ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ, БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ.

 

Ядерные реакции, превращения атомных ядер при взаимодействии с другими ядрами, элементарными частицами или γ -квантами. Такое определение разграничивает собственно ядерные реакции и процессы самопроизвольного превращения ядер при радиоактивном распаде (см. Радиоактивность), хотя в обоих случаях речь идет об образовании новых ядер.

Ядерные реакции осуществляют под действием налетающих, или бомбардирующих, частиц (нейтроны n, протоны р, дейтроны d, электроны е, ядра атомов различных элементов) либо γ -квантов, которыми облучают более тяжелые ядра, содержащиеся в мишени. По энергиям бомбардирующих частиц условно различают ядерные реакции при низких (< 1 МэВ), средних (1-100 МэВ) и высоких (> 100 МэВ) энергиях. Разграничивают реакции на легких ядрах (массовое число ядра мишени А< 50), ядрах средней массы (50 < А< 100) и тяжелых ядрах (А> 100).

Ядерная реакция может произойти, если две участвующие в ней частицы сближаются на расстояние, меньшее диаметра ядра (ок. 10^-13 см), т. е. на расстояние, при котором действуют силы внутриядерного взаимодействия между составляющими ядра нуклонами. Если обе участвующие в ядерной реакции частицы – и бомбардирующая, и ядро мишени – заряжены положительно, то сближению частиц препятствует сила отталкивания двух положительных зарядов, и бомбардирующая частица должна преодолеть так называемый кулоновский потенциальный барьер. Высота этого барьера зависит от заряда бомбардирующей частицы и заряда ядра мишени. Для ядер, отвечающих атомам со средними значениями атомного номера, и бомбардирующих частиц с зарядом +1, высота барьера составляет около 10 МэВ. В случае, если в ядерной реакции участвуют частицы, не обладающие зарядом (нейтроны), кулоновский потенциальный барьер отсутствует, и ядерные реакции могут протекать с участием частиц, имеющих тепловую энергию (т. е. энергию, отвечающую тепловым колебаниям атомов).

//'); //]]> Обсуждается возможность протекания яерных реакций не в результате бомбардировки ядер мишени налетающими частицами, а за счет сверхсильного сближения ядер (т. е. сближения на расстояния, сопоставимые с диаметром ядра), находящихся в твердой матрице или на поверхности твердого тела (например., с участием ядер атомов газа дейтерия, растворенного в палладии); пока (1995) надежных данных об осуществлении таких ядерных реакций (" холодного термоядерного синтеза" ) нет.

Ядерные реакции подчиняются тем же общим законам природы, что и обычные химические реакции (закон сохранения массы и энергии, сохранения заряда, импульса). Кроме того, при протекании ядерных реакций действуют и некоторые специфические законы, не проявляющиеся в химических реакциях, например, закон сохранения барионного заряда (барионы - тяжелые элементарные частицы).

Записывать ядерные реакции можно так, как это показано на примере превращения ядер Рu в ядра Кu при облучении плутониевой мишени ядрами неона.

//'); //]]>

Из этой записи видно, что суммы зарядов слева и справа (94 + 10 = 104) и суммы массовых чисел (242+22=259+5) равны между собой. Т.к. символ химического элемента однозначно указывает на его атомный номер (заряд ядра), то при записи ядерной реакции значения заряда частиц обычно не указывают. Чаще ядерные реакции записывают короче. Так, ядерную реакцию образования радионуклида ¹⁴С при облучении ядер ¹⁴N нейтронами записывают следующим образом: ¹⁴N(n, р)¹⁴С.

В скобках указывают сначала бомбардирующую частицу или γ -квант, затем, через запятую, образующиеся легкие частицы или γ -квант. В соответствии с таким способом записи различают (n, р), (d, р), (n, 2n) и другие ядерные реакции.

При столкновении одних и тех же частиц ядерные реакции могут идти различными способами. Например, при облучении алюминиевой мишени нейтронами могут протекать следующие ядерные реакции: ²⁷Аl(n, γ )²⁸Аl, ²⁷Аl(n, n)²⁷Аl, ²⁷Аl(n, 2n)²⁶Аl, ²⁷Аl(n, p)²⁷Mg, ²⁷Al(n, α )²⁴Na и др. Совокупность сталкивающихся частиц называют входным каналом ядерной реакции, а частицы, рождающиеся в результате ядерной реакции, образуют выходной канал.

//'); //]]> Ядерные реакции могут протекать с выделением и поглощением энергии Q. Если в общем виде записать ядерную реакцию как А(a, b)В, то для такой ядерной реакции энергия равна: Q = [(М_А + М_а) - (М_B + М_b)]× с², где М – массы участвующих в ядерной реакции частиц; c – скорость света. На практике удобнее пользоваться значениями дефектов масс дельта М (см. Ядро атомное), тогда выражение для вычисления Q имеет вид: причем из соображения удобства Δ M обычно выражают в килоэлектронвольтах (кэВ, 1 а.е.м.=931501, 59 кэВ=1, 492443× 10^-7 кДж).

