Ядерная энергетика. Радиоактивные излучения и их воздействие на живые организмы/
Атом – наименьшая частица химического элемента, каждому химическому элементу соответствует определенный род атомов, обозначаемый специальным символом. Долгое время атом считался неделимым. К началу 20 века накопился ряд фактов, указывающих на сложную структуру атома: открытие электрона, рентгеновских лучей, явления радиоактивности.
Естественной радиоактивностью называют самопроизвольное превращение одних ядер одних
химических элементов в другие, сопровождающееся испусканием различных частиц.
Открыто в 1896 году французским физиком Беккерелем. Он заметил, что уран излучает неизвестные
в то время невидимые лучи. Французские ученые Пьер Кюри и Мария – Склодовская Кюри
обнаружили еще ряд химических элементов, обладающих радиоактивностью: торий, радий, полоний.
В настоящее время известно, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.
В 1908 году Резерфорд установил, что невидимое излучение, при прохождении через магнитное или
электрическое поле разделяется на три составляющие: α-, β-,γ- лучи.
Было установлено, что α- лучи – это альфа частицы ( поток ядер гелия);
β- лучи – бета частицы
( поток быстрых электронов);
γ- лучи – это электромагнитные волны с частотой 1021Гц.
Проникающая способность лучей:
1.α- лучи –обладают наименьшей проникающей способностью, их задерживает даже слой бумаги толщиной 0,1 мм.
2.β- лучи имеют большую проникающую способность, они задерживаются слоем металла толщиной в несколько мм.
3.γ- лучи обладают огромной проникающей способностью, их задерживает только слой синца в 5 - 10 см.
4.Свинец хорошо задерживает все виды излучения.
Радиоактивные излучения имеют следующие основные свойства:
1. Вызывают почернение фотопленки, т. е. производят химическое действие.
2. Вызывают ионизацию газов.
3. Вызывают люминесценцию, т. е. свечение некоторых веществ.
4. Радиоактивность не зависит от внешних условий: температуры, давления.
Тяжёлые ядра перегружены нейтронами, имеют небольшую удельную энергию связи и поэтому
являются неусточивыми. Например, ядро урана, захватив первичный нейтрон, деформируется,
ядерные силы ослабевают и за счёт сил Кулона ядро делится на два новых, более стабильных ядра
(осколка). При этом выделяется огромное количество энергии. Основная масса энергии выделяется
в виде кинетической энергии осколков. Осколки отдают эту кинетическую энергию другим атомам
урана, что приводит к разогреву куска урана. При делении ядра урана выделяются 2-3 вторичных
нейтрона, которые могут вызвать развал следующих атомов, т.е. число делящихся атомов может
нарастать лавинообразно . Ядерная реакция, при которой число делящихся ядер нарастает
лавинообразно, называется цепной ядерной реакцией. При ней выделяется огромное количество
энергии. Чтобы в ядерном горючем началась цепная ядерная реакция коэффициент размножения
нейтронов должен быть большим или равным единице.
к – коффициент размножения нейтронов – это отношение числа вторичных нейтронов в данном
поколении к числу нейтронов в предыдущем поколении.
При к >1 – реакция неуправляема ( взрыв) – используется в атомной бомбе. В 1945 г. американцы
сбросили первую атомную бомбу на японский город Хиросиму. В СССР первая бомба была
создана в 1949 году под руководством академика Курчатова.
При к = 1 – реакция управляема. Её используют в ядерном реакторе – устройстве для осуществления управляемой ядерной реакции. Центральная часть реактора заполнена графитом, в котором сделаны отверстия. В них вставляют стержни из ядерного горючего. Как только реакция начинает нарастать, в центральную зону опускают стержни из бора или кадмия, которые поглощают вторичные нейтроны. Реакция затухают, поглощающие стержни поднимают, реакция снова нарастает. Выделяющаяся при цепной реакции нагревает теплоноситель ( жидкий натрий). Теплоноситель в теплообменнике нагревает воду, превращая её в пар. Пар вращает турбину, которая вращает генератор переменного тока.
Радиоактивные излучения оказывают сильное воздействие на живые ткани: вызывают мутацию
клеток, изменяют наследственность, вызывают лучевую болезнь, раковые опухоли, поражают костный мозг, нарушают процесс образования крови. Эти излучения называют часто ионизирующими излучениями. Опасность их в том, что наш организм не чувствует это излучение.