Металл лучше всего защищающий от ионизирующей радиации
Обновлено: 28.09.2024
Допустим, существует угроза повышенной радиации. Чем можно защитить свое тело, воду и продукты, исходя из отсутствия спецсредств. Какие материалы не пропускают радиацию?
Радиация - это излучение. Состав излучения изотопов радиоактивных материалов разделяется на Альфа частицы, которые задерживаются поверхностью кожи, Бета частицы проникают глубже, но фольга толщиной 0,1 мм для них является непреодолимым барьером, нейтронное излучение легко прошибает бетон толщиной 15 см, но полиэтиленовая пленка 1 мм для них труднопроходимая преграда. Свинец используют для защиты от рентгеновского излучения и гамма квантов. Бетон в 10см ослабит поток гамма квантов в 2 раза. Свинцовый экран для рентгеновских лучей будет непреодолим при толщине около 0,5см. Так что если изладить бетонный бункер с метровой толщиной стен и облицевать его свинцом и полиэтиленом, то от радиации вы защититесь на 100%.
Спасибо за подробный ответ. А при опасном повышенном фоне солнечной радиации помогут ли эти средства или здесь понадобится что-то другое? — 11 лет назад
Солнечная радиация (излучение) это жесткий ультрафиолет (ЖУ), мягкий ультрафиолет (МУ), видимый спектр (ВС) и инфракрасное излучение (тепло). ЖУ задерживает озоновый слой. МУ - нужен и растениям и нам, фотосинтез и выработка витамина Д. ВС - мы в нем видим. Тепло - тоже хорошо. Есть ещё в солнечном ветре поток частиц, но с ними справляется магнитосфера Земли, раскидывая потоки по полюсам. — 11 лет назад
А что свинец вреден человеку сам по себе, помимо радиации, - это ничего? Или бетон и полиэтилен под свинцом сведут этот вред к нулю? — 4 года назад
С английского «radiation» переводится как излучение. В принципе, любое тело, температура, которого выше «абсолютного нуля» излучает какую-то энергию (как правило, это комплекс энергий). Радиаций (излучений) достаточно много, например: солнечная, тепловая, световая, звуковая, и др. Какие-то виды излучений полезны, а какие-то вредны и опасны. Самое опасное излучение ионизирующее, потому что у человека (да и многих животных) отсутствуют органы чувств, способные его воспринимать. Ионизирующее излучение такое, которое при взаимодействии с веществом вызывает ионизацию или возбуждение его атомов и молекул, т.е. создаёт пару ионов с противоположными зарядами.
В результате воздействия излучений (радиации), облучаемое тело или предмет получает определённое количество энергии.
Радиацию задерживает любой предмет (вещество) помещённый между источником излучения и облучаемым предметом. Другое дело насколько он задерживает или ослабляет то или иное излучение. Например: свинцовая пластина серьёзно ослабит рентген-излучение, но совершенно бесполезна в качестве защиты от теплового излучения.
Источниками ионизирующих излучений на земле являются Солнце и радиоактивные (способные к распаду) вещества находящиеся в земле. Сумма этих излучений и образует так называемый «естественный фон». Защищаться от него бесполезно, да и глупо. Большая вероятность того, что всё живое на Земле произошло в результате воздействия ионизирующего излучения.
Для оценки «вредности» воздействия радиации существует понятие приемлего риска. Но это уже предмет другого вопроса.
Российские химики открыли материалы, стойкие к действию радиации
ТАСС, 16 октября. Нижегородские ученые выяснили, что металлорганические соединения некоторых редкоземельных металлов необычно хорошо поглощают радиацию. Они помогут защитить от ионизирующего излучения спутники и улучшить атомные электростанции (АЭС). Работу ученых опубликовал научный журнал Scientific Reports. Кратко об этом сообщает пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).