Изменение энергии, которым сопровождается ядерная реакция, может в 10⁶ раз и более превышать энергию, выделяющуюся или поглощающуюся при химических реакциях. Поэтому при ядерной реакции становится заметным изменение масс взаимодействующих ядер: выделяемая или поглощаемая энергия равна разности сумм масс частиц до и после ядерной реакции. Возможность выделения огромных количеств энергии при осуществлении ядерных реакций лежит в основе ядерной энергетики (см. Ядерная энергия). Исследование соотношений между энергиями частиц, участвующих в ядерных реакциях, а также соотношений между углами, под которыми происходит разлет образующихся частиц, составляет раздел ядерной физики – кинематику ядерных реакций.

Биологическое действие радиоактивных излучений было установлено не сразу. Беккерель, открывший радиоактивность в 1896 году даже не подозревал о биологическом действии этого вида излучений. В 1898 году Мария Складовская – Кюри и Пьер Кюри открыли радий и Беккерель взял несколько миллиграмм в стеклянную пробирку для исследования, положив в нагрудный карман. Через некоторое время на теле напротив кармана образовалась болезненная незаживающая язва. Он был вынужден обратиться к врачу, язву залечили, но через некоторое время она открылась вновь.

У всех ученых, работавших с радиоактивными элементами, руки были покрыты незаживающими язвами.

Прежде чем было установлено биологическое действие проникающего излучения, наука понесла невосполнимые утраты. От лучевой болезни умирают Мария и Пьер Кюри, Ирен и Фредерик Кюри и В. Курчатов.

На сегодняшний день наука установила достаточно фактов в этой области. Но до конца механизм воздействия проникающего излучения на клетку не установлен.

Воздействие излучения на живые организмы характеризуется дозой излучения. Естественный фон радиации (космические лучи, радиоактивное окружение среды) составляют за год 2*10^-3 Гр на человека ( 1 Гр=1Дж/кг). Доза излучения 3-10 Гр, полученная за короткое время смертельна.

При работе с любым источником радиации (радиоактивные изотопы, реакторы и т.д.) необходимо принимать меры по радиоактивной защите. Самый простой метод – удаление от источника излучения на достаточно большое расстояние. Ампулы с радиоактивными препаратами не следует брать руками, надо пользоваться специальными щипцами с длинной ручкой. Если удаление от источника невозможно, то необходима защита из поглощающих материалов.

У нас в городе радиоактивных производств нет. Имеются радиоактивные источники на металлургических комбинатах – золомеры (в свинцовой защите).

В 1991 году была проведена аэрогаммасъемка города Новокузнецка. Было обнаружено три аномалии: КМК, Запсиб – повышенная радиоактивность металлолома. У сантехлита и ферросплавном заводах тоже повышенная радиоактивность металлолома. Было проведено захоронение, обнаруженных радиоактивных источников.

Радиоактивные излучения оказывают очень сильное воздействие на все живые организмы. Даже сравнительно слабые излучения, которые при полном поглощении повышают температуру тела лишь на 0, 001⁰С нарушают жизнедеятельность клеток. Живая клетка способна продолжать нормальную деятельность даже при малых повреждениях ее участков. Между тем, даже слабые излучения способны нанести клеткам существенные повреждения и вызвать опасные заболевания (лучевая болезнь).

При большой интенсивности излучения живые организмы погибают. Радиационное облучение, приводящее к лучевой болезни, опасно прежде всего своей неосязаемостью, инстинкты наши в этом случае бессильны.

Действительно, услышав грохот обвала, мы можем спрятаться, увидев огонь – отбежать, облучение же на первых порах ничем себя не выдает. Цветущий, здоровый человек не ведая, что подвергается облучению, лишь через несколько дней или недель оказывается вдруг тяжело больным.

Механизм гамма – лучей и поток нейтронов весьма своеобразен. Если посчитать энергию, которую получает организм в результате тех доз облучения, то он составит примерно 0, 002 калории на грамм тела. Говоря другими словами этой энергии не хватает, чтобы поднять температуру тела даже на сотую долю градуса, а ведь именно с повышением температуры связано у нас обычно понятие болезни.

И все-таки человек страдает. Наиболее чувствительны к излучению ядра особенно тех клеток, которые быстро делятся. Поэтому в первую очередь поражается костный мозг, из-за чего нарушается процесс образования крови. Далее наступает поражение клеток пищеварительного тракта и других органов.

Сильное влияние оказывает облучение на наследственность, поражая гены в хромосомах. В 100% это влияние является неблагоприятным.

 

 

⇐ Предыдущая14151617181920212223

Поделиться: