Φυσική και τεχνητή ραδιενέργεια φυσικών νερών. Περίληψη: στη φυσική με θέμα: «Φυσική και τεχνητή ραδιενέργεια

Γυμνάσιο ΓΟΥ Αρ. 1505.

Περίληψη για τη φυσική με θέμα:

«Φυσική και τεχνητή ραδιενέργεια»

(προσαρμοσμένο κείμενο)

Μαθητές της τάξης 10 "Β"

Kravtsova Galina.

Επόπτης:

Ντμίτριεφ Γκενάντι Βλαντιμίροβιτς.

2009, Μόσχα.

Εισαγωγή.

Μέρος 1. Ιστορία της ανακάλυψης της ραδιενέργειας.

Μέρος 2. Φυσική του πυρήνα.

Κεφάλαιο 1 .

Η δομή του ατομικού πυρήνα.

Πυρηνικές δυνάμεις.

Πυρηνική δεσμευτική ενέργεια.

Ισότοπα.

Κεφάλαιο 2.

Νόμος ραδιενεργή διάσπαση.

Τύποι ραδιενεργού ακτινοβολίας και αποσύνθεσης.

Κεφάλαιο 3.

Φυσική ραδιενέργεια.

Τεχνητή ραδιενέργεια.

Πυρηνικά όπλα.

Πυρηνικός αντιδραστήρας.

Μέρος 3. Επίδραση χαμηλών δόσεων ακτινοβολίας σε ζωντανό οργανισμό.

Μετρητής εκκένωσης αερίου.

Μετρητής Geiger-Muller.

Θάλαμος φυσαλίδων.

θάλαμος Wilson.

Δοσιόμετρο και ραδιόμετρο.

Συμπέρασμα.

Εισαγωγή.

Το θέμα της εργασίας μου είναι η μέτρηση της ραδιενεργής ακτινοβολίας υποβάθρου στην επικράτεια του γυμνασίου. Φυσικά, αμφιβάλλω ότι προπονούμαστε σε δωμάτια όπου το ραδιενεργό υπόβαθρο υπερβαίνει κατά πολύ τα υγειονομικά πρότυπα. Αλλά οι μηχανισμοί της επίδρασης των χαμηλών δόσεων ακτινοβολίας σε ανθρώπινο σώμαελάχιστα μελετημένη. Είναι όπως με τον ήλιο: αν λάμπει λίγο λιγότερο, όλοι θα παγώσουμε μέχρι θανάτου, αλλά χωρίς τουλάχιστον μέρος της στιβάδας του όζοντος, θα πεθάνουμε από την αυξημένη ποσότητα ακτινοβολίας. Το πολύ, όπως και το πολύ λίγο, δεν είναι καλό. Αλλά πού αρχίζουν τα πολλά και πού τελειώνουν τα λίγα; Δεν βάζω στον εαυτό μου καθήκον να το ελέγξω. Οι στόχοι μου περιλαμβάνουν να μάθω περισσότερα για το υλικό που σχετίζεται με την ακτινοβολία (το οποίο χωρίζεται σε φυσική και τεχνητή), τη χρήση ραδιομέτρου για τη μέτρηση του επιπέδου ακτινοβολίας σε διαφορετικές περιοχές συχνοτήτων, τη σύνταξη πινάκων και τη σύγκριση των αποτελεσμάτων τους με τα υγειονομικά πρότυπα. Από όσο γνωρίζω, τα SNIP αλλάζουν συχνά πρότυπα και θα είναι αρκετά δύσκολο να συγκριθούν τα αποτελέσματα με αυτά, αλλά θέλω να το κάνω αυτό και θα προσπαθήσω να έχω το μέγιστο ακριβή αποτελέσματασυγκρίσεις. Σκοπεύω να φτιάξω μερικά τραπέζια. Ο αριθμός τους εξαρτάται από το πόσο ευαίσθητο μπορώ να αποκτήσω το ραδιόμετρο και από το αν έχω αρκετό χρόνο για να εξερευνήσω τις εγκαταστάσεις του γυμνασίου με τον εξοπλισμό ενεργοποιημένο και απενεργοποιημένο. Φαντάζομαι την ίδια την αφηρημένη ως ένα κείμενο που δεν υπερβαίνει πολύ σχολικό μάθημακαι πιο ξεκάθαρα, κατά τη γνώμη μου, εξηγώντας τα κύρια θέματα του θέματος.

Μέρος 1.

Ιστορία της ανακάλυψης της ραδιενέργειας.

Την 1η Μαρτίου 1896, ο Γάλλος φυσικός A. Beccrel ανακάλυψε με το μαύρισμα μιας φωτογραφικής πλάκας ότι το άλας ουρανίου εξέπεμπε αόρατες ακτίνες ισχυρής διεισδυτικής δύναμης. Σύντομα ανακάλυψε ότι το ίδιο το ουράνιο έχει επίσης την ιδιότητα να εκπέμπει ακτινοβολία. Στη συνέχεια ανακάλυψε αυτή την ιδιοκτησία στο θόριο.

Ραδιενέργεια (από το λατινικό radio - emit, radus - ray και activus - αποτελεσματικό), αυτό το όνομα δόθηκε σε ανοιχτό φαινόμενο, που αποδείχθηκε προνόμιο των περισσότερων βαριά στοιχείαπεριοδικός πίνακας του D.I. Mendeleev.

Το 1898, άλλοι Γάλλοι επιστήμονες Marie Skłodowska-Curie και Pierre Curie απομόνωσαν δύο νέες ουσίες από το ορυκτό ουράνιο που ήταν πολύ πιο ραδιενεργές. σε μεγαλύτερο βαθμόΈτσι, ανακαλύφθηκαν δύο προηγουμένως άγνωστα ραδιενεργά στοιχεία - το πολώνιο και το ράδιο, και η Μαρία, επιπλέον, ανακάλυψε (ανεξάρτητα από τον Γερμανό φυσικό G. Schmidt) το φαινόμενο της ραδιενέργειας στο θόριο. Παρεμπιπτόντως, ήταν η πρώτη που πρότεινε τον όρο ραδιενέργεια. Οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η ραδιενέργεια είναι μια αυθόρμητη διαδικασία που συμβαίνει στα άτομα των ραδιενεργών στοιχείων. Στα 10 χρόνια συνεργασίας, έχουν κάνει πολλά για να μελετήσουν αυτό το φαινόμενο. Ήταν ανιδιοτελής δουλειά στο όνομα της επιστήμης - σε ένα κακώς εξοπλισμένο εργαστήριο και ελλείψει των απαραίτητων πόρων. Ο Pierre καθιέρωσε την αυθόρμητη απελευθέρωση θερμότητας από άλατα ραδίου. Οι ερευνητές έλαβαν αυτό το παρασκεύασμα ραδίου το 1902 σε ποσότητα 0,1 g. Για να γίνει αυτό, χρειάστηκαν 45 μήνες έντονης εργασίας και περισσότερες από 10.000 επεμβάσεις χημικού εμπλουτισμού και καθαρισμού. Το 1903, οι σύζυγοι Κιουρί και Α. Μπεκερέλ τιμήθηκαν με το Νόμπελ Φυσικής για την ανακάλυψή τους στον τομέα της ραδιενέργειας. Συνολικά, απονεμήθηκαν περισσότερα από 10 βραβεία για εργασίες που σχετίζονται με την έρευνα και τη χρήση της ραδιενέργειας. βραβεία Νόμπελστη φυσική και τη χημεία (A. Becquerel, P. and M. Curie, E. Fermi, E. Rutherford, F. and I. Joliot-Curie, D. Havishi, O. Hahn, E. Macmillan and G. Seaborg, U. .Libby και άλλοι). Το τεχνητά αποκτημένο πήρε το όνομά του προς τιμήν των Curies υπερουρανικό στοιχείοΜε σειριακός αριθμός 96 – κουριούμ.

