Строение атома и характеристика элементарных частиц

Объекты изучения и задачи сельскохозяйственной радиобиологии. История развития радиобиологии.

Фундаментальной задачей, составляющей предмет радиобиологии, является вскрытие общих закономерностей биологического ответа на воздействие ионизирующих излучений, которые являются научной основой гигиенической регламентации радиационного фактора и овладения искусством управления лучевыми реакциями организма.
Развитие радиобиологии делится на три этапа:

1 этап развития радиобиологии характеризуется работами описательного характера, когда ученые пытаются объяснить описанные ранее эффекты.

Первые ученные, которые обратили внимание на действие радия на кожу, были немцы Г. Вальхов и Гизель.

Основными открытия считаются:

1. Открытие, что под действием ионизирующего излучения происходит торможение клеточного деления.

2. Закон Берганье-Трибондо (1903-1906 гг): клетка тем более радиочувствительна, чем больше у нее способность к размножению (делению) и чем менее определенно выражены их морфология и функции, т.е. чем они менее дифференцированы.

2 этап развития радиобиологии связан с разработкой теории «доза-эффект». С одной стороны было установлено, что при увеличении дозы облучения увеличивается повреждающий эффект.

Значимое открытие в 1922 г – теория актов ионизации в чувствительном объеме.

3 этап начался в 40-50-х годах прошлого века. Большое развитие получили методы количественной атомной радиобиологии.

В частности было установлено, что с самого начала радиоактивные излучения не одинаковы, и в 1903 г в диссертации Марии Складовской-Кюри появился рисунок.

1998 г Беккерель доказал, что β-лучи – это поток быстрых электронов, заряженных отрицательно.

В 1988-1899 г Поль Вийяр установил, что электромагнитное излучение, не реагирующее на заряд и похожее на рентгеновское излучение – это γ-лучи; они электронейтральные (не имеют заряд), не имеют массы покоя и состоят из отдельных порций энергии.

В 1899 г Эрнест Резерфорд доказал, что α-лучи – это поток ядер гелия, заряжены положительно за счет протонов, которые имеют положительный заряд за счет набора кварков.

Первый реактор по выработке оружейного плутония был построен в 1940-1945 гг.

Происхождение естественных радиоактивных атомов.

Ест. радиоактивные атомы существуют с момента появления Земли.
В 1896 году Беккерель обнаружил, что некоторые соли урана испускают проникающее излучение, аналогичное излучению, открытому Рентгеном годом раньше. Огромное значение этого открытия не сразу было понято. Через несколько лет Пьер и Мария Кюри дали дополнительный стимул для изучения этой новой области физики. Им удалось выделить из урановой смоляной обманки два вещества, радиоактивность которых много интенсивнее радиоактивности урана. Резерфорд и Содди, исследуя явление, открытое Беккерелем, вскоре установили, что явление радиоактивности можно объяснить, если предположить, что атомы урана и радия не стабильны, а распадаются с характерной для каждого скоростью. При этом образуются атомы других элементов. Радиоактивные превращения протекают самопроизвольно. На скорость их течения не оказывают никакого воздействия изменения температуры и давления, наличие электрического и магнитного полей, вид химического соединения данного радиоактивного элемента и его агрегатное состояние. Радиоактивный распад – это свойство самого атомного ядра и зависит только от его внутреннего состояния. Нельзя повлиять на течение процесса радиоактивного распада, не изменив состояния атомного ядра. Радиоактивностью называется способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) распадаться с испусканием α-, β-, γ- лучей, а иногда и других частиц.
Радиоактивное излучение производит ионизационное действие. Радиоактивный элемент постоянно выделяет энергию, и поэтому его температура всегда несколько выше температуры окружающей среды. Уже первые исследования показали, что радиоактивность элемента не зависит от того, находится он в чистом виде или в составе каких-либо химических соединений.

Строение атома и характеристика элементарных частиц.

Мельчайшая частица химического элемента, являющаяся носителем его химических свойств – называется атомом.

Атом состоит из атомного ядра и электронной оболочки.

Ядро атома состоит из протонов (p+) и нейтронов (n0).

Число протонов N(p+) равно заряду ядра (Z) и порядковому номеру элемента в естественном ряду элементов (и в периодической системе элементов).

Сумма числа нейтронов N(n0), обозначаемого просто буквой N, и числа протонов Z называется массовым числом и обозначается буквой А.

Электронная оболочка атома состоит из движущихся вокруг ядра электронов (е-).

Число электронов N(e-) в электронной оболочке нейтрального атома равно числу протонов Z в его ядре.

Атом любого элемента можно разделить на субатомные (элементарные) частицы, но в этом случае у них не будет свойств атома.

В свободном состоянии элементарные частицы характеризуются массой, электрическим зарядом и собственным вращением (спином).

Элементарные частицы подразделяются на классы:

1. Фотоны (кванты) – кванты электро-магнитного поля. Они не обладают электрическим зарядом и массой покоя.

2. Лептоны («легкие»). К ним относятся: электроны (е^–); позитроны (е⁺) – это античастицы электрона, существуют в ядре, при входе из ядра и встрече в электроном происходит аннигиляция, т.е. взаимное уничтожение; мюоны (µ–, µ+) – более мелкие частицы, могут иметь положительный и отрицательный заряд; тау-лептоны (t^–, t⁺); нейтрины и антинейтрины – последние две частицы не имеют электрического заряда., различаются спином (движением).

3. Мезоны («средние») – нестабильные частицы. π-мезоны могут иметь положительный, отрицательный и нейтральный заряд и существовать в движении и в виде материальных частиц (масса материальных частиц примерно в 270 раз больше, чем масса электрона). К-мезоны имеют положительный и отрицательный заряд, их масса в 970 раз больше массы электрона. Время жизни очень небольшое (10^–8 сек), они не устойчивы и распадаются с образованием π-мезонов и лептонов или только лептонов. Эта-мезоны (η) – в 1074 раза тяжелее электрона, время жизни 10^–19 сек, распадаются на π-мезоны и фотоны.

4. Класс барионов объединяет протоны, нейтроны, антипротоны, антинейтроны, и нестабильные, масса которых больше массы нуклонов – их называют гипероны. За исключением протона и антипротона, все барионы нестабильны. При распаде бариона обязательно образуется барион (чаще протон).

Кроме этих, обнаружено большое количество короткоживущих частиц – резонансов.