Природа ионизирующего излучения

14 15 16 17 18 19 20

Наиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения:^[1][2][6][7]

· Коротковолновое электромагнитное излучение (поток фотонов высоких энергий):

o рентгеновское излучение;

o гамма-излучение.

· Потоки частиц:

o бета-частиц (электронов и позитронов);

o альфа-частиц (ядер атома гелия-4);

o нейтронов;

o протонов, других ионов, мюонов и др.;

o осколков деления (тяжёлых ионов, возникающих при делении ядер).

[править] Источники ионизирующего излучения

Природные источники ионизирующего излучения:^[8][6][7]

· Спонтанный радиоактивный распад радионуклидов.

· Термоядерные реакции, например на Солнце.

· Индуцированные ядерные реакции в результате попадания в ядро высокоэнергетичных элементарных частиц или слияния ядер.

· Космические лучи.

Искусственные источники ионизирующего излучения:

· Искусственные радионуклиды.

· Ядерные реакторы.

· Ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц, а также тормозное фотонное излучение).

o Рентгеновский аппарат как разновидность ускорителей, генерирует тормозное рентгеновское излучение.

[править] Наведённая радиоактивность

Многие стабильные атомы в результате облучения и соответствующей индуцированной ядерной реакции превращаются в нестабильные изотопы. В результате такого облучения стабильное вещество становится радиоактивным, причем тип вторичного ионизирующего излучения будет отличаться от первоначального облучения. Наиболее ярко такой эффект проявляется после нейтронного облучения.

[править] Цепочка ядерных превращений

В процессе ядерного распада или синтеза возникают новые нуклиды, которые также могут быть нестабильны. В результате возникает цепочка ядерных превращений. Каждое превращение имеет свою вероятность и свой набор ионизирующих излучений. В результате интенсивность и характер излучений радиоактивного источника может значительно меняться со временем.

[править] Измерение ионизирующих излучений

См. также: Дозиметр

В бытовом и промышленном применении наибольшее применение получили дозиметры на базе счётчиков Гейгера. Как правило, такие приборы корректно регистрируют только гамма-излучение. Некоторые приборы снабжаются специальным фильтром, преобразующим бета-излучение в гамма-кванты за счет тормозного излучения.

[править] Единицы измерения

Эффективность взаимодействия ионизирующего излучения с веществом зависит от типа излучения, энергии частиц и сечения взаимодействия облучаемого вещества. Важные показатели взаимодействия ионизирующего излучения с веществом:

· линейная передача энергии (ЛПЭ), показывающая, какую энергию излучение передаёт среде на единице длины пробега при единичной плотности вещества.

· поглощённая доза излучения, показывающая, какая энергия излучения поглощается в единице массы вещества.

В Международной системе единиц СИ единицей поглощённой дозы является грэй (Гр, англ. gray, Gy), численно равный поглощённой энергии в 1 Дж на 1 кг массы вещества. Иногда встречается устаревшая внесистемная единица рад (англ. rad): доза, соответствующая поглощенной энергии 100 эрг на 1 грамм вещества. 1 рад = 0,01 Гр.

Также широко применяется устаревающее понятие экспозиционная доза излучения — величина, показывающая, какой заряд создаёт фотонное (гамма- или рентгеновское) излучение в единице объёма воздуха. Для этого обычно используют внесистемную единицу экспозиционной дозы рентген (Р, англ. roentgen, R): доза фотонного излучения, образующего ионы с зарядом в 1 ед. заряда СГСЭ ((1/3)·10⁻⁹ кулон) в 1 см³ воздуха. В системе СИ используется единица кулон на килограмм (Кл/кг, англ. C/kg): 1 Кл/кг = 3876 Р; 1 Р = 2,57976·10⁻⁴ Кл/кг. ^[9]

Активность радиоактивного источника ионизирующего излучения определяется как среднее количество распадов ядер в единицу времени. Соответствующая единица в системе СИ беккерель (Бк, англ. Becquerel, Bq) обозначает количество распадов в секунду. Применяется также внесистемная единица кюри (Ки, англ. Ci). 1 Ки = 3,7·10¹⁰ Бк. Первоначальное определение этой единицы соответствовало активности 1 г радия-226.

Корпускулярное ионизирующее излучение также характеризуется кинетической энергией частиц. Для измерения этого параметра наиболее распространена внесистемная единица электронвольт (эВ). Как правило радиоактивный источник генерирует частицы с определенным спектром энергий. Датчики излучений также имеют неравномерную чувствительность по энергии частиц.

[править] Физические свойства ионизирующих излучений

Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц — ядер гелия-4. Альфа-частицы, рождающиеся при радиоактивном распаде, могут быть легко остановлены листом бумаги. Бета-излучение — это поток электронов, возникающих при бета-распаде; для защиты от бета-частиц энергией до 1 МэВ достаточно алюминиевой пластины толщиной в несколько миллиметров. Гамма-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, поскольку состоит из высокоэнергичных фотонов, не обладающих зарядом; для защиты эффективны тяжёлые элементы (свинец и т. д.), поглощающие МэВ-ные фотоны в слое толщиной несколько см. Проникающая способность всех видов ионизирующего излучения зависит от энергии.

По механизму взаимодействия с веществом выделяют непосредственно потоки заряженных частиц и косвенно ионизирующее излучение (потоки нейтральных элементарных частиц — фотонов и нейтронов). По механизму образования — первичное (рождённое в источнике) и вторичное (образованное в результате взаимодействия излучения другого типа с веществом) ионизирующее излучение.

Энергия частиц ионизирующего излучения лежит в диапазоне от нескольких сотен электронвольт (рентгеновское излучение, бета-излучение некоторых радионуклидов) до 10¹⁵ — 10²⁰ и выше электронвольт (протоны космического излучения, для которых не обнаружено верхнего предела по энергии).

Длина пробега и проникающая способность сильно различаются — от микрометров в конденсированной среде (альфа-излучение радионуклидов, осколки деления) до многих километров (высокоэнергетические мюоны космических лучей).

[править] Единицы измерения

Разные типы ионизирующего излучения обладают разным разрушительным эффектом и разным способом воздействия на биологические ткани. Соответственно, одной и той же поглощённой дозе соответствует разная биологическая эффективность излучения. Поэтому для описания воздействия излучения на живые организмы вводят понятие относительной биологической эффективности излучения, которая измеряется с помощью коэффициента качества. Для рентгеновского, гамма- и бета-излучений коэффициент качества принят за 1. Альфа-излучение и осколки ядер имеют коэффициент качества составляет 10…20. Нейтроны — 3…20 в зависимости от энергии. Для заряженных частиц биологическая эффективность прямо связана с линейной передачей энергии данного типа частиц (средняя потеря энергии частицей на единицу длины пробега частицы в ткани).

Для учёта биологического эффекта поглощённой дозы была введена эквивалентная поглощённая доза ионизирующего излучения, численно равная произведению поглощённой дозы на коэффициент биологической эффективности. В системе СИ эффективная и эквивалентная поглощенная доза измеряется в зивертах (Зв, англ. sievert, Sv).

Ранее широко применялась единица измерения эквивалентной дозы бэр (Биологический Эквивалент Рентгена для гамма-излучения, англ. rem). Эквивалентная доза 1 бэр соответствует облучению гамма-квантами с поглощённой дозой 1 рентген. Эквивалентная поглощённая доза приводится к поглощённой дозе гамма-излучения, поскольку массовые измерительные приборы регистрируют в основном именно гамма-излучение, и такая величина наиболее соответствует возможностям измерений. Для рентгеновского и гамма-излучений 1 бэр = 0,01 Зв, соответственно принимают, что 1 рентген = 0,01 Зв.

Помимо биологической эффективности, необходимо учитывать проникающую способность излучений. Например, тяжёлые ядра атомов и альфа-частицы имеют крайне малую длину пробега в сколько-нибудь плотном веществе, поэтому радиоактивные альфа-источники опасны при попадании внутрь организма. Наоборот, гамма-излучение обладает значительной проникающей способностью.