"Столь высокая радиационная устойчивость поможет в будущем разработать установки для прямого преобразования ядерной энергии в электричество. Это позволит создать АЭС нового поколения", - рассказал пресс-службе один из авторов исследования Михаил Бочкарев, профессор Института органометаллической химии Российской академии наук (РАН) и Нижегородского государственного университета.
Работе спутников и космических кораблей в космосе угрожают не только резкие перепады температур, вакуум и механические нагрузки, но и высокий уровень ионизирующего излучения. Два его главных источника - Солнце и космические лучи. Радиация опасна не только для экипажа космических кораблей, особенно при полетах в дальний космос, но и для электронной аппаратуры и обшивки самих пилотируемых аппаратов и беспилотных зондов.
В последние годы ученые активно пытаются решить эту проблему, создавая различные покрытия и наночастицы, которые могли бы поглощать ионизирующее излучение, преобразовать его в другие формы энергии и при этом не разрушаться. Бочкарев и его коллеги значительно расширили защитный арсенал будущих марсонавтов, строителей и работников АЭС и прочих опасных объектов, экспериментируя с соединениями лантана, иттербия, церия и других редкоземельных металлов, а также ряда сложных фторорганических молекул.
Редкоземельный щит
Как отмечает химик, неорганические соединения этих элементов сами по себе необычно хорошо поглощают радиацию, однако ученых давно интересовало, можно ли соединить их с органикой так, чтобы последнюю не разрушали облучение достаточно сильными пучками гамма-излучения, космические лучи или другие формы ионизирующего излучения.
Создавая различные комплексные соединения редкоземельных элементов и органики, исследователи достаточно долго облучали их мощными потоками нейтронов и гамма-квантов. Специалисты наблюдали за тем, смогут ли молекулы этих химических веществ выдержать дозы радиации, которые превышают смертельную для человека почти в тысячу раз.
Эти эксперименты показали, что некоторые из соединений церия, иттербия и органических молекул были невероятно стойки к действию радиации. Они почти не меняли своей структуры даже после поглощения более 900 Грэй ионизирующего излучения, смертельной дозы радиации для большинства существующих солнечных батарей и прочих полупроводниковых электронных приборов.
Единственный недостаток этих соединений - они постепенно становятся радиоактивными при облучении очень большим количеством нейтронов из-за того, что часть атомов редкоземельных металлов поглощает эти частицы и превращается в нестабильные изотопы. Однако это не мешает им блокировать действие радиации и не приводит к разрушению молекул.
"Мы обнаружили, что металлорганические комплексы редкоземельных металлов, в частности, лантаноидов, обладают высокой радиационной устойчивостью. Их можно использовать при конструировании приборов для работы в космических аппаратах или на АЭС. Устройства на основе этих комплексов также могут быть полезны на предприятиях по переработке и обогащению радиоактивных веществ и на территориях, подвергшихся их заражению", - подытожил Бочкарев.
Радиация бывает разной. Откуда она берется и нужно ли пить алкоголь после флюорографии?
Радиацией ученые называют разные вещи, среди которых та самая, рукотворная и смертоносная, не столь уж заметна. В широком смысле радиация — это любое излучение, включая почти безобидный солнечный свет. Например, метеорологи употребляют термин "солнечная радиация" для оценки количества тепла, которое получает поверхность нашей планеты.
Часто радиацию отождествляют с ионизирующим излучением, то есть лучами или частицами, способными оторвать от атомов и молекул электроны. Именно ионизирующее излучение повреждает живые клетки, вызывает поломки ДНК. Это та самая радиация, но она далеко не всегда рукотворна.
Если излучение не ионизирующее, оно все равно может быть вредным. Как гласит поговорка астрономов, посмотреть на Солнце в телескоп без фильтра можно всего два раза: правым и левым глазом. Тепловое излучение вызывает ожоги, а пагубный эффект СВЧ известен всем, кто неправильно рассчитывал время пребывания еды в микроволновке.
