Zakaj radioaktivna zdravila ne oddajajo delcev alfa. Postopek izbire možnosti in izpolnitve posamezne naloge

35 . Zakaj se oddajajo delci alfa radioaktivna zdravila, ne morem poklicati jedrske reakcije V težki elementi, čeprav jih povzročajo v pljučih.

36 . Če vzamete kos U-235, ki tehta 1 g, bo to kocka z robom 3,7 mm, potem tak kos ne bo nikoli eksplodiral. Zakaj?

37 . Zakaj so parafin, voda in težka voda, berilij, grafit?

38 . Jedro berilija-9, ki je zajelo devteron, se spremeni v jedro atoma bora-10. napišite reakcijsko enačbo in ugotovite, kateri delec se izbije.

39 . Napišite jedrsko reakcijo, do katere pride, ko litij Li 3 7 bombardiramo s protoni in jo spremlja izbijanje nevtronov.

40 . Vpišite manjkajoče simbole v naslednji reakciji: 41 K + … ---> 44 Ca + 1 H.

41 . Kakšna energija se sprosti med termonuklearno reakcijo 2 H + 3 H ---> 4 He + 1 n?

42 . Jedro urana z masnim številom 239 in nabojem 92, ki je radioaktivno, se po oddaji elektrona spremeni v jedro nekega elementa. Kakšna je serijska številka tega elementa v periodni sistem Elementi Mendelejeva?

43 . Pri reakciji izotopa Al − 27 in ogljika C − 12 nastanejo alfa delec, nevtron in jedro določenega izotopa. Določite število nevtronov v nastalem jedru.

44 . Ko litij obstreljujemo z nevtroni Li−6, nastaneta jedro helija-4 in izotop nekega elementa. Določite število nevtronov v jedru tega izotopa.

45 . Ko je jedro atoma aluminija Al − 27 obstreljeno z nevtroni, se izpusti alfa delec in nastane jedro določenega izotopa. Določite število nevtronov v jedru novonastalega izotopa.

46 . Jedro berilijevega izotopa Be - 9, ki absorbira devteron (izotop vodika z masnim številom 2), se spremeni v jedro nekega elementa. V tem primeru se izpusti en nevtron. Kakšno je atomsko število nastalega elementa v periodnem sistemu?

47 . Ko jedro atoma aluminija zajame delec alfa, nastane nevtron in radioaktivni izotop neki element. Ko razpade, se oddaja pozitron. Kakšno je atomsko število elementa, ki nastane med tem razpadom? Aluminijasta serijska številka 13.

48 . Po zajetju nevtrona se jedro uranovega izotopa U−238 spremeni v radioaktivni izotop urana, ki se po dveh zaporednih beta razpadih spremeni v plutonij. Koliko nevtronov vsebuje jedro atoma plutonija?

49 . Jedro nekega elementa X ujame alfa delec. V tem primeru pride do emisije nevtrona in nastane jedro elementa Y. To jedro nato razpade z emisijo pozitrona, pri čemer nastane jedro elementa Z. Ugotovite, koliko. več nevtronov v jedru elementa Z kot v prvotnem jedru X.

50 . Jedro atoma izotopa kisika O − 15 je podvrženo β-razpadu 15 O ---> 15 N + e + + ν. Masa atoma O − 15 je 15,003072 amu, kinetična energija nastalega pozitrona je W = 8 × 10 −14 J. Če je kinetična energija nastalega jedra zanemarljiva, potem je energija nevtrina

Pri posamezni nalogi se izvaja šest nalog, katerih številke so določene glede na zaporedje črk v priimku učenca po tabeli 4.1.

Tabela 4.1 - Možnosti nalog

Prva naloga je izbrana glede na prvo črko priimka, druga - glede na drugo črko itd. Na primer priimek študenta Čimkovski. V tem primeru je naloga št. 4 izbrana prva, št. 19 je druga, št. 23 je tretja, št. 31 je četrta, št. 45 je peta, št. 53 je šesta.

Če je študentov priimek sestavljen iz manj kot šestih črk, se manjkajoče število dopolni s ponovno uporabo.

Z početjem individualna naloga izpolnjeni morajo biti naslednji pogoji:

Številke nalog, ki jih je treba opraviti, morajo ustrezati pogojem za njihov izbor in morajo biti navedene na prvem listu;

Izpolnjevanje nalog vključuje uporabo priporočene literature, možna pa je tudi uporaba druge strokovne literature, ki vam je na voljo;

Strani posamezne naloge morajo biti oštevilčene, ob izračunih in odgovorih pa ustrezna pojasnila.

Dokončajte jedrske reakcije:

2. Katero jedro nastane kot posledica: alfa razpada izotopa urana; elektronski beta razpad izotopa vodika

3. Katero jedro nastane kot posledica: alfa razpada izotopa dušika; pozitronski beta razpad izotopa bakra?

5. Napišite reakcije alfa razpada urana in beta razpad svinca

6. Dokončajte jedrske reakcije:

7. Pri obsevanju bakrovega izotopa s protoni lahko reakcija poteka na več načinov: s sprostitvijo enega nevtrona; s sproščanjem dveh nevtronov; s sproščanjem protona in nevtrona. Jedra katerih elementov nastanejo v posameznem primeru? Zapiši reakcije razgradnje.