Некоторые радиоактивные изотопы способны встраиваться в процесс обмена веществ живого организма, замещая неактивные элементы. Это приводит к удержанию и накоплению радиоактивного вещества непосредственно в живых тканях, что существенно увеличивает опасность контакта. Например, широко известны йод-131, изотопы стронция, плутония и т.п.. Для характеристики этого явления используется понятие период полувыведения изотопа из организма.

2. Ионообменный метод очистки воды

Ионообменный метод очистки воды применяют для обессоливания и очистки воды от ионов металлов и других примесей. Сущность ионного обмена заключается в способности ионообменных материалов забирать из растворов электролита ионы в обмен на эквивалентное количество ионов ионита.

Очистку воды осуществляют ионитами - синтетическими ионообменными смолами, изготовленными в виде гранул размером 0,2...2 мм. Иониты изготовляют из нерастворимых в воде полимерных веществ, имеющих на своей поверхности подвижный ион (катион или анион), который при определенных условиях вступает в реакцию обмена с ионами того же знака, содержащимися в воде. Различают сильно- и слабокислотные катиониты (в Н+- или Na+- форме) и сильно- и слабоосновные аниониты (в ОН- или солевой форме), а также иониты смешанного действия. Основополагающим фактором кинетики процесса является скорость ионообмена между ионами воды и омываемой частицей смолы. На наружной поверхности омываемой частицы образуется неподвижная водяная пленка, толщина которой зависит от скорости потока очищаемой воды и размеров зерна смолы. Ион, который стремится попасть внутрь частицы смолы, в функциональную группу, должен диффундировать из воды через пленку, пройти через граничную поверхность частицы и внутри смолы в растворе набухания устремиться к ассоциации с функциональной группой. Диффузия ионов через пленку является важнейшим этапом процесса.

Избирательное поглощение молекул поверхностью твердого адсорбента происходит вследствие воздействия на них неуравновешенных поверхностных сил адсорбента.

Ионообменные смолы имеют возможность регенерации. После истощения рабочей обменной емкости ионита он теряет способность обмениваться ионами и его необходимо регенерировать. Регенерация производится насыщенными растворами, выбор которых зависит от типа ионообменной смолы. Процессы восстановления, как правило, протекают в автомати взрыхление - 10 - 15 мин, на фильтрование регенерирующего раствора - 25 - 40 мин, на отмывку - 30 - 60 мин. Ионообменную очистку реализуют последовательным фильтрованием воды через катиониты и аниониты.

В зависимости от вида и концентрации примесей в воде, требуемой эффективности очистки используют различные схемы ионообменных установок.

Умягчение воды катионированием. Умягчение воды катионированием - один из методов умягчения (обессоливания) воды.

Катионирование - процесс обработки воды методом ионного обмена, в результате которого происходит обмен катионов. В зависимости от вида ионов (Н+ или Na+), находящихся в объеме катионита, различают два вида катионирования: Н-катионирование и Na-катионирование.

Натрий-катионитовый метод применяют для умягчения воды с содержанием взвешенных веществ в воде не более 8 мг/л и цветностью воды не более 30 град. Жесткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до значений 0,05 - 0,1 мг-экв/л, при двухступенчатом - до 0,01 мг-экв/л. Процесс Nа-катионирования описывается следующими реакциями обмена: Регенерация Na-катионита достигается фильтрованием через него со скоростью 3-4 м/ч 5-8% раствора NaCl (рис.1.2).

Рис.1.2. Схема одноступенчатогоНатрий-катионирования воды.

Достоинства NaCl (поваренной соли) как регенерационного раствора: дешевизна; доступность.

Водород-катионитовый метод применяют для глубокого умягчения воды. Этот метод основан на фильтровании обрабатываемой воды через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионы водорода.

При Н-катионировании воды значительно снижается рН фильтрата за счет кислот, образующихся в ходе процесса. Углекислый газ, выделяющийся при реакциях умягчения, можно удалить дегазацией. Регенерация Н-катионита в этом случае производится 4 - 6% раствором кислоты (HCl, H2SO4). Иониты, в зернах которых при ионообменном процессе происходит обмен катионов, называют катионитами.

Энергия вхождения различных катионов в катионит по величине их динамической активности может быть охарактеризована для одинаковых условий следующим рядом: Na+<nh4+<k+<Мg2+<Са2+<А13+

Каждый катионит обладает определенной обменной емкостью выражающейся количеством катионов, которые катионит может обменять в течение фильтроцикла. Обменную емкость катионита измеряют в грамм-эквивалентных задержанных катионов на 1 м3 катионита, находящегося в набухшем (рабочем) состоянии после пребывания в воде, т. е. в таком состоянии, в котором катионит находится в фильтре. Различают полную и рабочую обменную емкость катионита. </nh4+<k+<Мg2+<Са2+<А13+

Полной обменной емкостью называют то количество катионов, которое может задержать 1 м³ катионита, находящегося в рабочем состоянии, до того момента, когда жесткость фильтрата сравнивается с жесткостью исходной воды.

Рабочей обменной емкостью катионита называют то количество катионов, которое задерживает 1 м³ катионита до момента «проскока» в фильтрат катионов. Рабочая обменная емкость катионита зависит от вида извлекаемых из воды катионов, cоотношения солей в умягчаемой воде, значения рН, высоты слоя катионита, скорости фильтрования, режима эксплуатации катионитовых фильтров, удельного расхода регенерирующего реагента и от других факторов. Обменную емкость, отнесенную ко всему объему катионита, загруженного в фильтр, называют емкостью поглощения.

Обессоливание воды ионным обменом.Для очистки сточных вод от анионов сильных кислот применяют технологическую схему одноступенчатого Н-кати-онирования и ОН-анионирования с использованием сильнокислотного катионита и слабоосновного анионита.

Для более глубокой очистки сточных вод, в том числе от солей, применяют одно-или двухступенчатое Н-катионирование на сильнокислотном катионите с последующим двухступенчатым ОН-анионированием на слабо-, а затем на сильноосновном анионите регенерации (хорошо При содержании в сточной воде большого количества диоксида углерода и его солей происходит быстрое истощение емкости сильноосновного анионита. Для уменьшения истощения сточную воду после катионитового фильтра дегазируют в специальных дегазаторах с насадкой из колец Рашига или в других аппаратах. При необходимости обеспечивать значение рН ~ 6,7 и очистки сточной воды от анионов слабых кислот вместо анионитовых фильтров второй ступени используют фильтр смешанного действия, загружаемый смесью сильнокислотного катионита и сильноосновного анионита.

Метод обессоливания воды ионным обменом основан на последовательном фильтровании воды через Н-катионитовый, а затем ОН-, НСО3- или СО3- анионитовый фильтр.

В Н-катионитовом фильтре содержащиеся в воде катионы, главным образом Ca2+, Mg2+ и Na+, обмениваются на водород-катионы. В ОН-анионитовых фильтрах, которые проходит вода после Н-катионитовых, анионы образовавшихся кислот обмениваются на ионы ОН-. Образующийся в процессе разложения гидрокарбонатов СО2 удаляется в дегазаторе.

Требования к воде, подаваемой на Н-ОН фильтры:

1. взвешенные вещества - не более 8 мг/л;

2. общее солесодержание - до 3 г/л;

3. сульфаты и хлориды - до 5 мг/л;

4. цветность - не более 30 градусов;

5. окисляемость перманганатная - до 7 мгО2/л;

6. железо общее - не более 0,5 мг/л;

7. нефтепродукты - отсутствие;

8. свободный активный хлор - не более 1 мг/л.

Если исходная вода не отвечает данным требованиям, то необходимо провести предварительную подготовку воды.

В соответствии с необходимой глубиной обессоливания воды проектируют одно-, двух- и трехступенчатые установки, но во всех случаях для удаления из воды ионов металлов применяют сильнокислотные Н-катиониты с большой обменной способностью.

Одноступенчатые ионообменные установки применяют для получения воды с солесодержанием до 1 мг/л (но не более 20 мг/л), это может быть: получение питьевой воды; получение воды, используемой в некоторых технологических процессах; подготовка воды перед стадией глубокого обессоливания; некоторые случаи при доочистке сточных вод.

В одноступенчатых ионитовых установках воду последовательно пропускают через группу фильтров с Н-катионитом, а затем через группу фильтров со слабоосновным анионитом; свободный оксид углерода(СО2) удаляется в дегазаторе, устанавливаемом растворимые CaCl2 после катионитовых или анионитовых фильтров, если они регенерируются раствором соды или гидрокарбоната. В каждой группе должно быть не менее двух фильтров. Через ионитовую установку пропускают лишь часть воды с тем, чтобы после смешения ее с остальной водой получить в опресненной воде солесодержание, отвечающее лимитам потребителя. Рис.1.3.

3. Экологические фонды – это денежные средства, используемые на мероприятия природоохранного назначения.

На счета экологического фонда поступают:

─ средства в виде платы за использование природных ресурсов как в пределах установленных нормативов, так и сверх установленных нормативов;

─ средства в виде платы за загрязнение окружающей среды как в пределах установленных лимитов, так и сверх установленных нормативов;

─ средства, получаемые по искам о возмещении вреда, взысканные судами и арбитражными судами, и штрафы за экологические правонарушения;

─ средства от реализации конфискованных орудий охоты и рыболовства;

─ добровольные отчисления предприятий и взносы граждан, в том числе и иностранных;

─ средства в виде дивидендов, процентов по вкладам;

─ доходы от издательской деятельности фондов.

Нормативы распределения средств экологических фондов различных уровней, установленные законом, выглядят следующим образом: 60% средств направляется на реализацию природоохранных мероприятий местного (городского, районного) значения, 30% - на природоохранные мероприятия республиканского, краевого, областного значения и 10% - на мероприятия федерального и межрегионального значения.

Средства экологических фондов предназначены для следующих целей: финансирование мероприятий по воспроизводству природных ресурсов; финансирование мероприятий по охране и восстановлению природных ресурсов; финансовой поддержке строительства очистных сооружений; финансовой поддержки внедрения экологически чистых технологий; возмещение ущерба гражданам за причинение вреда здоровью; финансирования экологического воспитания и образования; финансирования других мероприятий, связанных с природоохранной деятельностью.

С целью улучшения рационального использования природных ресурсов определяется экономический эффект природоохранных мероприятий, который должен включать в себя не только экономию годового объема текущих затрат за счет осуществления природоохранных мероприятий, но и общий предотвращенный ущерб.

4. Организационная структура системы сертификации.

Организационная структура системы включает:
- Руководящий орган системы НКЭБ
- Методический центр (МЦ ССП)
- Органы по сертификации (ОС ССП).
Руководящий орган системы ССК выполняет следующие функции:

- осуществляет общее управление системой ССП;

- организует развитие системы ССП;

- обеспечивает в установленном порядке взаимодействие в области сертификации с органами других систем сертификации, Госстандартом России, Торгово-промышленной палатой РФ, территориальными и местными торгово-промышленными палатами, с зарубежными организациями и органами по сертификации, с федеральными органами исполнительной власти;

- заключает договора с организациями, выразившими желание войти в систему ССК в качестве органа по сертификации, в том числе на проведение аккредитации.

Методический центр организован на базе НКЭБ и функционирует с привлечением сторонних специалистов.
Методический Центр ССП выполняет следующие функции:

- разрабатывает правила и порядок проведения сертификации и другие организационно-методические документы системы ССП, обеспечивает ими участников Системы сертификации, осуществляет совершенствование документов Системы ССП;

- проводит аккредитацию ОС ССП;

- осуществляет обучение и сертификацию экспертов ССП;

- рассматривает по поручению Руководящего органа апелляции;

- осуществляет методическое обеспечение и ведет учет ОС ССК, обеспечивает их бланками сертификатов ССК;

- организует ведение реестров выданных аттестатов аккредитации и экспертов.

Орган по сертификации выполняет следующие функции:

- рассматривает заявки на сертификацию и определяет по согласованию с заявителем схемы сертификации;

- заключает с заявителями договора на проведение сертификации;

- формирует и организуют работу комиссий по сертификации;

- проводит сертификацию;

- оформляет и регистрируют в реестре сертификаты;

- ведёт учет действующих сертификатов;