Ионизирующее излучение — тоже
Ионизирующее излучение бывает разных видов. Это гамма- и рентгеновские лучи (электромагнитные волны), бета-частицы (электроны и их античастицы, позитроны), альфа-частицы (ядра атомов гелия), нейтроны и просто осколки ядер, летящие с огромной скоростью, достаточной для ионизации вещества.
Некоторые виды радиации (далее в тексте она будет синонимом "ионизирующего излучения") — альфа-частицы, к примеру — задерживает фольга или даже бумага. Другие, нейтроны, поглощаются веществами, богатыми атомами водорода: водой или парафином. А для защиты от гамма-лучей и рентгена оптимален свинец. Поэтому ядерные реакторы защищают многослойной оболочкой, которая рассчитана на разные виды излучения.
Источников радиации много
Большая часть ионизирующего излучения возникает при распаде ядер нестабильных (радиоактивных) атомов. Второй источник — реакции уже не распада, а слияния атомов, термоядерные. Они идут в недрах звезд, включая Солнце. За пределами атмосферы Земли и ее магнитного поля солнечное излучение включает в себя не только свет и тепло, но также рентгеновские лучи, жесткий ультрафиолет и разогнанные до внушительной скорости протоны.
Протоны наиболее опасны для оказавшихся в дальнем космосе. В год повышенной солнечной активности попадание под пучок протонов даст смертельную дозу облучения за считаные минуты. Это примерно соответствует фону вблизи разрушенного реактора Чернобыльской АЭС.
Рентгеновские лучи возникают при движении электронов с ускорением, поэтому их, в отличие от всего остального, можно включить и выключить, направив пучок электронов на металлическую пластинку или заставив тот же пучок колебаться в электромагнитном поле.
Земля и даже бананы радиоактивны
Наша планета тоже радиоактивна. Горные породы, включая гранит и уголь, содержат уран, торий и испускают газ радон (если дом построен на скальных породах и плохо проветривается, то из-за радона у жителей повышается риск заболеть раком легких). Часть вреда от курения связана с полонием-210 в табачном дыме, крайне активным и потому опасным изотопом. Да что там табак — если съесть обычный банан, то каждую секунду в организме будет проходить 15 реакций распада калия-40.
Впрочем, есть бананы не опасно, а уран в граните, радон в воздухе, калий и радиоуглерод в еде, космические лучи — все это составляющие естественного радиационного фона. Природа нашла, как в нем существовать, и та же ДНК имеет мощнейшие механизмы починки.
Народные средства не помогают от радиации
Известны народные средства, которые якобы помогают "вывести радиацию из организма": йод и алкоголь. На самом деле йод применяют только в одном случае: когда произошел выброс йода-131, короткоживущего изотопа, который вырабатывается в ядерных реакторах. Препараты с обычным йодом замедляют усвоение радиоактивного. А людям с неправильно работающей щитовидной железой избыток йода может навредить.
Что же касается алкоголя, то достаточно сказать, что в найденных нами протоколах профилактики лучевых поражений он не упоминается вовсе. Да, если послушать армейские байки, спирт работает как лекарство вообще от всего, но в армейских байках иногда и крокодилы летают. Не стоит смешивать фольклористику с биохимией и радиобиологией. Препараты, которые способствуют выводу радионуклидов, существуют, но у них столько побочных эффектов и ограничений, что мы про них специально не будем говорить.
На источник излучения изредка можно наткнуться
Возможно, эти мифы живучи потому, что облучиться можно не только рядом со сломавшимся ядерным реактором или в кабинете врача. Источники излучения иногда забывали в списанных приборах для поиска скрытых дефектов, были зафиксированы случаи потери медицинских источников, а несколько лет назад школьник из Москвы купил на радиорынке рентгеновскую трубку, подключил ее дома и заработал лучевой ожог руки. В Южной Америке случилась еще более вопиющая история. В больнице был потерян светящийся радиоактивный порошок, который местные дети нашли и использовали в качестве грима. Вечеринка закончилась грустно.