8. Radioaktivni mangan pridobljen na dva načina. Prvi način je obsevanje izotopa železa z devteroni, drugi način je obsevanje izotopa železa nevtroni. Napišite jedrske reakcije.

9. Ko je železo obstreljeno z nevtroni, nastane beta-radioaktivni izotop mangana z atomska masa 56. Napišite reakcijo za pridobivanje umetno radioaktivnega mangana in reakcijo kasnejšega beta razpada, ki pri tem nastane.

10. Ob bombardiranju z izotopom bora tvorijo alfa delci

izotop dušika Kateri delec se sprosti? Izotop dušika

je radioaktiven, povzroča razpad pozitronov z nevtrinskim sevanjem. Napišite reakcije.

11. Koliko atomov polonija razpade od 10 6 atomov na dan, če je njegova razpolovna doba 138 dni?

12. Razpolovna doba izotopa stroncija je 51 dni. Koliko izotopskih jeder bo razpadlo v 102 dneh, če je začetno število radioaktivnih jeder 10 9?

13. Koliko radioaktivna jedra masa izotopa m=10 -4 kg bo ostalo v vzorcu po 7 dneh?

14. Voda najbolje oslabi nevtronsko sevanje (4-krat bolje kot beton in 3-krat bolje kot svinec). Debelina polovične dušilne plasti nevtronskega sevanja za vodo je 3 cm. Kolikokrat bo 30 cm debela plast vode oslabila nevtronsko sevanje?

15. Gama sevanje najbolje absorbira svinec (in 1,5 krat boljši od jeklenega oklepa in 22-krat boljši od vode). Debelina polovične dušilne plasti sevanja gama za svinec je 2 cm. Kako debela je plast svinca, da oslabi sevanje gama za 128-krat?

16. Teža zdravila enako 65 mg. Določite njegovo aktivnost.

17. Kolikšen del joda, ki je bil prvotno odložen zaradi černobilske nesreče, je razpadel v prvih dveh mesecih po nesreči?

18. Izračunajte debelino vodne plasti, pri kateri se bo intenziteta žarkov gama zmanjšala za 4-krat. Vzemite linearni koeficient slabljenja za vodo enak 0,047 cm -1.

19. Od vsakega milijona atomov določenega radioaktivnega izotopa vsako sekundo razpade 200 atomov. Določite razpolovni čas izotopa.

20. Aktivnost radioaktivnega elementa se je v 8 dneh zmanjšala za 4-krat. Poiščite razpolovno dobo elementa.

21. Za odkrivanje puščanja v globoko v zemljo zakopanih cevovodih se transportirani tekočini dodajo radioaktivne snovi. Kako uporabiti Geigerjev števec za določitev mesta puščanja?

22. Zakaj so nevtroni učinkovitejši izstrelki pri obstreljevanju jeder kot nabiti delci, ki jih oddajajo radioaktivni elementi?

23. Ali obstaja omejitev moči jedrske in termonuklearne eksplozije? Pojasnite svoj odgovor.

24. Kakšna je razlika med cepitvenimi procesi uranovih jeder v reaktorju in atomski bombi?

25. Kaj pojasnjuje, da Geigerjev števec registrira pojav ioniziranih delcev, tudi če v bližini ni radioaktivnega zdravila?

26. Zakaj se radioaktivna zdravila hranijo v svinčenih posodah z debelimi stenami?

27. Kje je daljša pot delca alfa: na površju Zemlje ali v višjih plasteh atmosfere?

28.Kolikšen delež radioaktivnih jeder razpade v času, ki je enak polovici razpolovne dobe?

29. Ali se lokalno število, masa in atomsko število elementa spremenijo, ko kvant gama oddaja jedro?

30. Zakaj alfa delci, ki jih oddajajo radioaktivna zdravila, ne morejo povzročiti jedrskih reakcij v težkih elementih, čeprav jih povzročajo v pljučih?

31. Na spektrometru s povprečno napako določanja 20 % pri določanju volumetrične aktivnosti mleka z volumnom vzorca 500 ml je bilo zabeleženih 500 pulzov na 100 s meritve. Določite volumetrično aktivnost mleka in njegovo skladnost standardi RDU-99.

32. Ekvivalentna doza zunanjega sevanja gama, ki jo prejme oseba, ki živi v določenem kraju, je 0,1 rem/leto. Določite stopnjo izpostavljenosti dozi, ki jo povzroči sevanje gama iz radionuklidov v tleh. Relativni čas bivanja osebe na odprtem območju je 0,3.

33. Z uporabo vrednosti hitrosti doze izpostavljenosti, ki jo povzroča sevanje gama iz radionuklidov v tleh, 60 μR / h in relativnega časa bivanja osebe na odprtem območju 0,25, določite ekvivalentno dozo zunanjega obsevanja osebe na leto.

34. Ekvivalentna hitrost doze na delovnem mestu osebja je 5x10 -9 Sv/s. V letu se opravi 1600 ur dela. Ali je za osebje potrebna posebna zaščita?

