чего возникает вторичное излучение. На высотах ниже 20 км косми­ческие лучи практически полностью носят вторичный характер. Во вторичном излучении встречаются все известные в настоящее время элементарные частицы.

Интенсивность первичных космических лучей на границе атмо­сферы (т.е. на высоте 50 км) составляет примерно I частицу на I см² за секунду, поток же заряженных частиц на уровне моря равен в среднем 2×10^-2 частиц на I см² за секунду. Существование маг­нитного поля Земли приводит к тому, что интенсивность космических лучей меняется с широтой. Это явление называется широтным эффектом,

На больших широтах (у полюсов) частицы легче проникают в атмо­сферу, у экватора - труднее, так как там сила Лоренца, действующая, на них F_Л =qvBsin(v,B)    больше из-за большего угла между векторами v и B. С помощью приборов, установленных на искусственных спутниках Земли и космических ракетах, были от­крыты вблизи Земли радиационные пояса, которые представляют собой две окружающие Землю зоны с резко повышенной интенсивностью ионизирующего излучения. Их существование обусловлено захватом и удержанием заряженных космических частиц магнитным полем Земли. В плоскости экватора внутренний пояс радиации простирается от 600 до 6000 км, внешний пояс - от 20000 до 60000 км. На широтах 60-70° оба пояса приближаются к Земле на расстояние в несколько сот ки­лометров.

В составе вторичных космических лучей имеются две компоненты. Одна из них сильно поглощается свинцом и поэтому была названа мяг­кой, вторая же проникает через большие толщи свинца и получила название жесткой.

Мягкая компонента состоит из каскадов (или ливней) электрон-но-позитронных пар. Возникший в результате распада p^о-мезона  или резкого торможения быстрого электрона  g-фотон, пролетая вблизи атомного ядра, создает электронно-позитронную пару. Тормо­жение этих частиц снова приводит к образованию  g-фотонов и т.д. Процессы рождения пар и возникновения  g-квантов чередуют­ся друг с другом до тех пор, пока энергия  g-фотонов не станет недостаточной для образования пар (см.рис.1). Поскольку энергия первоначального фотона бывает очень большой, успевает возник­нуть много поколений вторичных частиц, прежде чем прекращается развитие ливня.

         Жесткая, проникающая ком­понента космических лучей состо­ит в основном из мюонов. Ее об­разование происходит преимущест­венно в верхних и средних слоях атмосферы за счет распада заряженных p-мезонов

 Мюоны легко проникают в нижнюю часть атмосферы  и достигают поверхности Земли, составляя космическую часть естественного фона радиации.

1.2. Земная радиация

Все тела на Земле находятся под постоянным воздействием из­лучений от рассеянных в окружающей нас природе радиоактивных нуклидов. Одни из них постоянно образуются в атмосфере и на по­верхности Земли в результате ядерных реакций, осуществляемых космическими лучами. Так, например, захват нейтрона ядром азота ведет к образованию радиоактивного углерода С¹⁴ с периодом полу­распада Т = 5730 лет    За счет ядерных столкновений образуются радионуклиды Н³ (трития), Be⁷, Na²³, Na²⁴. С  точки зрения внешних облучателей С¹⁴ и Н³ не принимаются во внимание ввиду очень мягкого излучения этих изотопов. Радиоактивные бериллий и натрий дают высокоэнергетичные и, следовательно, глубоко проникающие b и g -излучения, т.е. участвуют во внешнем облучении. Однако их образуется настолько мало, что удельный вклад в общую облученность оказывается ничтожным.

Иначе обстоит дело о естественными радионуклидами, такими как уран, торий и радиоактивный изотоп калия К⁴⁰ и продукты их распада. Как известно, уран-238 образует целую серию продук­тов распада. В таблице 1  приведена характеристика лишь наиболее важных из них о точки зрения облучения биосферы

Период полураспада и энергия излучений некоторых ядер

Таблица 1

Длительно живущие элементы - уран, радий, свинец - 210 - составляют значительную часть земного излучения. Радон всегда присутствует в приземном воздухе.

Тo же можно сказать и о втором широко распространенном  естественном радионуклиде - тории (Th²³²), имеющем Т_1/2 = 1,4×10¹⁰ года. При его распаде, образуется радий-228 с Т_1/2 = 5,8 лет, торий-228 с  Т_1/2 = 1,9 года, короткоживущий радон-220 с  Т_1/2 = 55 с, превращаясь в конечном результате в стабильный изотоп свинца Pb²⁰⁸.