Чтобы такого избежать, нужно просто не тащить в дом неизвестные предметы и не разбирать их на части. В конце концов, что такого необходимого для хозяйства можно найти в подвале больницы? А если вы считаете себя опытным исследователем заброшенных пространств, то наверняка слышали, что приличный сталкер оставляет после себя объект в том же виде, в котором застал.
Микроволновки и смартфоны не вредят
Микроволновые печи и смартфоны — источники не той радиации. Энергии микроволн недостаточно для того, чтобы оторвать электроны от ядер атомов. Медики и биологи спорят о том, как СВЧ-излучение в малых дозах может влиять на человеческий организм, но пока результаты скорее обнадеживающие: сопоставление целого ряда разных масштабных исследований указывает на то, что связи между телефонами и злокачественными опухолями нет.
Защита от ионизирующих воздействий и проникающей радиации.
В условиях воздействия ионизирующего излучения на РЭА функцию защиты от радиации выполняет корпус. Наиболее устойчивыми к воздействию радиации являются металлы. У большинства металлов при этом возрастает предел текучести в 2 - 3 раза, снижается ударная вязкость на 10 - 30 %, повышается удельное сопротивление. Наименьшей радиационной стойкостью обладают электротехнические стали и магнитные материалы, у которых изменяется магнитная проницаемость. Защитный экран может быть выполнен из металлов с высоким кулоновским барьером, например свинца. При этом значительно возрастают масса и габариты изделия.
Ионизационные эффекты связаны с обратимыми изменениями РЧП и зависят от мощности дозы γ-излучения и плотности φ потока протонного и нейтронного излучений. Ионизационные эффекты проявляются в ионизации атомов, увеличении концентрации носителей заряда и испускании квантов вследствие характеристического или тормозного их излучения. Это приводит:
-к снижению электрического сопротивления изоляционных материалов,
-увеличению токов через обратносмещенные p-n-переходы транзисторов и обратных токов диодов,
-уменьшению сопротивлений резисторов,
-увеличению токов утечки конденсаторов
и другим нежелательным последствиям.
Материалы с низкой радиационной стойкостью (РС) — это полупроводники и органические диэлектрики, со средней - неорганические диэлектрики, с высокой — металлы, керамика, ферриты, кварц, слюда.
Для повышения радиоационной стойкости ИМС рекомендуют следующие схемотехнические и конструктивно-технологические меры:
· использование биполярных транзисторов ИМС с «тонкой» базой, имеющих большую граничную частоту усиления, работающих при больших токах и в режиме насыщения;
· автоматическое повышение напряжения питания для устройств на л-МДП ИМС по мере роста получаемой дозы ИИ, компенсирующее рост порогового напряжения;
· обеспечение максимально допустимого (с точки зрения устойчивости работы) коэффициента усиления тракта с учетом возможного его снижения в результате действия ИИ на параметры усиления тока транзисторов;
· использование дифференциальной пары транзисторов в усилительных каскадах для взаимной компенсации последствий от возникновения ионизационных токов;
· уменьшение размеров активных компонентов ИМС;
· применение полупроводникового материала с малым значением ρv, а также уменьшение толщины базовой области транзисторов и диодов;
· использование диэлектрической изоляции компонентов ИМС иместо изоляции обратносмещенным р—n-переходом;
· использование МДП-транзисторов со стойкими диэлектриками;
· ограничение применения в ИМС материалов с большим атомным номером (например, золота), активно поглощающих энергию γ-излучения и вызывающих нагрев ИМС.
Все приведенные ранее способы повышения PC реализуются на этапах проектирования схем, конструкций и технологий изготовления элементной базы РЭС, обеспечивая ее потенциально возможный запас.
Реальные же потоковые и дозовые нагрузки ИИ, превышающие допустимые значения, могут быть сняты только путем непосредственной защиты РЭС либо с помощью специальных экранов из поглощающих материалов, либо таким размещением конструкционных элементов и узлов, при котором наиболее стойкие и массивные из них защищают наименее стойкие, т. е. применением общего, теневого и локального экранирования изделий.
