Опис: Характеристика радіаційного поля Землі Поле іонізуючих випромінювань поле природної радіоактивності притаманне Землі як космічного об'єкта. Його прояв на поверхні Землі грає в екології велику роль. Сумарне радіаційне поле Землі складається з: космічного випромінювання; радіоактивного розпаду елементів земної кори; дегазації внаслідок виходу на поверхню радіоактивних газів радон Rn торон Tn. Природний фон в різних частинах поверхні Землі може відрізнятися в 34 рази і більше.
Розмір файлу: 172.32 KB
Роботу скачали: 5 чол.
Якщо ця робота Вам не підійшла внизу сторінки є список схожих робіт. Так само Ви можете скористатися кнопкою пошук
Радіаційний та теплове поля
Коротка теорія радіаційного поля і його вивчення в радіометрії та ядерної геофізики
- Коротка теорія і загальні відомості про радіоактивність
Розрізняють природну і наведену (штучно створену) радіоактивність.
природна радіоактивність # 150; це фізико-хімічний процес мимовільного розпаду нестійких ядер атомів, що підкоряється певним статистичному закону. Процес супроводжується:
- зміною будови, складу, енергією ядер;
- випусканням квантів;
- виділенням радіогенного тепла;
- іонізацією (перетворенням атомів і молекул в іони) газів, рідин і твердих тіл.
Радіоактивного розпаду піддається досить велика кількість хімічних елементів, в основному з порядковим номером в таблиці Менделєєва великим 82. Відомо понад 230 радіоактивних ізотопів (ядра атомів з різною кількістю нейтронів). Однак основний внесок в природну радіоактивність вносять три радіоактивні елементи U. U (уран), Th (торій) і К (калій). Вони знаходяться в гірських породах і інших природних об'єктах у вигляді ізоморфних домішок і самостійних мінералів. Їх внесок наступний: До 60%, U 30%, Th 10%. Інтенсивність природного γ-випромінювання J у цих елементів найбільша у До і найменша у Th. Випромінювання відбувається у них при різних енергіях. Слід зазначити, що γ-випромінювання має найбільше значення при формуванні природної радіоактивності, оскільки α-, β-частинки при взаємодії з речовиною відчувають сильне кулонівської взаємодії і мають дуже малою проникаючою здатністю. α-частинки, наприклад, затримуються звичайним листом паперу, β-частинки - тонкої свинцевої плівкою.
Закон радіоактивного розпаду виражається формулою:
dN # 150; число розпадаються ядер із загальної кількості N за час dt. - постійна розпаду. пов'язана з іншою одиницею Т 1/2 # 150; періодом напіврозпаду співвідношенням:
Закон радіоактивного розпаду описує послідовне перетворення одних елементів в інші і закінчується утворенням стійких нерадіоактивних ізотопів. Основними є ряди U і Th. Вони включають до 15 # 150; 18 ізотопів. Кінцевий продукт # 150; радіогенний свинець.
Родоначальники радіоактивних сімейств (U. Th) відносяться до довготривалим елементом. У них Т 1/2 H> 10 8 років. До складу сімейств урану входять радій (Ra) з Т 1/2 = 1620 років і радіоактивний газ радон (Rn) з Т 1/2 = 3,82 доби.
При розпаді радіоактивних елементів в радіоактивних рядах виникає стан радіоактивного рівноваги:
Калій (К) відноситься до поодиноких радіонуклідам, у яких радіоактивний розпад обмежується одним актом перетворень.
Наведена (штучна) радіоактивність переважно пов'язана з гамма-і нейтронним випромінюванням.
-кванти # 150; електронейтральні частинки, що мають більш високу проникаючу здатність, ніж заряджені α-, β-частинки. Вони являють собою потік електромагнітного випромінювання дуже високої частоти (f T> 10 18 Гц). Проникаюча здатність -квантів в повітрі досягає декількох сотень метрів. У природних об'єктах, в тому числі в гірських породах, -випромінювання різко послаблюється внаслідок процесів фотоефекту, Комптон-ефекту, освіти електрон-позитронного пар. Перераховані процеси відбуваються при різних енергіях.
Головне значення має Комптон-ефект. У цьому діапазоні енергій інтенсивність розсіяного гамма-випромінювання (J ) залежить від щільності середовища. Чим більше щільність, тим менше J .
нейтронне випромінювання # 150; виникає при ядерних реакціях. Нейтрони є електронейтральних частинками і мають, найбільшою проникаючою здатністю з усіх видів випромінювань. Нейтрони виникають при взаємодії α-частинок з ядрами легких елементів (берилій, бор і ін.)
Нейтрони з енергетичного спектру (Е = 10 7 # 150; 10 -3 еВ) поділяються на групи: швидкі проміжні повільні резонансні надтеплових теплові холодні.
При взаємодії нейтронів з природними об'єктами виділяються за часом два основних процеси:
- уповільнення швидких нейтронів (t <10 -2 c );
- дифузія теплових нейтронів (t> 1 c).
Обидва процеси супроводжуються ядерними реакціями n - n. n - і ін. типів. Відбувається випускання і новостворених нейтронів і -квантів (вторинне -випромінювання).
- Характеристика радіаційного поля Землі
Поле іонізуючих випромінювань (поле природної радіоактивності) притаманне Землі, як космічного об'єкта. Його прояв на поверхні Землі грає в екології велику роль.
Сумарне радіаційне поле Землі складається з:
- космічного випромінювання;
- радіоактивного розпаду елементів земної кори;
- дегазації внаслідок виходу на поверхню радіоактивних газів (радон Rn. торон Tn).
Радіоактивність безпосередньо в надрах літосфери (в її верхніх шарах), а також на більш глибоких горизонтах залежить від змісту в гірських породах радіоактивних елементів. Радіаційний фон в шахтах невеликий і переважно становить 4-6 мкР / год. Це ж відноситься до радіоактивності природних вод і газів. У більшості випадків вони не радіоактивні. Виняток становлять підземні води радіоактивних родовищ, а також води сульфатно-барієвого і хлористого-кальцієвого складів.
- Техногенне іонізуюче випромінювання надходить в навколишнє середовище від всіляких штучних джерел. До них відноситься новостворені радіонукліди внаслідок реалізації промислових технологій переробки радіоактивних речовин, складовані відходи атомного виробництва, раптові аварії на атомних об'єктах, перш за все на атомних електростанціях (АЕС).
- Вплив радіаційного поля на живі організми
Радіоактивність (іонізуюче випромінювання) є як «дратівливим», так і «вражаючим» фактором.
«Вражаюча дія» пов'язане з дозами опромінення, що перевищують нормальний фон. При цьому опроміненні починають діяти мутагенні фактори. Людина й інші ссавці дуже чутливі до радіаційного впливу, а мікроорганізми досить стійкі. Насінні і хребетні займають проміжне положення. При потужності дози більш 4-16 мГр (4000 # 150; 16000 мкР) відбувається пригнічення рослинності. Вона стає сприйнятливою до ураження шкідниками та хворобами.
У сумарному радіаційному впливі частка штучних джерел становить 22%. З них понад 20% припадає на медицину.
- Проектне завдання розділу
- Тести рубіжного контролю розділу
- Література до розділу
Теплове поле Землі і його циклічні зміни. термодинаміка океану
Теплове поле. так само як і інші фізичні поля, пов'язують з матеріальним середовищем, в якій виникають і взаємодіють теплові потоки. Останні, впливаючи на матеріальні, зокрема природні об'єкти, визначають їх тепловий режим, обумовлюючи деформацію теплового поля.
Є фізичний зміст характеризувати теплове поле за допомогою параметрів потенціалу U і напруженості Е. Проте, в результаті сформованих багаторічних уявлень оперують поняттями теплового потоку, геотермической ступені і ін.
До тепловим властивістю природних об'єктів відносяться теплопровідність λ (одиниця виміру Вт / м * К) і т еплоемкость С (одиниця виміру Дж / кг * К).
Земля, як природний об'єкт, являє собою теплової космічний модуль, який характеризується тепловим полем. Це поле складається з постійного внутрішнього поля Землі (основне поле) і змінного теплового поля, властивого земним оболонок (літосфері, гідросфері і атмосфері).
Теплове поле Землі формується під дією наступних енергетичних процесів:
- Сонячна енергія (отримується і перєїзлучать назад);
- Геотермічна втрата теплоти;
- Енергія, що втрачається при уповільненні обертання Землі;
- Пружна енергія, що вивільняється при землетрусах.
Одним з головних джерел сучасної теплової енергії в земній корі є радіоактивний розпад довгоживучих ізотопів. Джерелом тепла є також процес диференціалами речовини мантії.
Основною характеристикою теплового поля Землі є потік теплоти через земну поверхню, тобто тепловий потік Q (одиниця виміру Вт / м 2). Параметр Q описується рівнянням теплопровідності:
λ - коефіцієнт теплопровідності (Вт / м * К);
- вертикальний градієнт зміни температури (К / м).
Знак «-» вказує на спадання температури.
Зональність земних надр за розподілом теплового потоку, вивчена недостатньо в силу відсутності інструментів проникнення вглиб геосфер.
За геотермическим і непрямих даних (термальні води, виливу розпечених лав) виділяють в земній товщі три характерних термічних зони:
- Приповерхнева (геліометріческая). Товщина h = 0,03 км. Температура t залежить від сонячної радіації. Має місце яскраво виражений добовий, сезонний, річний і багатовікової хід.
- Нейтральна (шар постійної температури). Це тонкий шар постійної середньорічної температури, який в залежності від температурних поясів знаходиться на глибинах від 10 до 30-50 м.
- Геотермічна. Це вся нижележащих товща земної кори, мантія і земне ядро. Температура визначається тепловими джерелами Землі.
Виходячи з уявлень, що ядро складається з заліза, проведені розрахунки температури плавлення з урахуванням тиску. Згідно з розрахунками t на кордоні мантії і ядра повинна бути 3700 0. а t внутрішнього ядра # 150; 5000 0. Температура всередині Землі інтенсивно зростає до глибини 200 км, після чого її зростання з глибиною сповільнюється.
Тепловий стан Землі і закономірності його зміни визначаються:
- енергією космічного і сонячного випромінювання;
- внутрішнім теплом земних оболонок.
У зв'язку з цим поділяють теплові джерела зовнішні (космічні) і внутрішні (планетарні).
Зовнішні джерела: - сонячна радіація;
- енергія метеоритів, що падають на Землю;
- гравітаційний вплив Місяця і Сонця;
- диференціація речовини мантії;
- виділення радіаційного тепла, внаслідок
Натурні вимірювання теплового потоку на поверхні Землі виконані не рівномірно. Мало вимірювань отримано в Південній Америці, Африці, Антарктиді. На підставі наявних вимірів побудована карта розподілу теплового потоку на поверхні Землі. Зроблено висновок, що закономірностей зміни теплового потоку від континентів до океанів не виявляється, при тому, що всередині континентальних і океанічних областей існує тісний кореляційний залежність Q і основних геологічних структур. На континентах Q характеризується мінімумами на щитах, а максимумами в орогенних областях. В океанах, на противагу до материків Q min має місце на крилах хребтів і в глибоководних жолобах.
Для вирішення ряду теоретичних і практичних проблем, пов'язаних з механізмом перетворення сонячної енергії в географічній оболонці Землі, визначається так званий тепловий баланс Землі. Тепловий баланс (Т.Б.) зазвичай представляється у вигляді рівнянь, що враховують всі джерела надходження і витрачання тепла. Перші мають знак плюс, а другі # 150; мінус.
Найбільш повно до теперішнього часу вивчений Т.Б. системи земля # 150; атмосфера. Розрахунки Т.Б. зазвичай виробляють в умовних одиницях. Наприклад, якщо кількість сонячної радіації, що надходить на верхню межу всієї атмосфери прийняти за 100 ум. од. то в результаті отримують, що з цих 100 ум. од. Земля, як планета, розсіює і відбиває в світовий простір 35 ум. од. а решта 65 ум. од. поглинає.
Розрахунки і спостереження за температурою планети Земля в цілому, земної поверхні і атмосфери в окремо, свідчать про те, що температура в них не зазнає жодних змін від року до року, тому що ці структури знаходяться в тепловій рівновазі.
Джерела отримання тепла: - поглинання сонячної радіації атмосферою і земною поверхнею.
Втрата тепла: - інфрачервоне випромінювання земної поверхні в світовий простір;
- інфрачервона радіація, яку випромінює атмосферою в світовий простір.
Рівняння Т.Б. Прихід = Витрата.
При необхідності, складові Т.Б. висловлюють не в умовних, а в енергетичних одиницях.
Якщо розглядати Т.Б. окремих широтних зон, то дослідження показують, що потік поглинається атмосферою і земною поверхнею сонячної радіації швидко зменшується від екватора до полюса. Це пов'язано зі зменшенням полуденної висоти Сонця від екватора до полюсів.
Поряд із сонячною радіацією деяку роль в Т.Б. відіграє довгохвильова радіація атмосфери і земної поверхні. Вона убуває від екватора до полюсів з меншою інтенсивність. Це призводить до того, що в тропічних широтах створюється надлишок тепла, а в полярних широтах його втрата. Внаслідок цього слід припускати про надмірне припливі тепла і його зростанні від року до року в приекваторіальних зонах і поступовому зниженні тепла в помірних і приполярних зонах. Але цього не відбувається. оскільки атмосфера є свого роду теплової машиною.
ККД (коефіцієнт корисної дії) «Атмосфери» прямо пропорційний різниці температур між «нагрівачем» (екватором) і «холодильником» (полюсами). За орієнтовними оцінками він (ККД атмосфери) дорівнює 2%. Це означає, що ці 2% поглинаються Землею сонячної радіації превращюется в кінетичну енергію вітру. Перенесення тепла від екватора до полюсів здійснюють в основному циклони і антициклони. притому, що з кількості надлишкового тепла переноситься 90%. Решта 10% переносяться водою.
морські течії # 150; це свого роду водяне опалення планети Земля. Теплі течії обігрівають високоширотні області, а холодні # 150; охолоджують жаркі тропічні області.
Таким чином, атмосферна циркуляція і морські течії прагнуть вирівняти температуру між екватором і полюсами, а сонячна радіація, навпаки, збільшити її (температуру). Обидва процеси дуже мінливі, тому рівновага між ними пульсуюче. Зміна їх тривалості викликає зміна клімату планети Земля.
Слід додатково зазначити, що в атмосфері «працюють» і «теплові машини» другого роду, які виникають (обумовлюються) контрастом температур між океанами і сушею. (На відміну від суші океани мають величезну теплоємність і їх нагрівання, і охолодження більш повільні). Теплові машини другого роду працюють по циклах зима # 150; літо. Тобто взимку океани «нагрівачі», а континенти «холодильники», влітку навпаки. Рух повітря, що викликається тепловими машинами 2-го роду, здійснюється у формі мусонів. Останні являють собою переважні вітри, що дмуть у поверхні Землі взимку з материка на океан, а влітку # 150; з океану на материк. Теплові машини 2-го роду в міру наближення до океану пом'якшують земну холоднечу і зменшують літню спеку, а в міру наближення до материків клімат стає більш континентальним.
Загальна характеристика температурного (теплового) поля Землі складається з температурного режиму її надр і поверхні внаслідок перетворення в теплову енергію інших видів енергії (сонячної, радіоактивного розпаду, вулканічної діяльності, гравітаційного стиснення, приливної тертя і ін.). Природа і потужність джерел тепла, механізм його перенесення через гірські породи визначається тепловим потоком Q.
На великих глибинах передача тепла здійснюється за рахунок випромінювання нагрітого речовини надр і конвекції. Ближче до поверхні поряд з конвекцією при перенесенні тепла впливає молекулярна теплопровідність.
Поряд з регіональним тепловим потоком з надр існують локальні теплові потоки (циркуляція підземних вод, вплив многолетнемерзлих порід і ін.). До локальних теплових потоків слід віднести і теплові потоки від температурних техногенних полів. До них відносяться джерела теплового забруднення (гарячі цехи, підземні газоходи і теплотраси, скиди гарячих технологічних вод і ін.). Концентрація техногенних теплових джерел, зокрема під містами і селищами, призводить до формування теплових куполів.
В цілому, техногенні температурні поля охоплюють своїм впливом приблизно 5-10% всієї території суші. Відповідно до цього певним чином «змінюють свій ритм» теплові машини 2-го роду.
Закон відбиття світла. Закони заломлення світла. Відносини синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина постійна для цих двох середовищ дорівнює відношенню швидкості світла в середовищі звідки світло виходить до швидкості світла в середовищі в яку входить.