Ядерные иследования
его гибели. Характер влияния гамма-излучения зависит
от энергии ?-квантов и пространственных особенностей облучения, например,
внешнее или внутреннее. Относительная биологическая эффективность гамма-
излучения составляет 0,7-0,9. В производственных условиях (хроническое
воздействие в малых дозах) относительная биологическая эффективность гамма-
излучения принята равной 1. Гамма-излучение используется в медицине для
лечения опухолей, для стерилизации помещений, аппаратуры и лекарственных
препаратов. Гамма-излучение применяют также для получения мутаций с
последующим отбором хозяйственно-полезных форм. Так выводят
высокопродуктивные сорта микроорганизмов (например, для получения
антибиотиков ) и растений.
Современные возможности лучевой теропии расширились в первую очередь за
счёт средств и методов дистанционной гамма-теропии. Успехи дистанционной
гамма-теропии достигнуты в результате большой работы в области
использования мощных искусственных радиоактивных источников гамма-излучения
(кобальт-60, цезий-137), а также новых гамма-препаратов.
Большое значение дистанционной гамма-теропии объясняется также
сравнительной доступностью и удобствами использования гамма-аппаратов.
Последние, так же как и рентгеновские, конструируют для статического и
подвижного облучения. С помощью подвижного облучения стремятся создать
большую дозу в опухоли при рассредоточенном облучении здоровых тканей.
Осуществлены конструктивные усовершенствования гамма-аппаратов,
направленные на уменьшение полутени, улучшение гомогенизации полей,
использование фильтров жалюзи и поиски дополнительных возможностей защиты.
Использование ядерных излучений в растениеводстве открыло новые, широкие
возможности для изменения обмена веществ у сельскохозяйственных растений,
повышение их урожайности, ускорения развития и улучшения качества.
В результате первых исследований радиобиологов было установлено, что
ионизирующая радиация – мощный фактор воздействия на рост, развитие и обмен
веществ живых организмов. Под влиянием гамма-облучения у растений, животных
или микроорганизмов меняется слаженный обмен веществ, ускоряется или
замедляется (в зависимости от дозы) течение физиологических процессов,
наблюдаются сдвиги в росте, развитии, формировании урожая.
Следует особо отметить, что при гамма-облучении в семена не попадают
радиоактивные вещества. Облученные семена, как и выращенный из них урожай,
нерадиоактивны. Оптимальные дозы облучения только ускоряют нормальные
процессы, происходящие в растении, и поэтому совершенно необоснованны какие-
либо опасения и предостережения против использования в пищу урожая,
полученного из семян, подвергавшихся предпосевному облучению.
Ионизирующие излучения стали использовать для повышения сроков хранения
сельскохозяйственных продуктов и для уничтожения различных насекомых-
вредителей. Например, если зерно перед загрузкой в элеватор пропустить
через бункер, где установлен мощный источник радиации, то возможность
размножения насекомых-вредителей будет исключена и зерно сможет храниться
длительное время без каких-либо потерь. Само зерно как питательный продукт
не меняется при таких дозах облучения. Употребление его для корма четырех
поколений экспериментальных животных не вызвало каких бы то ни было
отклонений в росте, способности к размножению и других патологических
отклонений от нормы.
Атомный реактор.
Источником энергии реактора служит процесс деления тяжелых ядер. Напомним,
что ядра состоят из нуклонов, то есть протонов и нейтронов. При этом
количество протонов Z определяет заряд ядра Ze: оно равно номеру элемента
из таблицы Менделеева, а атомный вес ядра А – суммарному количеству
протонов и нейтронов. Ядра, имеющие одинаковое число протонов, но различное
число нейтронов, являются различными изотопами одного и того же элемента и
обозначается символом элемента с атомным весом слева вверху. Например,
существуют следующие изотопы урана: 238U, 235U, 233U,...
Масса ядра М не просто равна сумме масс составляющих его протонов и
нейтронов, а меньше её на величину [pic] М, определяющую энергию связи
[pic] (в соответствии с соотношением [pic]) М=Zmp+(A-Z)mn-(A)A, где(А)с -
энергия связи, приходящаяся на один нуклон. Величина (А) зависит от деталей
строения соответствующего ядра... Однако наблюдается общая тенденция
зависимости её от атомного веса. А именно, пренебрегая мелкими деталями,
можно описать эту зависимость плавной кривой, возрастающей при малых. А,
достигающей максимума в середине таблицы Менделеева и убывающей после
максимума к большим значениям А. Представим себе, что тяжелое ядро с
атомным весом А и массой М разделилось на два ядра А1 и А2 с массами
соответственно М1 и М2, причем А1 + А2 равно А либо несколько меньше его,
так как в процессе деления могут вылететь несколько нейтронов. Возьмем для
наглядности случай А1 + А2 = А. Рассмотрим величину разности масс
начального ядра и двух конечных ядер, причем будем считать что А1 = А2,
так, что [pic](А1)=[pic](А2), [pic]М=М-М1-М2=-[pic](А)А+[pic] (А1)(А1 +А2)
=А([pic](А1)- [pic](А1)). Если А соответствует тяжелому ядру в конце
Периодической системы, то А1 находится в середине и имеет максимальное
значение[pic](А2). Значит, [pic]М>0 и, следовательно, в процессе деления
выделяется энергия Ед=[pic]Мс2. Для тяжелых ядер, например для ядер
урана, ([pic](А1)- [pic](А))с2=1 МэВ. Так что при А=200 имеем оценку Ед =
200 МэВ. Напомним, что электрон-вольт (эВ) внесистемная единица энергии,
равная энергии, приобретаемой элементарным зарядом под действием разности
потенциалов 1В ( 1эВ = 1,6*10-19 Дж). Например, средняя энергия, выделяемая
при делении ядра 235U
Ед = 180 МэВ = 180 106 эВ.
Таким образом, тяжелые ядра являются потенциональными источниками энергии.
Однако самопроизвольное деление ядер происходит исключительно редко и
практически значения не имеет. Если же в тяжелое ядро попадает нейтрон, то
процесс деления может резко убыстриться. Это явление происходит с
различной интенсивностью для различных ядер, и мерой его служит эффективное
поперечное сечение процесса. Напомним, как определяются эффективные сечения
и как они связаны с вероятностями тех или иных процессов. Представим себе
пучок частиц, (например, нейтронов), падающих на мишень, состоящую из
определённых объектов, скажем ядер. Пусть N0 - число нейтронов в пучке, n-
плотность ядер, приходящаяся на единицу объема (1 см3 ). Пусть нас
интересуют события определённого сорта, например деление ядер мишени. Тогда
число таких событий N будет определяться формулой N=N0nl[pic]эф, где l-
длинна мишени и [pic]эф называется поперечным сечением процесса деления
(или любого другого процесса) заданной энергией Е, соответствующей энергии
налетающих нейтронов. Как видно из предыдущей формулы, эффективное сечение
имеет размерность площади(см2). Оно имеет вполне понятный геометрический
смысл: это площадка, при попадании в которую происходит интересующий нас
процесс. Очевидно, если сечение большое, процесс идёт интенсивно, а
маленькое сечение соответствует малой вероятности попадания в эту площадку,
следовательно, в этом случае процесс происходит редко.
Итак, пусть для некоторого ядра мы имеем достаточно большое
эффективное сечение процесса деления при этом, при делении наряду с двумя
большими осколками А1 и А2 могут вылететь несколько нейтронов. Средне число
дополнительных нейтронов называется коэффициентом размножения и
обозначается символом k[pic]. Тогда реакция идёт по схеме
n+A
A1+A2+k[pic]n.
Родившиеся в этом процессе нейтроны, в свою очередь, реагируют с ядрами А,
что даёт новые реакции деления и новое, ещё большее число нейтронов. Если k
> 1, такой цепной процесс происходит с нарастающей интенсивностью и
приводит к взрыву с выделением огромного кол-ва энергии. Но процесс этот
можно контролировать. Не все нейтроны обязательно попадут в ядро А: они
могут выйти наружу через внешнюю границу реактора, могут поглотиться в
веществах, которые специально вводятся в реактор. Таким образом, величину
k[pic], можно уменьшить до некоторой kэф, которая равна 1 и лишь
незначительно её превышает. Тогда можно успевать отводить производимую
энергию и работа реактора становится устойчивой. Тем не менее в этом случае
реактор работает в критическом режиме. Неполадки с отводом энергии привели
бы к нарастающей цепной реакции и катастрофе. Во всех действующих системах
предусмотрены меры безопасности, однако аварии, с очень малой вероятностью,
могут происходить и, к сожалению происходят.
Как выбирается рабочее вещество для атомного реактора? Необходимо,
чтобы в топливных элементах присутствовали ядра изотопа с большим
эффективным сечением деления. Единица измерения сечения 1 барн = 10-24 см2.
Мы видим две группы значений сечений: ( 233U, 235U, 239Pu ) и
малые(232Th,238U). Для того, чтобы представить себе разницу, вычислим,
какое расстояние должен пролететь нейтрон, чтобы произошло событие деления.
Воспользуемся для этого формулой N=N0nl[pic]эф. Для N=N0=1 имеем [pic]
Здесь n- плотность ядер, [pic], где p- обычная плотность и m =1,66*10-24г-
атомная единица массы. Для урана и тория n = 4,8.1022 см3. Тогда для 235U
имеем l = 10см, а для 232Th l = 35 м. Таким образом, для реального
осуществления процесса деления следует использовать такие изотопы как 233U,
235U, 239Pu. Изотоп 235U в небольшом кол-ве содержится в природном уране
состоящем в основном из 238U, поэтому в качестве ядерного топлива обычно
используют уран, обогащённый изотопом 235U. При этом в процессе работы
реактора вырабатывается зна
| |  скачать работу |
Ядерные иследования |