Общее экранирование (рис.1, а) обеспечивает самую эффективную защиту РЭС от воздействия всех видов ИИ, однако оно увеличивает массу и габаритные размеры объекта в целом. Этот способ экранирования применяют в условиях неполноты сведений о параметрах, направлениях действия ИИ и данных по PC аппаратуры.
Теневое экранирование(рис.1, б) обеспечивает эффективную защиту аппаратуры объекта от источников ИИ, если известны их параметры и положение, которое не меняется во время эксплуатации.
При локальном экранировании используют средства защиты с минимальными массогабаритными параметрами для повышения PC отдельных устройств РЭС или коллимирования собственных γ-источников (рис. 1, в), используемых, например в системах мягкой посадки космических аппаратов.
Рис. 1. Экранирование от воздействия ИИ: а — общее; б — теневое; в — локальное
При выборе материалов для защиты РЭС от нейтронного излучения следует иметь в виду следующие особенности действия механизмов защиты:
· механизм защиты состоит в поглощении «тепловых» нейтронов, т.е. быстрые нейтроны сначала должны быть замедлены;
· нейтроны с энергией Е„ > 0,5 МэВ рассеиваются на ядрах, испытывая неупругие соударения с выходом нейтронов меньших энергий. При этом ядра переходят в возбужденное состояние и, возвращаясь в основное состояние, испускают (β-частицы или γ-кванты. В результате этих актов быстрые нейтроны замедляются до тепловых и, диффундируя в защитном слое, либо поглощаются им, либо выходят из него;
· под действием нейтронного облучения некоторые материалы защиты активируются и модифицируются, что снижает эффективность защиты.
Чаще всего в качестве замедлителя нейтронов используют тяжелую воду, водородосодержащие полимеры, графит и бор, а в качестве поглотителей холодных и тепловых нейтронов — кадмий и боросодержащие материалы.
Тяжелая водана основе дейтерия D 2 1(D2O) и трития Т1 3 (Т2О) является хорошим замедлителем нейтронов и защитным материалом от воздействия нейтронного излучения вследствие высокой плотности упаковки атомов водорода.
Полиэтилени другие водородосодержащие вещества (полистирол, полипропиле - термопластичный полимер СnН2n); являются лучшими замедлителями нейтронов, однако они имеют ограниченную термостойкость.
Графит(С) используют как замедлитель и отражатель нейтронов. Он прочен, поддается механической обработке, но при высокой температуре и длительном облучении нейтронами становится хрупким.
Карбид борахорошо поглощает тепловые нейтроны, однако в результате ядерной реакции образуются литий и гелий, снижающие его коррозионную стойкость и прочность. Дисперсионная смесь карбида бора с графитом ослабляет тепловые нейтроны в 400 раз.
Кадмий(Cd) самый хороший (но и самый дорогой) поглотитель холодных и тепловых нейтронов. Лист кадмия толщиной 1 мм снижает плотность нейтронов в 10 9 раз. Сплав Cd (5 %) и Рb (95 %) ослабляет нейтроны и γ-излучение и имеет хорошие механические свойства.
Железо(Fe) используют для выполнения защиты от воздействия нейтронов в виде изделий из стали и чугуна (прокат, поковки, дробь), сочетающих в себе конструкционные и защитные свойства.
Свинец(Рb) обладает наиболее высокой эффективностью noдавления γ-излучений из всех имеющихся дешевых материалов,, однако его применение ограничивается низкой температурой плавления (ТплРЬ = 600 К). Поэтому при более высоких температура применяют очень дорогие вольфрам (W) и тантал (Та).
Бетонявляется основным материалом для защиты от нейтронного и γ-излучений, если масса и размеры защиты не ограничены. Бетон состоит из наполнителей, связанных между собой цементом, в состав которого входят оксиды кальция, кремния, алюминия, железа и легкие ядра, эффективно поглощающие γ-излучеиие.
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!
Читайте также: