Биологическое действие ионизирующего излучения

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Ионизирующим называется излучение (радиация), которое при взаимодействии с веществом приводит к ионизации атомов или молекул этого вещества.

Ионизацию могут вызвать почти все заряженные частицы, а также нейроны и -кванты высоких частот. Живые клетки подверженные ионизации, прекращают нормальное функционирование. Если таких клеток много в каком-либо органе, то заболевает орган, так как клетки не успевают восстанавливаться. Опасность излучения в том, что оно не фиксируется органами чувств человека.

Поглощенная доза излучения равна отношению поглощенной энергии ионизирующего излучения к массе поглощающего вещества:

D = E/m.

За единицу дозы принят 1 грэй (Гр), когда на килограмм массы приходится 1 Дж поглощенной энергии излучения.

Обычно за год от естественных природных излучений человек получает дозу 2 мГр.

Допустимая годовая доза лиц, работающих с источниками, не должна превышать 50 мГр.

Смертельная доза составляет величину 3 – 10 Гр, полученную за короткий период.

В целях современного обнаружения источников радиации, характера ионизирующего излучения, полученной дозы существуют приборы – дозиметры. В их основе лежит счетчик Гейгера, существенно модернизированный (имеется в свободной продаже).

Устройство ядерного реактора

Коструктивно ядерный реактор устроен так: большой железный ящик, покрытый внутри пластинами из бериллия – отражателя нейтронов. Внутри ящика находятся стержни из урана, между которыми находятся графитовые (углерод) стержни – замедлители нейтронов. Самые главные управляющие стержни- поглотители нейронов (содержат бор и кадмий) отпускаются в реактор. Если управляющие стержни приподняты, реакция начинается, если опущены до конца – реакция полностью прекращается.

Внутри реактора высокая температура. Чтоб отвести тепло, через реактор пропускают трубы, по которым движется теплоноситель – вода или жидкий натрий. Реактор вместе с первым контуром теплоносителя помещаются толстенную бетонную оболочку, так как радиоактивность очень высокая. Второй контур теплоносителя (вода и пар) отбирает тепло у первого контура и подается на турбину электрогенератора.

Деление и синтез ядер

Важной характеристикой устойчивости ядер является удельная энергия связи.

Удельная энергия связи – энергия связи ядра данного элемента, приходящаяся на один нуклон: .

Рассмотрим график зависимости удельной энергии связи от числа нуклонов в ядре (от массового числа А).

эВ/нуклон

Легкие ядра

Тяжелые ядра

Удельная энергия связи для легких ядер сначала быстро, а затем медленно растет до величины 8, 7 Мэв/нуклон. Далее она мало изменяется и слабо падает у тяжелых ядер, достигая величины 7, 6 МэВ/нуклон для урана.

Энергетически возможны два процесса: деление тяжелых ядер на несколько более легких с выделением энергии и слияния легких ядер с образованием ядра средней массы с еще большим выделением энергии.

Деления ядер на примере происходит при захвате тяжелым ядром урана медленного нейтрона. При этом ядро делится на два дочерних ядра примерно равной массы и 2 – 3 быстрых нейтрона. Осколки деления обладают огромной кинетической энергией, кроме того, часть энергии высвобождается в виде-квантов. Если уран представляет собой компактный шар диаметром 9 – 10 см, то выделившиеся нейтроны успевают поразить еще одно или два ядра и т. д..Такая реакция называется цепной реакцией, а масса вещества в которой такая реакция возможна, называется критической массой. Для урана эта масса равна 50 кг. Такой принцип лежит в основе неуправляемой цепной реакции деления, которая используется в ядерном оружии. Использование отражателей нейтронов (бериллий) и другие изобретения, позволяют уменьшить критическую массу до нескольких сот граммов.

Для того чтобы управлять реакцией деления, необходимо поддерживать число нейтронов постоянным. В этом случае равномерно выделяется энергия, которая может использоваться для полезных целей. Число нейтронов можно немного увеличить – реакция пройдет быстрее, теплоотдача увеличится и т. д.

Синтез ядер можно рассмотреть на примере таких реакций:

где дейтерий и тритий образуют гелий и нейтрон с выделение еще большей удельной энергии, чем в реакции деления:

где водород и литий образуют два ядра гелия и тоже с выделением энергии.

Чтобы осуществить такую реакцию в массе вещества (килограммы), необходимо эту смесь нагреть до температуры в несколько миллионов градусов, тогда атомы смеси начнут интенсивно двигаться, терять электроны и превратятся в ионный газ – плазму. При больших скоростях движения появляется вероятность сближения ядер до расстояний, где действуют ядерные силы. Начнется реакция – она называется термоядерной. Так как для ее начала требуется высокая температура. Неуправляемая термоядерная реакция осуществлена в термоядерной (водородной) бомбе. Там в качестве источника высокой температуры использован ядерный заряд.

Управляемую термоядерную реакцию в принципе можно осуществить. Вся проблема состоит в том. Как разогреть плазму, как удержать высокотемпературную плазму в контейнере, не касаясь ее стенок. Созданные экспериментальные установки не позволяют решить эти вопросы для использования с целью практического получения энергии.

⇐ Предыдущая 1 23