Радиационная безопасность товаров

Темы контрольных работ для студентов
заочного отделения
Ниже приводится таблица (к) десяти вариантов контрольной работы
«Таблица вариантов к контрольной работе (к)»
Вариант
1
2
3
4
1
101
111
121
131
2
102
112
122
132
3
103
113
123
133
4
104
114
124
134
5
105
115
125
135
6
106
116
126
136
7
107
117
127
137
8
108
118
128
138
9
109
119
129
139
0
110
120
130
140
В столбце «вариант» указан номер варианта контрольной работы, который
равен последней цифре номера зачетной книжки.
В следующих четырех столбцах указаны номера заданий:
101-110- закон радиоактивного распада
111-120 - ядерные реакции
121-130 –типы ионизирующих излучений
131-140- методы регистрации ионизирующих излучений
ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ И РЕШЕНИЯ
ЗАДАЧ
 Условия всех задач переписываются полностью, без сокращений.
 Все значения величин, заданных в условиях и привлекаемых из
справочных таблиц, записываются для наглядности
сокращенно(столбиком) в тех единицах, которые заданы, и в единицах той
системы, в которой выполняются решения.
 Необходимо указать законы, которые должны быть использованы, и
аргументировать возможность их применения для решения данной задачи.
 Вывод формул и решения задач следует сопровождать краткими, но
исчерпывающими пояснениями.
 Использованные в формулах буквенные обозначения должны быть
согласованы с обозначениями, приведенными в условии задачи.
Дополнительные буквенные обозначения следует сопровождать
соответствующими объяснениями.
 Каждая последующая задача в контрольной работе должна начинаться с
новой страницы.
 В конце контрольной работы необходимо указать учебные пособия,
учебники, использованные при ее выполнении, а также дату сдачи работы
и поставить свою подпись.
 Если контрольная работа не допущена к зачету, то все необходимые
дополнения и исправления представляют вместе с незачтенной работой.
Исправления в тексте незачтенной работы не допускаются.
 Допущенные к зачету контрольные работы с внесенными уточнениями
предъявляются преподавателю на зачете. Студент должен быть готов дать
во время зачета пояснения по решению всех выполненных им задач.
Примеры решения задач.
Для решения первой группы задач 101 – 110 необходимо знать, прежде
всего, закон радиоактивного распада, а также такие понятия, как постоянная
радиоактивного распада, «период полураспада» радиоактивных веществ и
«активность» радиоактивных изотопов.
Закон радиоактивного распада имеет вид:
N = N0e-λt ,
где N0 – число радиоактивных атомов в начальный момент времени (t = 0); λ
– постоянная радиоактивная распада.
Постоянная распада имеет смысл вероятности распада отдельного
атома в единицу времени, а обратная ее величина 1/λ = τ определяет среднее
время жизни отдельного радиоактивного атома.
Период полураспада T (время, в течение которого распадается
половина начального числа атомов) связан с постоянной распада
соотношением:
λ = ln2 / T (ln2 = 0,693).
Активностью α радиоактивного изотопа называется произведение
числа радиоактивных атомов на постоянную распада:
α = λN.
Активность определяет число распадов в единицу времени и
уменьшается со временем по закону радиоактивного распада.
Единицами активности является:
в системе СИ – 1 Беккерель = 1 распад / сек.
Внесистемная единица 1 Кюри = 3,7 ∙ 1010 Беккерелей характеризует
активность 1г радия.
Вес (в граммах) любого радиоактивного изотопа, активности которого
a (в Кюри) можно рассчитать на основании соотношения
m = 2,8 ∙ 10-6ATa,
период полураспада и A – атомный вес изотопа.
T (годы) –
Активность a (в Кюри) 1грамма любого радиоактивного изотопа может
быть найдена из соотношения:
а=3,57 ∙_105
АТ
где Т берется в годах..
Пример №1. (пример решения задач первой группы 101-110)
За какое время распадается 20% атомов радиоактивного изотопа, если его
период полураспада равен 4 суткам?
Решение. Из закона радиоактивного распада: N = N0e-λt определим
время распада t, для чего сделаем следующие простые преобразования
N / N0 = e-λt → N0 / N ∙ eλt → ln (N0 / N) = λt
→ t= =ln (N0 / N) / λ.
С учетом связи между постоянной распада λ и периодом полураспада
T : λ = ln2 / T, находим t = T ∙ ln (N0 / N) ln2.
По условию за искомое время распадается на 20% от начального числа
атомов. Следовательно, N = 0,8N0 и N0/N = 1,25.
Представляя численные значения в формулу для t, получим:
t= 4 ∙ ln1,25 / ln2 = 4 ∙ 0,223 / 0,693 = 1,29 суток = 30 ч 55 мин.
Решение задач (111-120)
Для решения заданий 111-120 необходимо как минимум знать, вопервых, смысл и значение индексов, стоящих около символов ядер
различных химических элементов zXA (например, 6C14 или 12Mg24 и т.д.), вовторых, знать, что такое «дефект масс» в атомных ядрах и, наконец, втретьих, что такое и как вычисляется «энергия связи» в атомных ядрах.
Ниже дается пояснение этих понятий.
Цифры около символов химических элементов ( zXA ) (например, 6С14
или 12Mg24 означают следующее : нижняя цифра (помимо порядкового
номера элемента в таблице Менделеева) означает количество протонов в
соответствующих ядрах – ( 6C и 12Mg ) – означает соответственно 6 или 12
протонов; верхняя цифра C14 или Mg24 означает суммарное количество
протонов и нейтронов в этих ядрах ( 14 – для C14 и 24 – для Mg24), т.е
массовое число.
Энергия связи любого изотопа ∆W = c2∆m, (закон Эйнштейна) где c –
скорость света в вакууме; ∆m – дефект массы, определяемой разностью
между суммарной массой частиц, составляющих ядро, и массой самого ядра,
т.е.
∆m = [Zmp + (A – Z)mn ] – mя ,
где mp – масса протона; mn – масса нейтрона, mя – масса ядра.
Изменение энергии при ядерных реакциях определяется соотношением:
∆W = c2(∑m1 - ∑m2),
где ∑m1 – сумма масс частиц до реакции и ∑m2 – сумма масс частиц после
реакции. Если ∑m1>∑m2, то реакция идет с выделением энергии. При
∑m1<∑m2 энергия поглощается.
В ядерной физике в качестве единицы массы применяется атомная
единица массы (а.е.м.); 1 а.е.м. = 1,66 ∙ 10-27кг; 1 а.е.м. эквивалентна энергии
равной 931 МЭВ (в соответствии соотношением Эйнштейна E=mc2).
Пример №2.
При бомбардировке альфа – частицей ядер изотопа бора – 5В11 образуется
нейтрон. Написать уравнение соответствующей ядерной реакции. Какой
изотоп образуется в результате этой реакции.
Решение. Зарядовое Z и массовое A числа альфа – частицы (изотопа гелия 4
11
2He ) изотопа бора -5В и нейтрона соответственно равны: Z =2; Z=5;Z=0; и
A = 4; А=11; А=1.
С учетом обозначения химических элементов можно написать:
11
4
A
1
5B + 2He →ZX + 0n ,
где ZXA – изотоп неизвестного элемента.
Так как суммарные зарядовые и массовые числа в отдельности до и
после ядерной реакции остаются неизменными, то согласно законам
сохранения электрического заряда и массового числа для неизвестного
изотопа ZXA после несложного подсчета получаем Z = 5+2=7 и А =11+4-1=
14, что соответствует изотопу азота – 14.
В результате этой реакции образуется изотоп азот-14.
Пример №3.
С изотопами плутония
происходит альфа-распад:
239
→ 92U235 + 2He4
94Pu
При данном распаде освобождается энергия, большая часть которой
составляет кинетическую энергию альфа-частиц. Часть этой энергии остается
у ядер урана, которые отдают ее, испуская гамма-излучение. Определите
скорость, с которой вылетает альфа-частицы при распаде 94Pu239, если
считать, что гамма-излучение уносит 0,09 МэВ энергии. Массы изотопов,
участвующих в реакции:
mPu = 239,05122 а.е.м., mU = 235,0299 а.е.м., mHe = 4,00260 а.е.м.
Решение. Изменение массы при распаде изотопа плутония
∆m = mPu – (mU + mHe).
После подстановки численных значений получим:
∆m = 0,00563 а.е.м.
Освобождающаяся энергия ∆E = c2∆m
После перехода к единицам энергии – МэВ, имеем:
∆E = 0,00563 а.е.м. ∙ 931 Мэв/а.е.м. ≈5,24
Мэв
К альфа-частицам переходит часть энергии:
EHe = 5,24 МэВ – 0,09 Мэв = 5,15 Мэв = 5,12 ∙ 1,6 ∙
-13
10 Дж,
94Pu
239
где – (1 МэВ = 1,6 ∙ 10-13 Дж)
Из формулы кинетической энергии:
mHe ν2 / 2 = EHe
находим скорость ν альфа-частиц, принимая во внимание, что масса α-частиц
в системе СИ равна 4,026(а.е.м.)=1,66 ∙ 10-27=6,64 ∙ 10-27кг, а энергия EHe
=8,19 ∙ 10-13 джоулей. Окончательно V=1.1 ∙ 107 м/с.
Пример №4.
В результате соударения α – частицы с ядром атома бора 5B10
образовались два новых ядра. Одним из этих ядер стало ядро атома водорода
1
1H .
Определите порядковый номер и массовое число второго ядра. Дать
символическую запись ядерной реакции и определить ее энергетический
эффект.
Решение.
Обозначим неизвестное ядро символом ZXA. Так как α –
частица представляет собой ядро гелия 2He4, запись реакции имеет вид
4
10
1
A
2He + 5B → 1H + ZX
Применив закон сохранения числа нуклонов, получим уравнение 4 + 10
= 1 + A, откуда А = 13. Применив закон сохранения заряда, получим
уравнение 2 + 5 = 1 + Z, откуда Z = 6. Следовательно, неизвестное ядро
является ядром атома изотопа углерода 6C13. Окончательно записываем
реакцию:
4
10
1
13
2He + 5B → 1H + 6C
В таблицах обычно указываются массы элементов в атомных единицах
массы, а энергия в ядерной физике определяется в мегаэлектронвольтах
(МэВ = 106эВ = 1,6 ∙ 10-13Дж).
В этих единицах c2 = 9 ∙ 1016м2/с2 = 931 МэВ/а.е.м.
Тогда, энергетический эффект Q ядерной реакции, выражаемый в
мегаэлектронвольтах, определяется по формуле
Q = [(mНе + mB) – (mp + mc)] ∙ 931 МЭВ.
В соответствии с таблицей на стр. 10 массы участвующих в
реакции изотопов следующие: mНе = 4,00260 а.е.м., mB= 10,01294 а.е.м., mp =
1,00783 а.е.м., mc=13,00335 а.е.м.
Подставляя указанные значения масс изотопов в соотношение
для определения энергетического эффекта реакции получим: Q =
[(4.00260+10.01294)-(1.00783+13.00335)] ∙ 931= +4.06 МЭВ.
Знак + означает, что энергия выделяется.
Задания для очной и заочной форм обучения.
I.
Закон радиоактивного распада (задания 101-110)
101. Найти постоянную распада радона, если известно, что число атомов
радона уменьшается за 1 сутки на 18,2%.
102. Определить число N атомов радиоактивного препарата йода 53I131
массой m=0.5мкг,распавшихся в течение времени: 1) t1 = 1мин; 2) t2 = 7сут.
103. Определить активность А радиоактивного стронция
массой m = 0.1 мкг.
98
38Sr ,
препарата
104. Найти период полураспада Т1/2 радиоактивного изотопа, если его
активность за время t = 10 сут. уменьшилась на 24%, по сравнению с
первоначальной.
105. Определить , какая доля радиоактивного изотопа актиния
распадается в течение времени t = 6 сут.
89Ac
225
106. Активность А некоторого изотопа за время t = 10 сут уменьшилась на
20%. Определить период полураспада T1/2 этого изотопа.
107. Определить массу m изотопа йода
ГБк.
131
,
53I
имеющего активность А = 37
108. Во сколько раз уменьшится активность изотопа фосфора
время t = 20 сут.?
32
15P
через
109. За какое время распадается 20% атомов радиоактивного изотопа, если
его период полураспада равен 4 суткам?
110. Определить, какая доля радиоактивного изотопа углерода
распадается за 2000 лет.
14
6C
II. Ядерные реакции (задания 111-120)
111. Определите число протонов и нейтронов, входящих в состав двух
изотопов углерода: 1) 6C14 , 2) 6C15 и двух изотопов магния: 3) 12Mg24 и 4)
25
12Mg .
112. Вычислить энергию связи Eсв ядра дейтерия 1H2 и трития 1H3.
113. Вычислить энергетический эффект Q реакции 4Be9 + 2He4 → 6C12 + 0n1.
114. Вычислить энергетический эффект реакции 3Li6 + 1H1 → 2He3 + 2He4.
115. Определите энергию связи ядра атома гелия 2He4, если масса изотопа
4
равна 4,00388 а.е.м., масса протона mp= 1,00814 а.е.м., масса нейтрона
2He
mn= =1,00899 а.е.м.
116. Определите энергию связи, приходящуюся на один нуклон в ядре
атома бериллия 4Be9, если масса изотопа бериллия 4Be9 равна 9,01505 а.е.м.
117. Найти энергию, освобождающуюся при ядерной реакции: 3Li7 + 1H1 →
4
4
7
2He + 2He , если масса изотопа лития 3Li равна 7,01823 а.е.м.
118. Определите энергию, выделяющуюся при термоядерной реакции: 1H2 +
3
1
4
3
2He → 1H + 2He , если масса изотопа гелия 2He равна 3,01699 а.е.м.
119. Дописать ядерную реакцию и определить порядковый номер и
массовое число второго ядра. Дать символическую запись ядерной реакции и
определить ее энергетический эффект. 88Ra226 → ? + 2He4.
120. Дописать ядерную реакцию и определить порядковый номер и
массовое число второго ядра. Дать символическую запись ядерной реакции и
определить ее энергетический эффект. 90Th230 → 83Ra226 + ?
III. Различные типы излучений (задания 121-130)
121. Рентгеновское излучение.
122. Естественная радиоактивность
123. Искусственная радиоактивность.
124. Процессы деления атомных ядер.
125. Космические лучи.
126. α – излучение.
127. β – излучение.
128. γ – излучение.
129. Нейтронное излучение.
130. Взаимодействие γ – излучения с веществом.
IV. Методы регистрации излучений (задания 131-140)
131. Методы регистрации космических лучей.
132. Методы регистрации рентгеновского излучения.
133. Методы регистрации α – излучения.
134. Методы регистрации β – излучения.
135. Методы регистрации γ – излучения.
136. Методы регистрации нейтронов.
137. Химические методы регистрации излучений.
138. Фотолюминесцентные методы регистрации излучений.
139. Регистрация излучений с помощью газоразрядных счетчиков.
140. Регистрация излучений с помощью сцинтилляционных детекторов.
Основные физические постоянные.
Физическая
постоянная
элементарный
заряд
гравитационная
постоянная
постоянная
Планка
скорость света
в вакууме
масса
электрона
1
атомная
единица
масса протона
масса нейтрона
масса дейтерия
масса трития
масса гелия
масса гелия
масса лития
масса лития
масса бериллия
масса бора
масса углерода
масса радия
Обозначение
e
Числовое
значение
1,6 ∙ 10-19 Кл
c
6,67
∙ 10-11
м3/кг ∙ с2
6,63 ∙ 10-34 Дж ∙
с
3 ∙ 108 м/с
me
9,1 ∙ 10-31 кг
масса (а.е.м.)
равна 1,66 ∙ 1027
кг
1,00763 а.е.м.
1,00867 а.е.м.
2,01410 а.е.м.
3,016265 а.е.м.
3,01699 а.е.м.
4,00388 а.е.м.
6,01512 а.е.м.
7,01823 а.е.м.
9,01505 а.е.м.
10,01294 а.е.м.
12,0000 а.е.м.
226,02540 а.е.м.
G
h
mp
mH
m(1H2)
m(1H3)
m(2He3)
m(2He4)
m(3Li6)
m(3Li7)
m(4Be9)
m(5B10)
m(6C12)
m(83Ra226)
Масса тория
m(90Th230)
230,03313 а.е.м.
Вопросы для подготовки к зачету
1. Что такое ионизирующее излучение
2. Что такое радиоактивность
3. Виды ионизирующих излучений
4. Космическое излучение (первичное, вторичное)
5. Рентгеновское излучение
6. α–излучение, энергия частиц, пробег в веществах
7. β–излучение, энергия частиц, пробег в веществах
8. γ –излучение, энергия частиц, пробег в веществах
9. Что такое фотоэффект
10. Что такое Комптон-эффект
11. Что такое эффект рождения пар и аннигиляции частиц
12. Нейтронное излучение, классификация нейтронов по энергиям и роль
каждой группы нейтронов в ядерных процессах
13. Строение атомов и атомные энергетические уровни
14. Строение атомных ядер и ядерные энергетические уровни
15. Что такое изотопы
16. Естественная радиоактивность
17. Искусственная радиоактивность
18. Радиоактивные ряды изотопов тяжелых элементов
19. Спонтанное и искусственное деление ядер
20. Радиоактивные изотопы в средней части таблицы химических элементов
Менделеева
21. Радиоактивные изотопы, образованные в атмосфере под действием
космических лучей
22.Закон радиоактивного распада
23. Радиоактивность, единицы активности, период полураспада
24. Соотношение между массой m изотопа (в граммах), активностью a (в
Кюри) и периодом полураспада Т.
25.Внешние и внутренние источники излучений.
26. Взаимодействие рентгеновского и γ –излучения с веществом. Пробег в
веществе.
27. Взаимодействие α–излучения с веществом. Пробег в веществе.
28. Взаимодействие β–излучения с веществом. Пробег в веществе.
29. Прохождение нейтронов в веществе. Закон поглощения быстрых
нейтронов в веществе, пробег в веществе.
30. Что такое экспозиционная доза и единицы её измерения
31. Что такое поглощённая доза и единицы её измерения
32. Что такое эквивалентная доза и единицы её измерения
33. Что такое коэффициент качества излучения
34. Что такое эффективная эквивалентная доза и единицы её измерения
35. Что такое мощность доз и в каких единицах они измеряются
36. Методы измерения ионизирующих излучений
37. Методы регистрации космических лучей
38. Методы регистрации рентгеновского излучения
39. Методы регистрации α–излучения
40. Методы регистрации β–излучения
41. Методы излучения γ –излучения
42. Методы регистрации нейтронов
43. Регистрация излучений газоразрядным счетчиком
44. Радиолиз воды. Свободные радикалы и их роль в окислительновосстановительных процессах в живых организмах.
45. Поражающее действие излучений на молекулярном и клеточном уровне
46. Действие излучений на органы и ткани
47. Действие излучений на организм
48. Острая лучевая болезнь
49. Что такое радиоустойчивость и радиочувствительность
50. Какие органы человека более или менее устойчивы к излучениям
50* Допустимые нормы содержания радионуклидов в почве, в воде, в
воздухе.
51.Допустимые нормы общего облучения человека
52. Допустимые нормы содержания радионуклидов в основных кормах
53. Допустимые нормы содержания радионуклидов в сельскохозяйственном
сырье
54. Допустимые нормы содержания радионуклидов в основных продуктах
питания
54* Допустимые нормы содержания радионуклидов в изделиях бытового
и хозяйственного назначения
55. Как противостоит радиации иммунная система
56. Как противостоит радиации кровеносная система
57. Что такое период полувыведения радионуклидов из организма
58. Защита от ионизирующих излучений – физическая, химическая,
биологическая
59+62. Продукты питания сильно или слабо аккумулирующие
радионуклиды
60. Пути поступления радионуклидов в организм человека
61. Особенности распределения радионуклидов в организме животных
62. Переход радионуклидов из кормов в продукты животноводства
63. Мероприятия по уменьшению содержания радионуклидов в продуктах
растениеводства
64. Мероприятия по уменьшению содержания радионуклидов в продуктах
животноводства
65. Ускоренное выведение радионуклидов из организма человека
66. Радиопротекторы
67. Физические способы радиационной защиты
68. Химические способы радиационной защиты
69. Биологические способы радиационной защиты
70. Мероприятия
по
повышению
адаптационно-компенсаторных
возможностей организма человека