35. Po standardih sevalne varnosti (NRB-2000) je največja dovoljena doza sevanja za osebje 50 mSv/leto. V letu oseba opravi 1700 ur. Izračunajte največjo dovoljeno ekvivalentno hitrost doze (v Sv/s) na delovnem mestu.

36 Pri rentgenski preiskavi prsnega koša so povprečne ekvivalentne doze sevanja na pacientove organe in tkiva predstavljene v tabeli v nalogi 49. Določite efektivno ekvivalentno dozo, ki jo bolnik prejme pri tej vrsti preiskave.

37 Človeško telo je naenkrat prejelo 3x10 -13 kg izotopa, od tega je desetina prešla v ščitnico. Masa ščitnice je 25 g, absorbirana energija na razpad je 0,25 MeV/razpad, razpolovna doba je 5,25 dni. Določite ekvivalentni odmerek sevanja ščitnice v naslednjih 8 dneh.

38 Človeško telo je naenkrat prejelo 3x10 -15 kg izotopa
od tega je desetina prešla v ščitnico. Masa ščitnice je 20 g, absorbirana energija na razpad je 0,25 MeV/razpad, razpolovna doba je 29 let. Določite ekvivalentni odmerek sevanja ščitnice v naslednjih 15 dneh.

39 Ekvivalentna hitrost doze na delovnem mestu je 10 -10 Sv/s. Človek dela 6 ur na dan. Ali je potrebno ustvariti posebno zaščito?

40 Povprečna absorbirana doza sevanja zaposlenega, ki dela z rentgensko napravo, je 7 µGy/h. Ali je nevarno, da delavec dela 200 dni na leto po 6 ur na dan, če je največja dovoljena doza sevanja 50 mGy/leto?

41 Hitrost doze sevanja gama radioaktivnih izotopov na območju nesreče jedrske elektrarne je 20 rad/h. Koliko ur lahko človek dela v tem območju, če je dovoljena doza sevanja v izrednih razmerah 25 rad?

42 Aktivnost cezijevega pripravka je 15 Cu. Določite njegovo maso.

43 Kolikšen del začetne količine stroncija, ki je padel zaradi černobilske katastrofe, je v preteklem času (25 let) razpadel, če je njegova razpolovna doba 29,1 leta?

44 Izračunajte debelino polovične dušilne plasti sevanja gama za vodo, če linearni koeficient slabljenje je 0,047 cm -1.

45 Pri določanju radionuklida, ki je onesnažil okolico, je bil uporabljen klasični osebni števec pulza. Na začetku je bil njegov povprečni odčitek 390 utripov/min, po 10 dneh pa 201 utrip/min. Izračunajte razpolovno dobo radionuklida in jo določite.

46 Na gama radiometru z učinkovitostjo registracije 20 % je bilo pri merjenju volumetrične aktivnosti mleka volumna 357 ml zabeleženih 650 pulzov v 100 s. Kakšna je volumetrična aktivnost mleka? Ali je primeren za uživanje?

47 Hitrost izpostavljenosti dozi zaradi sevanja gama radionuklidov v tleh na določenem naseljenem območju je 60 µR/h. Poiščite ekvivalentni odmerek zunanjega sevanja gama, ki ga prejme prebivalec tega naselje leto dni med bivanjem zunaj doma, pri čemer relativni časčloveška prisotnost na odprtih območjih enaka 0,2.

48 Človeško telo je prejelo enkratno dozo 5x10 -13 kg radionuklida joda-131. Določite ekvivalentno dozo za človeško ščitnico v 10 dneh. Predpostavimo, da je masa ščitnice 25 g, absorbirana energija na razpad je 0,19 MeV/razpad, razpolovna doba je 8,04 dni. Predpostavimo, da 0,35 celotne količine joda-131, ki vstopi v telo, preide v ščitnico. žleza.

49 Spodnja tabela prikazuje povprečne ekvivalentne doze sevanja bolnikovih organov in tkiv med rentgenskim pregledom prsni koš. Določite efektivni ekvivalentni odmerek, ki ga je bolnik prejel med preiskavo.

50 Ali je potrebna posebna zaščita, če je ekvivalentna hitrost doze na delovnem mestu osebja iz vira ionizirajočega sevanja Sv/s? Doza sevanja je enakomerno razporejena skozi vse leto. V letu se opravi 2800 ur dela.

51 Naravni radionuklidi zemeljskega izvora. Človeška izpostavljenost kaliju-40 in radonu.

52 Umetni viri ionizirajočega sevanja. Radiacijsko ozadje.

53 Radioobčutljivost človeških organov in sistemov, njihov odziv na sevanje.

54 Notranje in zunanje sevanje, načini zaščite pred njim. Sposobnost flore in favne, da se uprejo sevanju.

55 Značilnosti vertikalne in horizontalne migracije radionuklidov.

56 Načini za zmanjšanje vsebnosti radioaktivnih snovi v živilih živalskega izvora

57 Metode zmanjševanja vsebnosti radioaktivnih snovi v živilih rastlinskega izvora.

58 Dekontaminacija ozemlja, predmetov, opreme, hrane.

59 Naravno in pospešeno odstranjevanje radionuklidov iz telesa. Biološka razpolovna doba.

60 Sanitarni in higienski ukrepi pri bivanju in vodenju kmetijske proizvodnje na domačiji v pogojih radioaktivne kontaminacije ozemlja.

Poznate atom in atomsko jedro? // Quantum. - 1993. - št. 9. - Str. 48-49.

Po posebnem dogovoru z uredništvom in uredništvom revije "Kvant"

Ti začetni delci... so neprimerljivo trši od
vse mogoče stvari trdna, sestavljen iz njih, je toliko težje,
da se nikoli ne obrabijo ali razpadejo na koščke.
I. Newton

Backscatter ... nemogoče dobiti ... razen tega
glavnina mase atoma je skoncentrirana v majhno jedro. Takrat sem jaz
pojavila se je ideja o atomu z majhnim težkim središčem, ki nosi naboj.
E. Rutherford

Verjetno je pošteno verjeti, da je ideja o atomski strukturi snovi nastala iz človekove dolgoletne želje, da bi nekako uredil svet okoli sebe. Iskanje večne in nespremenljive materije, elementov, iz katerih so sestavljena vsa telesa, se je začelo že v davnih časih, nadaljevalo stoletja in se ne neha še danes. Še vedno ni dokončnega odgovora, toda kakšna odkritja so bila odkrita na tej poti! Kompleksna struktura atom, katerega jedro se je izkazalo za sestavljeno in iz takšnih delcev, ki sami, zunaj jedra, ne morejo obstajati dolgo časa. Radioaktivnost, medsebojna pretvorba delcev, verižne in termonuklearne reakcije...

nekaj zadnja desetletja je zaznamoval tok odkritij, ki so korenito spremenila poglede znanstvenikov na strukturo snovi in ​​postavila veliko novih problemov. Temeljito preoblikovan fizikalni poskus, katerega izvajanje pogosto zahteva napore stotin in tisočev ljudi. Izkazalo se je nenavadno raznoliko praktične aplikacije metode atomske in jedrske fizike.

Drobni mozaik današnjega »Kalejdoskopa« le zarisuje konture ogromen svet, skrit v najmanjši delci zadeva.

Vprašanja in naloge

1. Koliko kvantov različnih energij lahko odda vodikov atom, če je njegov elektron na tretji energijski ravni?
2. Kako v elektronska lupina ali atom teži k zmanjšanju potencialne energije?
3. Ali obstaja povezava med frekvenco vrtenja elektrona okoli jedra atoma vodika in frekvenco njegovega sevanja?
4. Z obstreljevanjem borovih atomov \(_(5)^(11)B\) s hitrimi protoni smo v oblačni komori dobili tri skoraj enake sledi delcev, usmerjene v različne strani. Kateri delci so to?
5. Zakaj ne vse vrste radioaktivnosti spremljajo spremembe kemijske lastnosti snovi?
6. V katerih primerih se lahko aktivnost radioaktivnega zdravila šteje za konstantno?
7. Kaj je daljše - tri razpolovne dobe ali dve povprečni življenjski dobi jeder istega radioaktivnega elementa?
8. Izpuščeni alfa delci radioaktivna snov, lahko samo diskretne vrednosti energija. Kakšen sklep je mogoče potegniti iz tega? možne vrednosti energija atomskega jedra?
9. Zakaj delci alfa, ki jih oddajajo radioaktivna zdravila, ne morejo povzročiti jedrskih reakcij v težkih elementih?
10. Zakaj med alfa razpadom identična jedra energije alfa delcev so enake, pri beta razpadu enakih jeder pa energije beta delcev drugačen?
11. Na sliki je prikazana fotografija, posneta v oblačni komori v trenutku cepitve dušikovega jedra z nevtronom ob sprostitvi delca alfa. Čemu pripadajo tanke in debele sledi, vidne na fotografiji?
12. Če se nukleoni lahko privlačijo, zakaj se potem vsa jedra še niso združila v eno velikansko jedro?
13. Zakaj se snovi, ki zasedajo mesta na sredini in koncu periodnega sistema, ne uporabljajo kot moderatorji nevtronov?
14. Masa mirovanja atomskega jedra je vedno manjša od vsote mas mirovanja nukleonov, iz katerih je nastalo. Ali je na tej podlagi mogoče domnevati, da je med nastankom jedra kršen zakon o ohranitvi mase?

Mikroizkušnja

Segrejte, na primer na plinskem gorilniku, železen žebelj do "bele točke". Ali boste lahko na enak način segreli kos stekla?

Zanimivo je, da ...

Thales iz Mileta, prednik starodavna filozofija in znanost, povzdignil vso raznolikost pojavov in stvari na en sam element - vodo. Anaksimen, predstavnik iste miletske šole, je menil, da je zrak izvor vsega, iz kondenzacije in redčenja katerega vse nastane. Talesov sodobnik Heraklit iz Efeza je dajal prednost ognju, ki je tudi duša in um.

Planetarni model atoma, poimenovan po Rutherfordovih poskusih, je bil teoretično razvit že leta 1901 francoski fizik Perrin, slavni eksperimentalna študija Brownovo gibanje. Perrinov članek se je imenoval: "Jedrsko-planetarna struktura atoma."

Že leta 1815 je edinburški zdravnik William Prout domneval, da vse kemični elementi sestavljen iz vodikovih atomov. In leta 1911 se Rutherford ni mogel upreti domnevi, da so atomska jedra sestavljena iz delcev alfa.

Rutherford je verjel, da je velikost jedrskega naboja sorazmerna z atomsko težo elementa. Pravilna ideja o sorazmernosti naboja s številom elementa v periodni sistem ki ga je predstavil nizozemski amaterski fizik Van der Broek. Rutherford je bil glede tega skeptičen: "... zabavna špekulacija, ki nima zadostne podlage."

Če bi Enrico Fermi lahko v celoti razložil rezultate svojih poskusov na umetna radioaktivnost ki jih povzročajo nevtroni, bi ves svet že leta 1934 izvedel za možnost izdelave atomske bombe. Takrat je bil še živ Rutherford, ki je kategorično zanikal uporabo jedrskih reakcij v praktične namene.

Metode jedrske fizike se uspešno uporabljajo v forenzični znanosti, kar omogoča preučevanje snovi, ki tehtajo manj kot 10–10 gramov, na primer za prepoznavanje ljudi po drobnih ostankih las.

Za notranje ogrevanje Lunohoda med večmesečnim delovanjem na površini Lune je bila na njem nameščena toplotna enota, sestavljena iz zaprtih ampul z radioaktivnimi snovmi.

Naravna radioaktivnost moških in žensk je različna – zaradi različne vsebnosti radioaktivnega izotopa kalija-40 v njihovih telesih.

Kaj prebrati v Quantumu o atomu in jedru

(objave zadnjih let)

1. “Kapljični model jedra” - 1986, št. 5, str. 23;
2. “Atomska fizika v problemih” - 1986, št. 12, str. 43;
3. “Jedrski spektri” - 1987, št. 3, str. 42;
4. “Super-podaljšana jedra” - 1988, št. 11-12, str. 32;
5. “Alfa delci in Rutherfordovi poskusi” - 1989, št. 3, str. 49;
6. "Nevtroni iščejo morilca" - 1989, št. 5, str. 44;
7. “Onkraj mize” - 1991, št. 1, str. 38;
8. “Manjkajoči “elementi” - 1991, št. 5, str. 43;
9. “Fizika proti prevarantom” - 1991, št. 8, str. 7;
10. “Nevtronska in jedrska energija” - 1992, št. 8, str. 2.

odgovori

1. Ko foton odda vzbujen atom potencialna energija atom se zmanjša.
2. Alfa delci: \(_(5)^(11)B + _(1)^(1)p = 3_(2)^(4)He\)
3. Kemijske lastnosti snovi določa naboj jedra. Toda z gama sevanjem se na primer naboj jedra ne spremeni.
4. Ko je čas opazovanja kratek v primerjavi z razpolovno dobo zdravila.
5. Trije razpolovni časi.
6. Jedrska energija ima lahko le diskretne vrednosti.
7. Energija delca ni dovolj, da bi premagala odbojno silo jedra težkega elementa.
8. Pri beta razpadih se poleg elektronov oddajajo tudi nevtrini, ki odnesejo del energije, ta pa lahko variira v zelo širokih mejah.
9. Delci z velik naboj pustite sled večje debeline. V našem primeru tanko sled tvori alfa delec, debelo pa jedro bora, ki ga dobimo pri reakciji.
10. Delujejo že prvi transuranovi elementi Coulombove sile odbijanje protonov vodi v nestabilnost jeder.
11. Ko nevtron trči v atom, več energije se prenese na slednjega, manjša je njegova masa.
12. Ne, ne moreš. Manjkajočo maso odnesejo γ-kvanti, oddani med nastajanjem jedra.

Mikroizkušnja

V kovinah valenčni elektroni zlahka preidejo v vznemirjeno stanje, absorbirajo termalna energija, in se prav tako enostavno vrne v normalno stanje, pri čemer oddaja energijo v obliki svetlobe. V steklu so vsi elektroni tesno vezani na jedra atomov in na z veliko težavo spremenijo svoje energijsko stanje. Za opazen sijaj v steklu je potrebna veliko višja temperatura.

Gradivo pripravil A. Leonovich

Naprava, v kateri se krmili verižna reakcija jedrsko cepitev imenujemo jedrski reaktor. Uran in plutonij (umetno proizvedena) se uporabljata kot cepljivi snovi (jedrsko gorivo). radioaktivni element z serijska številka ).

Jedrski reaktorji se uporabljajo za pridobivanje energije, za proizvodnjo umetnih radioaktivnih izotopov (vključno s transuranovimi elementi, tj. elementi s ) B kot viri močnih nevtronskih žarkov. Poglejmo si te aplikacije.

1. Pridobivanje energije. Cepitveni drobci se v uranu upočasnijo na zelo kratki poti (manj kot ). Zaradi tega se skoraj vsa energija, ki se sprosti v reaktorju, sprosti kot toplota v masi urana. To toploto lahko na primer uporabimo za segrevanje in izhlapevanje tekočine, ki izpira uran, nato pa jo prek turbine ali drugega toplotnega stroja pretvorimo v mehansko in nato v električna energija(Slika 409). Prvi na svetu Nuklearna elektrarna, ki temelji na tem principu, je bil leta 1954 uveden v Sovjetski zvezi. (Slika 410). Risba reaktorja te elektrarne je prikazana na sl. 411. Glavni del Reaktor je sestavljen iz "gorivnih" elementov z uranom, nameščenih v grafitnem moderatorju. "Gorivna" elementa sta dve tankostenski cevi iz nerjavečega jekla, vstavljeni ena v drugo. Uran je hermetično zaprt v votlino med cevmi, notranja votlina pa tvori kanal za pretok vode, ki odvzema toploto, ki se sprošča v uranu med delovanjem reaktorja. Hermetično zaprt uran je potreben zaradi njegove kemične nestabilnosti, pa tudi zaradi preprečevanja uhajanja škodljivih radioaktivnih plinov, ki nastanejo kot produkti cepitve. Za lažji razvoj verižne reakcije so "gorivni" elementi narejeni iz urana, umetno obogatenega z lahko cepljivim izotopom (uporabljeni obogateni uran vsebuje ) v primerjavi z 0,7 % naravnega urana).

riž. 409. Shematski diagram Nuklearna elektrarna. Uranove palice reaktorja spere hladilno sredstvo (plin, votla ali staljena kovina). ki prevzame toploto, ustvarjeno v palicah, in jo prenese na vodo v toplotnem izmenjevalniku, pri čemer nastane para. Para, tako kot v klasični elektrarni, poganja parno turbino in z njo povezan električni generator. V drugi izvedbi, ki se prav tako uporablja, se para ustvarja neposredno v reaktorju in ni toplotnega izmenjevalnika

riž. 410. Splošni obrazec jedrska elektrarna (1954): 1 - reaktor. 2 - žerjav za zamenjavo "izgorelih" uranovih palic, 3, 4 - črpalka z elektromotorjem, ki kroži vodo skozi reaktor, 5 - izmenjevalnik toplote, 6 - nadzorna soba reaktorja (nadzorna plošča), 7 - plošča z instrumenti, ki signalizirajo pojav nesprejemljive radioaktivnosti v različnih delih postaje

Delovanje uranovega reaktorja spremlja intenzivna radioaktivnost. Za zaščito ljudi pred radioaktivno sevanje in pred nevtroni, ki so v velikih odmerkih tudi zdravju škodljivi, je reaktor obdan z debelostensko zaščito iz betona in drugih materialov (sl. 411, 412).

riž. 411. Reaktor prve sovjetske jedrske elektrarne: 1 - grafitni zid reaktorja, zaprt v hermetično jekleno lupino; črtkane črte označujejo reaktorsko sredico, v kateri se nahaja uran; preostali del grafita služi kot reflektor nevtronov; 2 - zgornja plošča (litoželezna), 3 - eden od 128 delovnih kanalov, v katerih so nameščene uranove palice in teče hladilna voda (tlak 100 atm); 4 - kanal za premikanje krmilne palice, ki vsebuje absorber nevtronov (bor); krmilne palice služijo za uravnavanje moči reaktorja in zaustavitev reakcije; 5 - ionizacijska komora za merjenje intenzitete reakcije v reaktorju, 6 - vodna zaščita, ki zadržuje nevtrone, 7,8 - dovod in odvod vode iz reaktorja, 9 - zgornji zaščitni pokrov (litoželezno), 10 - betonska zaščita (predvsem zaradi sevanja)

riž. 412. Zgornji del reaktor brez pokrova. Vidni so motorji za premikanje krmilnih palic. Spodaj so cevi za dovod vode v delovne kanale

Kot vir energije je jedrski reaktor izjemen zaradi majhne porabe goriva. Razdelek 1g je glede na proizvodnjo toplote enakovreden sežigu več ton premog. Zaradi tega je uporaba reaktorjev še posebej obetavna na lokacijah, oddaljenih od nahajališč premoga in nafte, pa tudi v transportu – na ladjah, podmornice, letala. V ZSSR je bilo zgrajenih več velikih jedrskih termoelektrarn, zgrajenih je bilo več ledolomilcev jedrski motorji, obstajajo jedrske podmornice.

Jedrska energija ima dobra vrednost za prihodnost. Ocenjuje se, da se bo človeštvo ob trenutni stopnji rasti svetovne porabe energije v 50 letih soočilo z akutnim pomanjkanjem premoga in nafte. Položaj rešuje uporaba urana, saj je zaloga energije v zemeljski viri urana je 10-20-krat večja od energetske zaloge v nahajališčih fosilnih organskih goriv. Problem virov energije bo dobil končna odločitev kdaj bo uspelo termonuklearna reakcija(glej §228).

2. Transuranski elementi. Ko uran obsevamo z nevtroni, se izotop spremeni v. Slednji je nestabilen; ko doživi -razpad, tvori izotop elementa 93 - neptunija (). Po drugi strani se podvrže -razpadu in se v kratkem času (razpolovna doba 2,35 dni) spremeni v izotop elementa 94 - plutonij (). Tudi plutonij-239 je nestabilen, vendar razpada zelo počasi (razpolovna doba 24.000 let). Zato se lahko kopiči v velikih količinah. Tako kot uran-235 je plutonij-239 dobro "jedrsko gorivo", primerno za napravo jedrski reaktorji, in atomske bombe. Za proizvodnjo plutonija se uporabljajo reaktorji iz naravnega urana z moderatorjem. V teh reaktorjih se znaten delež nevtronov absorbira v uran-238 in sčasoma tvori plutonij. Plutonij, nakopičen v uranu, je mogoče izolirati s kemičnimi metodami. Drugo umetno jedrsko gorivo je izotop urana z razpolovno dobo 162.000 let, ki ga ni v naravnem uranu in nastane, podobno kot plutonij, kot posledica nevtronskega obsevanja torija. Na ta način je mogoče težko cepljive snovi – in torij – predelati v dragoceno jedrsko gorivo. Ta možnost je zelo pomembna, saj je na Zemlji mnogokrat več torija kot . Neptunij in plutonij sta predstavnika transuranskih elementov, ki se nahajata v periodnem sistemu za uranom.

Po plutoniju so bili pridobljeni številni transuranovi elementi do elementa 107. V naravi transuranski elementi niso zaznali: vsi so radioaktivni in kratkotrajni v primerjavi z geološko starostjo Zemlje.

3. Pridobivanje radioaktivnih snovi. V delujočem reaktorju med cepitveno reakcijo nastajajo intenzivni tokovi nevtronov. Z obsevanjem snovi z nevtroni v reaktorju dobimo različne umetno radioaktivne izotope (prim. reakcijo (222.1)). Drug vir radioaktivnosti v reaktorju so cepitveni delci urana, ki so večinoma nestabilni.

Umetno radioaktivni elementi najdejo številne aplikacije v znanosti in tehnologiji. Snovi, ki oddajajo β-sevanje, se namesto dražjega radija uporabljajo za osvetljevanje debelih kovinskih predmetov, za zdravljenje raka itd. Lastnost velikih doz β-sevanja, da ubijajo žive celice mikroorganizma, se uporablja pri konzerviranju hrane. Radioaktivno sevanje se začenja uporabljati v kemični industriji, saj omogoča potek številnih pomembnih kemičnih reakcij. Posebej zanimiva je tako imenovana metoda označenega atoma. Ta metoda izkorišča dejstvo, da so kemični in številni fizične lastnosti radioaktivnega izotopa ni mogoče razlikovati od stabilnih izotopov istega elementa. Hkrati je mogoče radioaktivni izotop zlahka prepoznati po njegovem sevanju (z uporabo npr. števca praznjenja v plinu). Z dodajanjem radioaktivnega izotopa preučevanemu elementu in kasnejšim zajemanjem njegovega sevanja lahko sledimo poti tega elementa v telesu, v kemijski reakciji, med taljenjem kovin itd.

Pomen Nuklearna energija. Nekaj ​​let je minilo od odkritja metode za uporabo jedrske energije v kopenske razmere. To odkritje je že obrodilo prve sadove. Nedvomno nadaljnji razvoj Metode za pridobivanje in uporabo jedrske energije bodo ustvarile nove priložnosti brez primere za znanost, tehnologijo in industrijo. Obseg teh priložnosti si je na tej stopnji težko v celoti predstavljati. Osvoboditev jedrske energije pomeni gromozansko širitev človekove moči nad naravo, vendar pod pogojem, da se jedrska energija uporablja v miroljubne namene. Sovjetska zveza, ki ima atomsko in vodikove bombe, težave z uporabo atomska energija zgolj v miroljubne namene, za prepoved atomske in vodikovo orožje in druga sredstva množično uničenje ljudi.

Opozorimo tudi, da je ustvarjanje jedrskih reaktorjev eden najpomembnejših sadov znanosti o notranja struktura snovi. Sevanje nevidnih, neoprijemljivih atomov in atomskih jeder je privedlo do popolnoma otipljivih in vidnih praktični rezultat- sproščanje in uporaba jedrske energije, skrite v uranu. Ta uspeh najbolj prepričljivo dokazuje, da naš znanstvene ideje o atomu in atomskem jedru so resnične, to pomeni, da v bistvu pravilno odražajo objektivno resničnost narave.

36. Simbolizira naslednje jedrske reakcije: a) trk dveh devteronov med seboj, zaradi česar nastaneta dva delca, od katerih je lažji proton; b) isti, vendar lažji delec - nevtron (simbol, masa enaka ena, naboj enak nič); c) trk protona z jedrom izotopa litija z maso 7 s tvorbo dveh -delcev; d) trk devtrona z aluminijevim jedrom, ki povzroči nastanek novega jedra in protona.

37. Zakaj delci, ki jih oddajajo radioaktivna zdravila, ne morejo povzročiti jedrskih reakcij v težkih elementih, čeprav jih povzročajo v pljučih?

38. Dušik smo 1 uro obsevali s snopom delcev, pospešenih v ciklotronu. Poiščite količino, ki nastane, če je tok v žarku enak in če jedrsko reakcijo (218.1) povzroči en delec od vsakih 100.000 delcev v žarku.

39. Zapišite naslednje jedrske reakcije: a) cepitev devtrona s kvantom na proton in nevtron; b) zajem nevtrona s protonom z emisijo kvanta; c) cepitev jedra z -kvantom z nastankom dveh -delcev: d) zajem nevtrona z jedrom izotopa dušika z maso 14 z emisijo protona; e) trk berilijevega jedra z devtronom z emisijo nevtrona.

40. Žemlja hitri nevtroni prečka železno ploščo debeline . Poiščite delež nevtronov, ki trčijo ob jedro železa, če je polmer slednjega . Opomba: Zahtevana vrednost je enaka deležu površine plošče, ki jo pokrivajo jedra.

41. Prijavljanje na elastični vpliv kroglice zakoni o ohranitvi energije in gibalne količine, izračunajte delež energije, ki ga nevtron izgubi pri čelnem trku s mirujočim jedrom mase A amu. Izračunajte največjo izgubo energije nevtrona ob trku s protonom, jedrom ogljika in jedrom svinca.

42. Pri trčenju s protonom nevtron izgubi en ali drug delež svoje energije, odvisno od narave trka (čelo, stran). V povprečju se zaradi enega trka s protonom v mirovanju energija nevtrona zmanjša za polovico. Najti povprečna energija nevtrona po trku s protoni.

43. Poiščite povprečno število trkov s protoni, potrebnih za zmanjšanje nevtronske energije z na (glej vajo 42).

44. Tri enake srebrne plošče so bile obsevane z nevtroni pod enakimi pogoji, vendar je bilo trajanje obsevanja različno: , , . Meritve aktivnosti z razpolovno dobo 2,3 minute so pokazale, da je aktivnost druge plošče nekajkrat večja od aktivnosti prve, aktivnost tretje plošče pa je enaka aktivnosti druge. Pojasnite ta rezultat.

45. V oblačni komori, pregrajeni s trdno ploščo, smo opazili sled delca, ki je prečkal ploščo (slika 413). V katero smer se giblje delec? Kakšen je predznak njegovega naboja, če so magnetne silnice usmerjene proti nam.

riž. 413. Za vajo 45. Sled nabitega delca v oblačni komori. Delec je prečkal ploščo P. Kamera je bila postavljena v magnetno polje, katerega črte so bile usmerjene proti nam.

46. Zakaj radioaktivne snovi, ki nastanejo z obstreljevanjem stabilnih jeder z delci, doživijo elektronski razpad, če začetna reakcija se sprostijo protoni, pozitron pa razpade, če se nevtroni sprostijo v začetni reakciji?

47. Določite najmanjšo energijo -kvanta, potrebno za cepitev jeder berilija in ogljika z reakcijami

Za mase delcev, ki sodelujejo v reakcijah, glej tabelo na str. 560.

48. Jedro, ki oddaja delec z energijo, se spremeni v jedro. Določite maso atoma, če je masa atoma 238,1249 amu. Masa atoma je podana na str. 560.

49. Najboljša natančnost, s katero je mogoče izmeriti maso atoma ali molekule, je ena milijoninka amuja. (0,000001 amu). Ali je pod temi pogoji mogoče uporabiti Einsteinov zakon za izračun sproščanja energije, ko kemične reakcije na podlagi izmerjenih vrednosti mas delcev, ki sodelujejo v reakciji (sprostitev energije med kemijskimi reakcijami ne presega )?

50. Kateri delci - pozitroni ali elektroni - bodo oddali cepitvene drobce, če je eden od njih? (Naravni barij je sestavljen iz izotopov z maso od 130 do 138 amu, naravni kripton je sestavljen iz izotopov z maso od 78 do 86 amu)

51. Poiščite moč reaktorja, v katerega se razdeli 1 g na dan. Celoten izbor energija med cepitvijo enega jedra je enaka .

52. Kinetična energija cepitveni fragmenti so ; cepitvena nevtronska energija - ; energija - sevanje - .

Kolikšen delež energije, ki se sprosti v reaktorju, sestavljenem iz moderatorja in tankih uranovih palic, se približno sprosti v uranu in kolikšen v moderatorju?

53. V katerem primeru je kritična masa urana v reaktorju manjša: ko reaktor meji na zrak ali ko je obdan z gosto snovjo, ki slabo absorbira nevtrone?

54. Od sekundarnih nevtronov, izpuščenih med cepitvijo urana v reaktorju, en del odmre, ne da bi povzročil nove cepitve (odleti izven reaktorja ali jih ujamejo jedra reaktorskih materialov), drugi del povzroči nove cepitve uranovih jeder. Število novih cepitev, ki jih povzročijo sekundarni nevtroni, oddani med cepitvijo enega uranovega jedra, se imenuje množilni faktor reaktorja (). Množilni faktor kaže, kolikokrat se poveča število cepitev v življenjski dobi ene generacije nevtronov. do tor.

57. Po cevovodu se črpa bencin, nato pa nafta. Predlagajte način za določitev trenutka, ko gre vmesnik bencin-olje skozi določen odsek cevovoda. Ne vzemite vzorca iz cevovoda