Στις αρχές του εικοστού αιώνα, οι επιστήμονες γνώριζαν ήδη ότι το άτομο περιέχει αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Ωστόσο, η κυρίαρχη ιδέα ήταν ότι το άτομο ήταν κάτι σαν ένα θετικά φορτισμένο λεπτό πλέγμα γεμάτο με αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια σταφίδας - το μοντέλο ονομαζόταν «μοντέλο πλέγματος σταφίδας» (Μοντέλο Thompson).

Το 1898, ο Άγγλος επιστήμονας E. Rutherford (μαθητής του Thompson) άρχισε να μελετά το φαινόμενο της ραδιενέργειας. Το 1903, ο E. Rutherford απέδειξε την πλάνη της υπόθεσης του δασκάλου του Thompson σχετικά με τη θεωρία του για την ατομική δομή και το 1908-1911. διεξάγει πειράματα για τη σκέδαση σωματιδίων (πυρήνες ηλίου) από μεταλλικό φύλλο. Χρησιμοποιώντας φυσική πηγή ραδιενεργή ακτινοβολία, ο Ράδερφορντ κατασκεύασε ένα «όπλο» που παρήγαγε μια κατευθυνόμενη και εστιασμένη ροή σωματιδίων. Το όπλο ήταν ένα μολύβδινο κουτί με μια στενή σχισμή, στο εσωτερικό της οποίας ήταν τοποθετημένο ραδιενεργό υλικό. Χάρη σε αυτό, τα σωματίδια (σε σε αυτήν την περίπτωσησωματίδια άλφα, αποτελούμενα από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια), που εκπέμπονται από τη ραδιενεργή ουσία προς όλες τις κατευθύνσεις εκτός από μία, απορροφήθηκαν από την οθόνη μολύβδου και μόνο μια κατευθυνόμενη δέσμη σωματιδίων άλφα απελευθερώθηκε μέσω της σχισμής. Περαιτέρω κατά μήκος της διαδρομής της δέσμης υπήρχαν πολλά ακόμη μολύβδινα πλέγματα με στενές σχισμές που αποκόπτουν τα σωματίδια που παρέκκλιναν από μια αυστηρά καθορισμένη κατεύθυνση. Ως αποτέλεσμα, μια τέλεια εστιασμένη δέσμη σωματιδίων άλφα πέταξε προς τον στόχο και ο ίδιος ο στόχος ήταν ένα λεπτό φύλλο χρυσού φύλλου. Ήταν η ακτίνα άλφα που την χτύπησε. Μετά τη σύγκρουση με τα άτομα του φύλλου, τα σωματίδια άλφα συνέχισαν την πορεία τους και χτύπησαν μια φωταυγή οθόνη που ήταν εγκατεστημένη πίσω από τον στόχο, στην οποία καταγράφηκαν αναλαμπές όταν τον χτυπούσαν σωματίδια άλφα. Από αυτά ο πειραματιστής μπορούσε να κρίνει σε ποια ποσότητα και πόσο τα σωματίδια άλφα αποκλίνουν από την κατεύθυνση ευθύγραμμη κίνησηως αποτέλεσμα συγκρούσεων με άτομα αλουμινίου.

Ο Ράδερφορντ σημείωσε ότι κανένας από τους προκατόχους του δεν είχε καν προσπαθήσει να ελέγξει αν κάποια σωματίδια άλφα εκτρέπονταν σε πολύ μεγάλες γωνίες. Το μοντέλο πλέγματος σταφίδας απλά δεν επέτρεπε την ύπαρξη σε ένα άτομο δομικών στοιχείων τόσο πυκνών και βαριών που θα μπορούσαν να εκτρέψουν γρήγορα σωματίδια άλφα σε σημαντικές γωνίες, οπότε κανείς δεν μπήκε στον κόπο να ελέγξει αυτήν την πιθανότητα. Ο Ράδερφορντ ζήτησε από έναν από τους μαθητές του να επανεξοπλίσει την εγκατάσταση με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι δυνατή η παρατήρηση της σκέδασης των σωματιδίων άλφα σε μεγάλες γωνίες παραμόρφωσης, προκειμένου να αποκλειστεί τελικά αυτή η πιθανότητα.

Ο ανιχνευτής ήταν μια οθόνη επικαλυμμένη με θειούχο νάτριο, ένα υλικό που παράγει μια φθορίζουσα λάμψη όταν χτυπά ένα σωματίδιο άλφα. Φανταστείτε την έκπληξη όχι μόνο του μαθητή που πραγματοποίησε απευθείας το πείραμα, αλλά και του ίδιου του Ράδερφορντ όταν αποδείχτηκε ότι κάποια σωματίδια εκτρέπονταν σε γωνίες έως και 180°!

Στο πλαίσιο του καθιερωμένου μοντέλου του ατόμου, το αποτέλεσμα δεν μπορούσε να ερμηνευθεί: απλά δεν υπάρχει τίποτα στο πλέγμα της σταφίδας που θα μπορούσε να αντανακλά ένα ισχυρό, γρήγορο και βαρύ σωματίδιο άλφα. Ο Ράδερφορντ αναγκάστηκε να συμπεράνει ότι σε ένα άτομο το μεγαλύτερο μέρος της μάζας συγκεντρώνεται σε μια απίστευτα πυκνή ουσία που βρίσκεται στο κέντρο του ατόμου. Και το υπόλοιπο άτομο αποδείχθηκε ότι ήταν πολλές τάξεις μεγέθους λιγότερο πυκνό από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Από τη συμπεριφορά των διάσπαρτων σωματιδίων άλφα ακολούθησε επίσης ότι σε αυτά τα υπερπυκνά κέντρα του ατόμου, που ο Ράδερφορντ ονόμασε πυρήνες, συγκεντρώνεται και ολόκληρο το θετικό ηλεκτρικό φορτίο του ατόμου, αφού μόνο οι δυνάμεις της ηλεκτρικής απώθησης μπορούν να προκαλέσουν τη σκέδαση των σωματιδίων σε γωνίες μεγαλύτερες από 90°.

Η εικόνα του ατόμου που σχεδίασε ο Ράδερφορντ με βάση τα αποτελέσματα του πειράματός του είναι πολύ γνωστή σε εμάς σήμερα. Ένα άτομο αποτελείται από έναν εξαιρετικά πυκνό, συμπαγή πυρήνα που φέρει θετικό φορτίο, και αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια φωτός γύρω του. Αργότερα, οι επιστήμονες παρείχαν μια αξιόπιστη θεωρητική βάση για αυτήν την εικόνα, αλλά όλα ξεκίνησαν με ένα απλό πείραμα με ένα μικρό δείγμα ραδιενεργού υλικού και ένα κομμάτι φύλλου χρυσού.

Τα πειράματα σκέδασης σωματιδίων έχουν δείξει πειστικά ότι σχεδόν ολόκληρη η μάζα ενός ατόμου συγκεντρώνεται σε έναν πολύ μικρό όγκο - τον ατομικό πυρήνα, η διάμετρος του οποίου είναι περίπου 100.000 φορές μικρότερη από τη διάμετρο του ατόμου.

Τα περισσότερα σωματίδια περνούν δίπλα από τον τεράστιο πυρήνα χωρίς να τον αγγίξουν, αλλά περιστασιακά ένα σωματίδιο συγκρούεται με τον πυρήνα και στη συνέχεια μπορεί να αναπηδήσει πίσω.

Έτσι, η πρώτη του θεμελιώδης ανακάλυψη σε αυτό το πεδίο ήταν η ανακάλυψη της ανομοιογένειας της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από το ουράνιο. Έτσι μπήκε για πρώτη φορά η έννοια των ακτίνων στην επιστήμη της ραδιενέργειας. Πρότεινε επίσης ονόματα: αποσύνθεση και σωματίδιο. Λίγο αργότερα, ανακαλύφθηκε ένα άλλο συστατικό της ακτινοβολίας, που ορίζεται από το τρίτο γράμμα του ελληνικού αλφαβήτου: ακτίνες γάμμα. Αυτό συνέβη λίγο μετά την ανακάλυψη της ραδιενέργειας. Για πολλά χρόνια, αυτά τα σωματίδια έγιναν ένα απαραίτητο ερευνητικό εργαλείο για τον E. Rutherford. ατομικούς πυρήνες. Το 1903, ανακάλυψε ένα νέο ραδιενεργό στοιχείο - την αυθόρμητη διάσπαση του θορίου. Το 1901-1903, μαζί με τον Άγγλο επιστήμονα F. Soddy, πραγματοποίησε έρευνα που οδήγησε στην ανακάλυψη του φυσικού μετασχηματισμού στοιχείων (για παράδειγμα, του ραδόνιου σε ραδόνιο) και στην ανάπτυξη της θεωρίας της ραδιενεργής διάσπασης των ατόμων. Το 1903, ο Γερμανός φυσικός K. Fajans και ο F. Soddy ήταν ανεξάρτητα φίλοι από φίλο, διατύπωσαν έναν κανόνα μετατόπισης που περιγράφει τη συμπεριφορά ενός πυρήνα κατά τη διάσπαση άλφα. Την άνοιξη του 1934, ένα άρθρο εμφανίστηκε στα Πρακτικά της Ακαδημίας Επιστημών του Παρισιού με τίτλο « Νέος τύποςραδιοενέργεια." Οι συγγραφείς του, η Irene Joliot-Curie και ο σύζυγός της Frederic Joliot-Curie, ανακάλυψαν ότι το βόριο, το μαγνήσιο και το αλουμίνιο που ακτινοβολούνται με σωματίδια άλφα γίνονται τα ίδια ραδιενεργά και εκπέμπουν ποζιτρόνια κατά τη διάσπασή τους. Έτσι ανακαλύφθηκε η τεχνητή ραδιενέργεια. Σαν άποτέλεσμα πυρηνικές αντιδράσεις(για παράδειγμα, όταν ακτινοβολείται διάφορα στοιχείασωματίδια άλφα ή νετρόνια) σχηματίζεται ραδιομετάδοσηστοιχεία που δεν υπάρχουν στη φύση. Σε πολλές περιπτώσεις, τα ίδια τα προϊόντα της ραδιενεργής διάσπασης αποδεικνύονται ραδιενεργά και, στη συνέχεια, ο σχηματισμός ενός σταθερού ισοτόπου προηγείται από μια αλυσίδα πολλών πράξεων ραδιενεργής διάσπασης. Έτσι από συνολικός αριθμόςΑυτή τη στιγμή είναι γνωστά περίπου 2000 ραδιενεργά ισότοπα, περίπου 300 είναι φυσικά και τα υπόλοιπα λαμβάνονται τεχνητά, ως αποτέλεσμα πυρηνικών αντιδράσεων. Δεν υπάρχει θεμελιώδης διαφορά μεταξύ τεχνητής και φυσικής ακτινοβολίας.

Το 1934, ο I. και ο F. Joliot-Curie, ως αποτέλεσμα της μελέτης της τεχνητής ακτινοβολίας, ανακάλυψαν νέες παραλλαγές της α-διάσπασης - την εκπομπή ποζιτρονίων, που είχαν αρχικά προβλεφθεί από τους Ιάπωνες επιστήμονες H. Yukkawa και S. Sakata. Ο I. και ο F. Joliot-Curie πραγματοποίησαν μια πυρηνική αντίδραση, το προϊόν της οποίας ήταν ένα ραδιενεργό ισότοπο φωσφόρου με μαζικός αριθμός 30. Αποδείχθηκε ότι εξέπεμπε ένα ποζιτρόνιο. Αυτός ο τύπος ραδιενεργού μετασχηματισμού ονομάζεται διάσπαση βήτα (που σημαίνει βήτα διάσπαση η εκπομπή ενός ηλεκτρονίου).

Στη συνέχεια, ένας αριθμός επιστημόνων διαφορετικές χώρες(J. Dunning, V.A. Karnaukhov, G.N. Flerov, I.V. Kurchatov, κ.λπ.) ανακαλύφθηκαν πολύπλοκοι μετασχηματισμοί, συμπεριλαμβανομένης της διάσπασης βήτα, συμπεριλαμβανομένης της εκπομπής καθυστερημένων νετρονίων.

Ένας από τους πρώτους επιστήμονες στο πρώην ΕΣΣΔ, ο οποίος άρχισε να μελετά τη φυσική των ατομικών πυρήνων γενικά και τη ραδιενέργεια ειδικότερα ήταν ο ακαδημαϊκός I.V. Kurchatov. Το 1934, ανακάλυψε το φαινόμενο των διακλαδώσεων πυρηνικών αντιδράσεων που προκαλούνται από βομβαρδισμό νετρονίων και μελέτησε την τεχνητή ραδιενέργεια ορισμένων χημικών στοιχείων. Το 1935, όταν ακτινοβολούσε βρώμιο με ροές νετρονίων, ο Kurchatov και οι συνεργάτες του παρατήρησαν ότι τα προκύπτοντα ραδιενεργά άτομα βρωμίου διασπώνται με δύο διαφορετικές ταχύτητες. Τέτοια άτομα ονομάστηκαν ισομερή και το φαινόμενο που ανακάλυψαν οι επιστήμονες ονομάστηκε ισομερισμός.

Η επιστήμη το έχει βρει γρήγορα νετρόνιαικανό να καταστρέψει πυρήνες ουρανίου. Σε αυτή την περίπτωση, απελευθερώνεται πολλή ενέργεια και σχηματίζονται νέα νετρόνια που μπορούν να συνεχίσουν τη διαδικασία σχάσης των πυρήνων του ουρανίου. Αργότερα ανακαλύφθηκε ότι οι ατομικοί πυρήνες του ουρανίου μπορούν να διασπαστούν χωρίς τη βοήθεια νετρονίων. Έτσι καθιερώθηκε η αυθόρμητη σχάση του ουρανίου. Προς τιμή του εξαίρετου επιστήμονα στον τομέα της πυρηνικής φυσικής και της ραδιενέργειας, το 104ο στοιχείο του περιοδικού πίνακα του Μεντελέεφ ονομάζεται κουρχατόβιο.

Από το 1943 ο Κουρτσάτοφ ηγήθηκε επιστημονικές εργασίεςπου σχετίζονται με το ατομικό πρόβλημα. Υπό την ηγεσία του κατασκευάστηκε το πρώτο κυκλότρον στη Μόσχα (1944) και το πρώτο στην Ευρώπη ατομικός αντιδραστήρας(1946), το πρώτο Σοβιετικό ατομική βόμβα(1949) και το πρώτο στον κόσμο θερμοπυρηνική βόμβα(1953), κατασκευάστηκε ο πρώτος βιομηχανικός πυρηνικός σταθμός στον κόσμο (1954) και η μεγαλύτερη εγκατάσταση για έρευνα σε ελεγχόμενες θερμοπυρηνικές αντιδράσεις (1958).

Η ανακάλυψη της ραδιενέργειας είχε τεράστιο αντίκτυπογια την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας.Σηματοδότησε την αρχή μιας εποχής εντατικής μελέτης των ιδιοτήτων και της δομής των ουσιών. Νέες προοπτικές που έχουν προκύψει στην ενέργεια, τη βιομηχανία, τη στρατιωτική ιατρική και άλλους τομείς ανθρώπινη δραστηριότηταΧάρη στην κυριαρχία της πυρηνικής ενέργειας, ζωντάνεψαν με την ανακάλυψη της ικανότητας των χημικών στοιχείων να υφίστανται αυθόρμητους μετασχηματισμούς. Ωστόσο, μαζί με τους θετικούς παράγοντες της χρήσης των ιδιοτήτων της ραδιενέργειας προς το συμφέρον της ανθρωπότητας, μπορούμε να δώσουμε παραδείγματα αρνητικής παρέμβασής τους στη ζωή μας. Αυτά περιλαμβάνουν πυρηνικά όπλα σε όλες τους τις μορφές, βυθισμένα πλοία και υποβρύχια με πυρηνικούς κινητήρες και ατομικά όπλα, διάθεση ραδιενεργών αποβλήτων στη θάλασσα και στην ξηρά, ατυχήματα σε εργοστάσια πυρηνικής ενέργειαςΚαι άμεσα για την Ουκρανία, η χρήση ραδιενέργειας στην πυρηνική ενέργεια οδήγησε στην τραγωδία του Τσερνομπίλ.

Μέρος 2. Φυσική του πυρήνα.

Η δομή του ατομικού πυρήνα.

Μετά τα πειράματα του Ράδερφορντ σχετικά με τη σκέδαση σωματιδίων (πυρήνες ηλίου), έγινε σαφές ότι το μοντέλο του ατόμου «σταφιδόψωμο» δεν ήταν δίκαιο. Επίσης, με βάση τα πειράματά του, ο επιστήμονας πρότεινε μια θεωρία για την πλανητική δομή του ατόμου. Βρίσκεται στο γεγονός ότι υπάρχει ένας μικρός πυρήνας (θετικά φορτισμένος), γύρω από τον οποίο περιστρέφονται τα ηλεκτρόνια*. Εφόσον τα συνολικά φορτία πρωτονίων και ηλεκτρονίων είναι ίσα και το φορτίο ενός νετρονίου είναι μηδέν, το άτομο δεν έχει φορτίο, δηλ. είναι ουδέτερος. Αυτό είναι το μοντέλο του ατόμου που μας είναι γνωστό. Η ακτίνα ενός ατόμου είναι περίπου 10 -10 m και η μάζα του είναι 10 -22 g. Σχεδόν ολόκληρη η μάζα ενός ατόμου είναι συγκεντρωμένη στο πυκνό (περίπου 18 . 10 17 g/cm 3) πυρήνα.

Άρα, ο ατομικός πυρήνας. Λίγο μετά την ανακάλυψη του νετρονίου, διατυπώθηκε μια υπόθεση σχετικά με τη δομή πρωτονίου-νετρονίου του πυρήνα. Σύμφωνα με αυτή την ιδέα, όλοι οι πυρήνες αποτελούνται από πρωτόνια** και νετρόνια*** . Μαζί ονομάζονται νουκλεοτίδια.

*Ελ ηλεκτρόνιο- ένα αρνητικά φορτισμένο σωματίδιο που βρίσκεται στα κελύφη του ατομικού πυρήνα. Οι χημικές ιδιότητες ενός ατόμου καθορίζονται από τα ηλεκτρόνια γύρω από τον πυρήνα, ειδικά αυτά που ανήκουν στα εξωτερικά κελύφη.

**Πρωτόνιο- ένα θετικά φορτισμένο σωματίδιο που βρίσκεται στον πυρήνα ενός ατόμου. Έχει μάζα ίσο με μάζανετρόνιο και 1840 φορές βαρύτερο από ένα ηλεκτρόνιο. Το φορτίο του είναι ίσο σε μέγεθος με το φορτίο ενός ηλεκτρονίου.

***Νετρόνιο– ένα ουδέτερα φορτισμένο σωματίδιο που αποτελεί μέρος του ατομικού πυρήνα. Ένα νετρόνιο αποτελείται από 2 σωματίδια: ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο, αλλά δεν μπορούν να διαχωριστούν στον πυρήνα. Αλλά αν «αφαιρέσετε» ένα νετρόνιο από τον πυρήνα, θα διασπαστεί σε συστατικά σε 10 λεπτά. Επειδή Δεδομένου ότι η μάζα ενός ηλεκτρονίου είναι πολύ μικρή, η μάζα ενός νετρονίου είναι περίπου ίση με τη μάζα ενός πρωτονίου.

Ο αριθμός των πρωτονίων σε έναν ατομικό πυρήνα είναι ίσος με τον αριθμό φορτίου Z. Ο αριθμός των νετρονίων είναι N. Το άθροισμά τους ονομάζεται μαζικός αριθμός και συμβολίζεται με το γράμμα A:

ΕΝΑ = Ζ + Ν (1)

Η μάζα του πυρήνα μετριέται σε ατομικές μονάδεςμάζες. 1 π.μ. περίπου ίση με τη μάζα ενός πρωτονίου (μάζα του πυρήνα ενός ατόμου ηλίου) => A=1a.mu. . αριθμός νουκλεοτιδίων. Εκείνοι. A είναι η κατά προσέγγιση μάζα του πυρήνα σε amu.

Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά του ατομικού πυρήνα είναι το ηλεκτρικό του φορτίο. Ηλεκτρικό φορτίο ενός ατόμου ίσο με το γινόμενοστοιχειώδης ηλεκτρικό φορτίο e στον αύξοντα αριθμό Z χημικό στοιχείοστον πίνακα του D.I. Mendeleev:

q = Ze (2)

Μια εξίσου σημαντική παράμετρος είναι η μάζα του ατομικού πυρήνα. Οι μάζες των ατόμων και των ατομικών πυρήνων μετρώνται χρησιμοποιώντας φασματογράφο μάζας. Τα θετικά ιόντα της υπό μελέτη ουσίας επιταχύνονται από ένα ηλεκτρικό πεδίο.Μια ειδική συσκευή επιτρέπει μόνο ιόντα με συγκεκριμένη ταχύτητα V να περάσουν μέσα από τη σχισμή.Μέσω της σχισμής μια δέσμη ιόντων εισέρχεται σε ένα θάλαμο κενού. Αυτός ο θάλαμος βρίσκεται ανάμεσα στους πόλους του μαγνήτη. το διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής είναι κάθετο στο διάνυσμα ταχύτητας ιόντων. Όπως είναι γνωστό, ένα ηλεκτρικά φορτισμένο σωματίδιο κινείται με

Εικ.1 Φασματογράφος μάζαςΜε την ταχύτητα V σε ένα εγκάρσιο μαγνητικό πεδίο με επαγωγή Β, δρα η δύναμη Lorentz, κατευθυνόμενη σε ορθή γωνία προς τα διανύσματα της ταχύτητας φορτίου και της επαγωγής του μαγνητικού πεδίου. ο συντελεστής αυτής της δύναμης είναι ίσος φά = qU ΣΕ. Υπό την επίδραση της δύναμης Lorentz, το ιόν κινείται σε κύκλο, η ακτίνα του οποίου R καθορίζεται από τη σχέση mU ²/ R = qU σι .

Έχοντας περιγράψει ένα ημικύκλιο, όλα τα ιόντα της ίδιας μάζας πέφτουν σε ένα σημείο στη φωτογραφική πλάκα. Με βάση τις γνωστές τιμές επαγωγής μαγνητικού πεδίου, ταχύτητας, φορτίου ιόντων και ακτίνας κύκλου, προσδιορίζεται η μάζα ιόντων:

mU 2 /R=qUB => m=qUBR/U 2 =>

Μ = qBR / U . (3)

Πυρηνικές δυνάμεις.

Δεδομένου ότι οι ατομικοί πυρήνες είναι αρκετά σταθεροί, τα πρωτόνια και τα νετρόνια πρέπει να συγκρατούνται μέσα στον πυρήνα από ορισμένες δυνάμεις, και μάλιστα πολύ ισχυρές. Τι είδους δυνάμεις είναι αυτές; Στις αρχές του εικοστού αιώνα, οι επιστήμονες γνώριζαν μόνο δύο τύπους δυνάμεων: τη βαρυτική και την ηλεκτρομαγνητική. Μπορούμε απολύτως να πούμε ότι αυτό δεν είναι βαρυτικές δυνάμεις. Είναι πολύ αδύναμοι για αυτό. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι η δύναμη της βαρυτικής έλξης που ενεργεί μεταξύ δύο πρωτονίων στον πυρήνα είναι περίπου 1036 φορές μικρότερη από τη δύναμη της απώθησης του Κουλόμπ μεταξύ τους. Η σταθερότητα του πυρήνα επίσης δεν μπορεί να εξηγηθεί ηλεκτρομαγνητικές δυνάμειςλόγω του γεγονότος ότι η ηλεκτρική απώθηση δρα μεταξύ ομοίως φορτισμένων πρωτονίων. Τα νετρόνια δεν έχουν καθόλου ηλεκτρικό φορτίο. Κατά συνέπεια, κάποιες άλλες δυνάμεις δρουν μεταξύ των νουκλεονίων. Αυτές οι δυνάμεις ονομάστηκαν πυρηνικές.

Οι ιδιότητες των πυρηνικών δυνάμεων έχουν μελετηθεί αρκετά καλά. Οι δύο κύριες ιδιότητες αυτών των δυνάμεων είναι η φύση της μικρής εμβέλειας και η δύναμή τους. Τα σύγχρονα πειράματα κατέστησαν δυνατό να διαπιστωθεί ότι σε απόσταση 10 -15 m από το κέντρο του πρωτονίου, οι πυρηνικές δυνάμεις είναι περίπου 35 φορές μεγαλύτερες από τις δυνάμεις Coulomb και 10 38 φορές μεγαλύτερες από τις βαρυτικές δυνάμεις. Ωστόσο, με την αύξηση της απόστασης, οι πυρηνικές δυνάμεις μειώνονται πολύ γρήγορα και σε αποστάσεις μεγαλύτερες από 1,4 * 10 -15 m, η επίδρασή τους μπορεί να παραμεληθεί.

Πυρηνική δεσμευτική ενέργεια.

Σημαντικός ρόλος V πυρηνική φυσικήπαίζει στην έννοια της πυρηνικής δεσμευτικής ενέργειας. Η δεσμευτική ενέργεια καθιστά δυνατή την εξήγηση της σταθερότητας των πυρήνων και την ανακάλυψη ποιες διαδικασίες οδηγούν στην απελευθέρωση πυρηνικής ενέργειας. Τα νουκλεόνια στον πυρήνα συγκρατούνται σταθερά από πυρηνικές δυνάμεις. Για να αφαιρέσετε ένα νουκλεόνιο από έναν πυρήνα, είναι απαραίτητο να κάνετε πολλή δουλειά, δηλ. να μεταδώσετε στον πυρήνα μεγάλο ποσόενέργεια.

Ως ενέργεια δέσμευσης ενός πυρήνα νοείται η ενέργεια που είναι απαραίτητη για την πλήρη διάσπαση ενός πυρήνα σε μεμονωμένα νουκλεόνια. Με βάση το νόμο της διατήρησης της ενέργειας*, μπορεί επίσης να υποστηριχθεί ότι η ενέργεια δέσμευσης είναι ίση με την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά το σχηματισμό ενός πυρήνα από μεμονωμένα σωματίδια. Η ενέργεια δέσμευσης των ατομικών πυρήνων είναι πολύ υψηλή.

Ακριβείς μετρήσεις των μαζών των ατομικών πυρήνων έδειξαν ότι η μάζα κάθε πυρήνα που περιέχει πρωτόνια Z και νετρόνια N είναι μικρότερη από το άθροισμα των μαζών του ίδιου αριθμού ελεύθερων πρωτονίων και νετρονίων:

Μ Εγώ < Ζμ σελ + Nm n (4)

Υπάρχει ένα λεγόμενο μαζικό ελάττωμα. Είναι ίσο (με το αντίθετο πρόσημο) με την ενέργεια δέσμευσης των νουκλεονίων στον πυρήνα. Το νόημά του είναι ότι η διαφορά μάζας

Δ Μ = Ζμ σελ + Ν m n - Μ Εγώ (5)

θετικός. Για παράδειγμα, για το ήλιο, η μάζα του πυρήνα είναι 0,75% μικρότερη από το άθροισμα των μαζών δύο πρωτονίων και δύο νετρονίων. Αντίστοιχα, για ένα mole ηλίου Δm = 0,03 g.

Όσο μεγαλύτερο είναι το ελάττωμα μάζας, τόσο υψηλότερο είναι το Est, επομένως τόσο πιο σταθερός είναι ο πυρήνας. Το ελάττωμα μάζας μετράται σε amu.

Μια μείωση της μάζας ενός πυρήνα όταν σχηματίζεται από νουκλεόνια σημαίνει ότι η ενέργεια αυτού του συστήματος νουκλεονίων μειώνεται επίσης κατά την ποσότητα της ενέργειας δέσμευσης Eb:

μι Αγ. = Δmc ²= ( Ζμ σελ + Nm n - Μ Εγώ ) ντο ² (6)

*Νόμος εξοικονόμησης ενέργειαςδηλώνει ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, αλλά μπορεί μόνο να μετατραπεί από τη μια μορφή στην άλλη.

Πού πηγαίνουν όμως η ενέργεια Est και η μάζα Δm;

Όταν σχηματίζεται ένας πυρήνας από σωματίδια, αυτά τα σωματίδια, λόγω της δράσης των πυρηνικών δυνάμεων, ορμούν το ένα προς το άλλο με τεράστια επιτάχυνση. Τα γ κβάντα που εκπέμπονται σε αυτή την περίπτωση έχουν ενέργεια Eb και μάζα

Δ Μ = μι Αγ. / ντο ² (7)

Το πόσο μεγάλη είναι η δεσμευτική ενέργεια μπορεί να κριθεί από αυτό το παράδειγμα: ο σχηματισμός 4 g ηλίου συνοδεύεται από την απελευθέρωση της ίδιας ενέργειας με την καύση 1,5-2 βαγονιών άνθρακα.

Ισότοπα.

Ως αποτέλεσμα της παρατήρησης μεγάλος αριθμόςραδιενεργών μετασχηματισμών, αποδείχθηκε ότι υπάρχουν ουσίες που είναι εντελώς πανομοιότυπες στις χημικές τους ιδιότητες, αλλά διασπώνται με εντελώς διαφορετικούς τρόπους. Δεν υπήρχε τρόπος να τους χωρίσουν. Σε αυτή τη βάση, ο φυσικός Soddy το 1911 πρότεινε μια θεωρία για την ύπαρξη στοιχείων με τις ίδιες χημικές ιδιότητες, αλλά διαφορετικές ως προς τη ραδιενέργεια τους. Αυτά τα στοιχεία πρέπει να τοποθετηθούν στο ίδιο κελί του περιοδικού πίνακα του Mendeleev. Ο Soddy τα ονόμασε ισότοπα (δηλαδή που καταλαμβάνουν τα ίδια μέρη).

Η υπόθεση του Soddy επιβεβαιώθηκε ένα χρόνο αργότερα, όταν ο Thomson έκανε ακριβείς μετρήσεις της μάζας των ιόντων νέον εκτρέποντάς τα σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Ο Thomson ανακάλυψε ότι τα άτομα νέον υπάρχουν σε δύο τύπους. Τα περισσότερα απόΤα άτομα έχουν σχετική μάζα 20. Αλλά υπάρχει ένας μικρός αριθμός ατόμων με σχετική ατομική μάζα 22. Ως αποτέλεσμα, η σχετική ατομική μάζα του μείγματος είναι 20,2. Αποδείχθηκε ότι τα άτομα με τις ίδιες χημικές ιδιότητες έχουν διαφορετικές μάζες.

Τα ισότοπα μπορεί να είναι είτε ραδιενεργά είτε σταθερά. Τις περισσότερες φορές είναι ραδιενεργά. Υπάρχουν όμως και σταθεροί πυρήνες. Για παράδειγμα, το δευτέριο είναι ένα μη ραδιενεργό ισότοπο υδρογόνου που έχει ατομική μάζαίσο με δύο. Αλλά το υδρογόνο έχει επίσης ένα άλλο ισότοπο - το τρίτιο, το οποίο είναι ραδιενεργό και έχει χρόνο ημιζωής 12 χρόνια (έχει ατομική μάζα τρία).

Η ύπαρξη ισοτόπων αποδεικνύει ότι το φορτίο του ατομικού πυρήνα δεν καθορίζει όλες τις ιδιότητες του ατόμου, αλλά μόνο το Χημικές ιδιότητεςΚαι αυτά φυσικές ιδιότητες, που εξαρτώνται από την περιφέρεια νέφος ηλεκτρονίων, για παράδειγμα διαστάσεις. Η μάζα ενός ατόμου και οι ραδιενεργές του ιδιότητες δεν καθορίζονται από τον αύξοντα αριθμό του περιοδικού πίνακα.

Άρα, τα ισότοπα είναι άτομα του ίδιου στοιχείου (καθώς έχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων) με διαφορετικό αριθμόνετρόνια και, κατά συνέπεια, με διαφορετικούς αριθμούς μάζας. Σχεδόν όλα τα στοιχεία που βρίσκονται στη φύση είναι ένα μείγμα διάφορα ισότοπα. Τα ισότοπα ενός συγκεκριμένου στοιχείου έχουν τις ίδιες χημικές ιδιότητες και διαφορετικές φυσικές ιδιότητες (πυκνότητα, ρυθμός διάχυσης κ.λπ.).

Κεφάλαιο 2.

Νόμος της ραδιενεργής διάσπασης.

Ο Ράδερφορντ, μελετώντας τους μετασχηματισμούς των ραδιενεργών ουσιών, διαπίστωσε πειραματικά ότι η δραστηριότητά τους μειώνεται με την πάροδο του χρόνου. Για κάθε ραδιενεργή ουσίαΥπάρχει ένα ορισμένο χρονικό διάστημα κατά το οποίο η δραστηριότητα μειώνεται στο μισό. Αυτό το διάστημα ονομάζεται χρόνος ημιζωής. Ο χρόνος ημιζωής T είναι ο χρόνος κατά τον οποίο διασπάται το μισό από τον διαθέσιμο αριθμό ραδιενεργών ατόμων, επειδή Η μείωση της δραστηριότητας του φαρμάκου στο μισό μπορεί να επιτευχθεί με απλή διαίρεση του σε δύο ίσα μέρη.

Εικ.2 Ας βρούμε τώρα μαθηματική μορφήνόμος της ραδιενεργής διάσπασης. Αφήστε τον αριθμό των ραδιενεργών ατόμων μέσα στιγμή έναρξηςο χρόνος (t=0) είναι ίσος με N 0. Στη συνέχεια, μετά τον χρόνο ημιζωής, ο αριθμός αυτός θα είναι ίσος με N 0 /2. Μετά από ένα άλλο παρόμοιο χρονικό διάστημα, ο αριθμός αυτός θα γίνει ίσος

½ * N 0 /2 = N 0 /4 = N 0 /2 2 (8)

Μετά το χρόνο t = nT, δηλ. μετά από n χρόνους ημιζωής T, τα ραδιενεργά άτομα θα παραμείνουν:

N = N 0 . 1/2 n (9)

Επειδή η

N = t/T (10)

N = N 0 . 2-t/T (11)

Αυτός είναι ο βασικός νόμος της ραδιενεργής διάσπασης. Χρησιμοποιώντας τον τελευταίο τύπο, βρίσκεται ο αριθμός των αδιάσπαστων ατόμων σε οποιαδήποτε δεδομένη στιγμή.

Ο χρόνος ημιζωής είναι η κύρια ποσότητα που καθορίζει το ρυθμό της ραδιενεργής διάσπασης. Όσο μικρότερος είναι ο χρόνος ημιζωής, όσο λιγότερος χρόνος ζουν τα άτομα, τόσο πιο γρήγορα συμβαίνει η διάσπαση. Για διαφορετικές ουσίες, ο χρόνος ημιζωής έχει πολύ διαφορετικές τιμές. Ο χρόνος ημιζωής του ραδίου είναι 1600 χρόνια. Υπάρχουν ραδιενεργά στοιχεία με χρόνο ημιζωής εκατομμυριοστών του δευτερολέπτου.

Για να προσδιορίσετε τον χρόνο ημιζωής χρησιμοποιώντας τον τύπο, πρέπει να γνωρίζετε τον αριθμό των ατόμων N 0 την αρχική χρονική στιγμή και να υπολογίσετε τον αριθμό των μη διασπασμένων ατόμων N μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα.

Ο ίδιος ο νόμος της ραδιενεργής διάσπασης είναι αρκετά απλός. Αλλά φυσική έννοιαΑυτός ο νόμος δεν είναι εύκολο να κατανοηθεί. Πράγματι, σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, το ίδιο κλάσμα των υπαρχόντων ατόμων διασπάται σε οποιοδήποτε χρονικό διάστημα (τα μισά από τα άτομα κατά τη διάρκεια του χρόνου ημιζωής). Αυτό σημαίνει ότι με την πάροδο του χρόνου ο ρυθμός αποσύνθεσης δεν αλλάζει καθόλου. Τα ραδιενεργά άτομα δεν «γερνούν». Έτσι, τα άτομα ραδονίου που προκύπτουν από τη διάσπαση του ραδίου έχουν την ίδια πιθανότητα να υποστούν ραδιενεργό διάσπαση τόσο αμέσως μετά το σχηματισμό τους όσο και 10 λεπτά μετά από αυτόν. Η πιθανότητα διάσπασης ενός πυρήνα σε 1s ονομάζεται σταθερά διάσπασης και συμβολίζεται με λ. Για κάθε πυρήνα ενός δεδομένου ισοτόπου, η σταθερά διάσπασης είναι η ίδια· οι πυρήνες διαφορετικών ισοτόπων έχουν διαφορετικές σταθερές διάσπασης.

Εάν υπάρχουν N πυρήνες ενός ραδιενεργού ισοτόπου με σταθερά διάσπασης λ, τότε σε σύντομο χρονικό διάστημα dt ένας αριθμός πυρήνων dN από αυτούς πρέπει να υποστεί ραδιενεργό διάσπαση, ανάλογο των λ, N και dt:

ρε N= - λ . Ν . dt (12)

Η αποσύνθεση οποιουδήποτε ατομικού πυρήνα δεν είναι, θα λέγαμε, «θάνατος από γηρατειά» αλλά «ατύχημα» στη ζωή του. Για τα ραδιενεργά άτομα (ακριβέστερα, τους πυρήνες) δεν υπάρχει η έννοια της ηλικίας. Μόνο η μέση διάρκεια ζωής τ μπορεί να προσδιοριστεί.

Η διάρκεια ζωής των μεμονωμένων ατόμων μπορεί να κυμαίνεται από κλάσματα του δευτερολέπτου έως δισεκατομμύρια χρόνια. Ένα άτομο ουρανίου, για παράδειγμα, μπορεί να βρίσκεται ήσυχα στο έδαφος για δισεκατομμύρια χρόνια και να εκραγεί ξαφνικά, ενώ οι γείτονές του συνεχίζουν με ασφάλεια να παραμένουν στην προηγούμενη κατάστασή τους. Η μέση διάρκεια ζωής τ είναι απλώς ο αριθμητικός μέσος όρος της διάρκειας ζωής επαρκώς μεγάλη ποσότηταάτομα αυτού του τύπου. Είναι ευθέως ανάλογο με τον χρόνο ημιζωής. Είναι αδύνατο να προβλεφθεί πότε ένα δεδομένο άτομο θα διασπαστεί. Μόνο οι δηλώσεις σχετικά με τη συμπεριφορά κατά μέσο όρο έχουν κάποιο νόημα μεγάλο πληθυσμόάτομα. Ο νόμος της ραδιενεργής διάσπασης καθορίζει τον μέσο αριθμό ατόμων που διασπώνται σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα. Αλλά υπάρχουν πάντα αναπόφευκτες αποκλίσεις από τη μέση τιμή, και όσο μικρότερος είναι ο αριθμός των ατόμων στο παρασκεύασμα, τόσο μεγαλύτερες είναι αυτές οι αποκλίσεις. Ο νόμος της ραδιενεργής διάσπασης είναι ένας στατιστικός νόμος.

Δεν έχει νόημα να μιλάμε για συγκεκριμένο νόμο ραδιενεργής διάσπασης για μικρό αριθμό ατόμων. Αυτός ο νόμος ισχύει κατά μέσο όρο για μεγάλο αριθμό σωματιδίων.

Τύποι ραδιενεργών εκπομπών και διασπάσεων .

Όταν εμφανίστηκαν ισχυρές πηγές ακτινοβολίας στα χέρια των ερευνητών, μπόρεσαν να εξοικειωθούν περισσότερο με τις ιδιότητες της ραδιενεργής ακτινοβολίας. Στις πρώτες μελέτες για αυτό το θέμα, τα περισσότερα Ενεργή συμμετοχήΟ Έρνεστ Ράδερφορντ έγινε δεκτός από τους συζύγους Μαρία και Πιερ Κιουρί, Α. Μπεκερέλ και πολλούς άλλους. Αρχικά μελετήθηκε η διεισδυτική ικανότητα των ακτίνων και η επίδραση στην ακτινοβολία του μαγνητικού πεδίου. Αποδείχθηκε ότι η ακτινοβολία δεν είναι ομοιόμορφη, αλλά είναι ένα μείγμα κάποιων «ακτίνων». Η ανακάλυψη της ραδιενέργειας είχε άμεση σχέση με την ανακάλυψη του Ρέντγκεν. Ανακάλυψε το νέο είδοςακτίνες, που ονομάζονταν ακτίνες Χ. Μέχρι τώρα, στις περισσότερες χώρες ονομάζονταν έτσι, αλλά στη Γερμανία και τη Ρωσία έγινε αποδεκτή η πρόταση του Γερμανού βιολόγου Rudolf Albert von Kölliker να ονομαστούν οι ακτίνες ακτίνες Χ. Αυτές οι ακτίνες δημιουργούνται όταν τα ηλεκτρόνια που πετούν γρήγορα στο κενό (ακτίνες καθόδου) συγκρούονται με ένα εμπόδιο. Ήταν γνωστό ότι όταν οι καθοδικές ακτίνες χτυπούν το γυαλί, αυτό εκπέμπει ορατό φως - πράσινη φωταύγεια. Η ακτινογραφία παρατήρησε ότι την ίδια στιγμή κάποιες άλλες αόρατες ακτίνες προέρχονταν από την πράσινη κηλίδα στο γυαλί. Αυτό συνέβη τυχαία: σε ένα σκοτεινό δωμάτιο, μια κοντινή οθόνη καλυμμένη με τετρακυανοπλατινικό βάριο Ba (προηγουμένως ονομαζόταν θειούχο λευκόχρυσο βάριο) έλαμπε. Αυτή η ουσία παράγει μια λαμπερή κιτρινοπράσινη λάμψη όταν εκτίθεται σε υπεριώδεις και καθοδικές ακτίνες. Αλλά οι καθοδικές ακτίνες δεν έπεσαν στην οθόνη και επιπλέον, όταν η συσκευή καλύφθηκε με μαύρο χαρτί, η οθόνη συνέχισε να λάμπει. Ο Ρέντγκεν σύντομα ανακάλυψε ότι η ακτινοβολία περνούσε μέσα από πολλές αδιαφανείς ουσίες και προκάλεσε μαύρισμα μιας φωτογραφικής πλάκας τυλιγμένης σε μαύρο χαρτί ή ακόμα και τοποθετημένης σε μεταλλική θήκη. Οι ακτίνες πέρασαν μέσα από ένα πολύ χοντρό βιβλίο, μέσα από μια σανίδα ελάτης, μέσα πλάκα αλουμινίου... Ο Ρέντγκεν συνειδητοποίησε τις δυνατότητες της ανακάλυψής του: «Εάν κρατάς το χέρι σου ανάμεσα στον σωλήνα εκκένωσης και την οθόνη», έγραψε, «μπορείς να δεις τις σκοτεινές σκιές των οστών στο φόντο των πιο ανοιχτόχρωμων περιγραμμάτων του χεριού. ” Αυτή ήταν η πρώτη ακτινοσκοπική εξέταση στην ιστορία.

Ο Pierre Curie ανακάλυψε ότι όταν ένα μαγνητικό πεδίο δρα στην ακτινοβολία ραδίου, ορισμένες ακτίνες εκτρέπονται ενώ άλλες όχι. Ήταν γνωστό ότι ένα μαγνητικό πεδίο εκτρέπει μόνο φορτισμένα ιπτάμενα σωματίδια, τόσο θετικά όσο και αρνητικά διαφορετικές πλευρές. Με βάση την κατεύθυνση της εκτροπής, ήμασταν πεπεισμένοι ότι οι εκτρεπόμενες ακτίνες β ήταν αρνητικά φορτισμένες. Περαιτέρω πειράματα έδειξαν ότι δεν υπήρχε θεμελιώδης διαφορά μεταξύ της καθόδου και των ακτίνων β, πράγμα που σήμαινε ότι αντιπροσώπευαν μια ροή ηλεκτρονίων. Οι εκτρεπόμενες ακτίνες είχαν ισχυρότερη ικανότητα διείσδυσης διάφορα υλικά, και όσα δεν παρέκκλιναν απορροφώνταν εύκολα ακόμα και από λεπτό φύλλο αλουμινίου - έτσι συμπεριφέρθηκε, για παράδειγμα, η ακτινοβολία του νέου στοιχείου πολώνιο.

Εικ.3 Απόκλιση διάφοροι τύποιακτίνες σε μαγνητικό πεδίο.Όταν χρησιμοποιήθηκαν ισχυρότεροι μαγνήτες, αποδείχθηκε ότι οι ακτίνες α εκτρέπονται επίσης, μόνο πιο αδύναμες από τις ακτίνες β και προς την άλλη κατεύθυνση. Κατά συνέπεια, ήταν θετικά φορτισμένα και είχαν μεγάλη μάζα (όπως διαπιστώθηκε αργότερα, η μάζα ενός σωματιδίου άλφα είναι 7740 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα ενός ηλεκτρονίου).

Το φαινόμενο αυτό ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1899 από τους A. Becquerel και F. Giesel. Αργότερα αποδείχθηκε ότι τα α-σωματίδια είναι πυρήνες ατόμων ηλίου με φορτίο +2 και μάζα 4 amu. Όταν, το 1900, ο Γάλλος φυσικός Paul Villar μελέτησε την εκτροπή των ακτίνων α και β με περισσότερες λεπτομέρειες, ανακάλυψε έναν τρίτο τύπο ακτίνων σε ακτινοβολία ραδίου που δεν εκτρέπονταν στα ισχυρότερα μαγνητικά πεδία.

Αυτό το είδος ακτινοβολίας ονομάστηκε ακτίνες γάμμα. Οι ακτίνες γάμμα αποδείχθηκαν παρόμοιες με τις ακτίνες Χ, δηλ. είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, αλλά με μικρότερα μήκη κύματος και περισσότερη ενέργεια.

Για πολύ καιρό ήταν ασαφές από πού προέρχονται όλες αυτές οι ακτίνες. Κατά τη διάρκεια αρκετών δεκαετιών, μέσω της εργασίας πολλών φυσικών, η φύση της ραδιενεργής ακτινοβολίας και οι ιδιότητές της αποσαφηνίστηκαν και ανακαλύφθηκαν νέοι τύποι ραδιενέργειας.

Οι ακτίνες άλφα εκπέμπονται κυρίως από τους πυρήνες των βαρύτερων και επομένως λιγότερο σταθερών ατόμων (στο Περιοδικός Πίνακαςβρίσκονται μετά το προβάδισμα). Συνήθως παρατηρούνται αρκετές ομάδες σωματιδίων α, καθεμία από τις οποίες έχει μια αυστηρά καθορισμένη ενέργεια. Έτσι, σχεδόν όλα τα σωματίδια άλφα που εκπέμπονται από πυρήνες 226 Ra έχουν ενέργεια 4,78 MeV * (μεγαηλεκτρόνια βολτ) και ένα μικρό κλάσμα σωματιδίων άλφα έχουν ενέργεια 4,60 MeV. Ένα άλλο ισότοπο ραδίου, το 221 Ra, εκπέμπει τέσσερις ομάδες σωματιδίων α με ενέργειες 6,76, 6,67, 6,61 και 6,59 MeV. Αυτό υποδηλώνει την παρουσία αρκετών στους πυρήνες επίπεδα ενέργειας, η διαφορά τους αντιστοιχεί στην ενέργεια των ακτίνων γ που εκπέμπει ο πυρήνας. Είναι επίσης γνωστοί οι «καθαροί» εκπομποί των α-σωματιδίων** (για παράδειγμα, 222 Rn).

Τα σωματίδια άλφα έχουν το ισχυρότερο ιονιστικό αποτέλεσμα: όταν συγκρούονται με άλλα άτομα σε αέριο, υγρό ή στερεό, «απογυμνώνουν» ηλεκτρόνια από αυτά, δημιουργώντας φορτισμένα σωματίδια. Σε αυτή την περίπτωση, τα σωματίδια α χάνουν ενέργεια πολύ γρήγορα: συγκρατούνται ακόμη και από ένα φύλλο χαρτιού. Στον αέρα, η ακτινοβολία α από το ράδιο ταξιδεύει μόνο 3,3 cm, η α-ακτινοβολία από το θόριο – 2,6 cm, κ.λπ. Ως αποτέλεσμα, το α-σωματίδιο που έχει χάσει την κινητική ενέργεια «συλλαμβάνει» δύο ηλεκτρόνια και μετατρέπεται σε άτομο ηλίου. Όταν συλλαμβάνονται ηλεκτρόνια, απελευθερώνεται τεράστια ενέργεια (πάνω από 7600 kJ/mol).

Πολύ μεγάλο κινητική ενέργειαΤα σωματίδια άλφα σας επιτρέπουν να τα «δείτε» με γυμνό μάτι. Αυτό αποδείχθηκε για πρώτη φορά το 1903 Άγγλος φυσικός

*1eV =1,6 . 10 -19 J => 1MeV=1,6 . 10-13 J

**"ΚΑΘΑΡΗ"Οι εκπομποί σωματιδίων α είναι ουσίες που εκπέμπουν μόνο σωματίδια α.

και ο χημικός William Crookes. Μετά βίας κόλλησε τη βελόνα στην άκρη ορατή στο μάτιέναν κόκκο αλατιού ραδίου και στερέωσε τη βελόνα σε ένα φαρδύ γυάλινο σωλήνα. Στο ένα άκρο αυτού του σωλήνα, όχι μακριά από την άκρη της βελόνας, υπήρχε μια πλάκα επικαλυμμένη με ένα στρώμα φωσφόρου (θειούχος ψευδάργυρος) και στο άλλο άκρο υπήρχε ένας μεγεθυντικός φακός. Αν κοιτάξετε τον φώσφορο στο σκοτάδι, θα δείτε ότι ολόκληρο το οπτικό πεδίο είναι διάστικτο με σπινθήρες που αναβοσβήνουν και σβήνουν αμέσως. Κάθε σπινθήρα είναι το αποτέλεσμα της πρόσκρουσης ενός σωματιδίου άλφα. Ο Crookes ονόμασε αυτή τη συσκευή σπινθαροσκόπιο (από το ελληνικό σπινθάρις - σπινθήρας και σκοπεύω - κοιτάζω, παρατηρώ). Με τη βοήθεια αυτού απλή μέθοδοςΈνας αριθμός μελετών έχει διεξαχθεί για τον υπολογισμό των σωματιδίων άλφα· για παράδειγμα, με αυτή τη μέθοδο ήταν δυνατό να προσδιοριστεί με ακρίβεια η σταθερά του Avogadro*.

Δεδομένου ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια συγκρατούνται μαζί στον πυρήνα από τις πυρηνικές δυνάμεις, δεν ήταν σαφές πώς ένα σωματίδιο άλφα, που αποτελείται από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια, θα μπορούσε να φύγει από τον πυρήνα. Η απάντηση δόθηκε το 1928 από τον Αμερικανό φυσικό Τζορτζ Γκάμοου. Σύμφωνα με τους νόμους κβαντική μηχανικήΤα σωματίδια α, όπως κάθε σωματίδιο μικρής μάζας, έχουν κυματική φύσηκαι επομένως έχουν κάποια μικρή πιθανότητα να καταλήξουν έξω από τον πυρήνα, σε ένα μικρό (περίπου 6 . 10–12 cm) απόσταση από αυτό. Μόλις συμβεί αυτό, το σωματίδιο αρχίζει να βιώνει την απώθηση Coulomb από έναν πολύ κοντινό θετικά φορτισμένο πυρήνα.

Η αποσύνθεση άλφα προκαλείται κυρίως από βαρείς πυρήνες. Είναι γνωστά περισσότερα από 200. Είναι γνωστοί και ελαφρύτεροι εκπομποί άλφα, κυρίως άτομα στοιχείων σπάνιων γαιών. Αλλά γιατί τα σωματίδια άλφα πετούν έξω από τον πυρήνα, και όχι μεμονωμένα πρωτόνια; Ποιοτικά, αυτό εξηγείται από το κέρδος ενέργειας κατά την α-διάσπαση (τα σωματίδια α είναι σταθερά). Η ποσοτική θεωρία της α-διάσπασης δημιουργήθηκε μόλις τη δεκαετία του 1980.

Ονομάζεται κανόνας μετατόπισης και ακούγεται ως εξής: Κατά τη διάσπαση α, ο πυρήνας χάνει το θετικό του φορτίο 2e και η μάζα του μειώνεται κατά περίπου 4 amu. Ως αποτέλεσμα, το στοιχείο μετατοπίζεται 2 κελιά στην αρχή του περιοδικού πίνακα. Συμβολικά μπορεί να γραφτεί ως εξής:

Μ Ζ Χ - Μ - 4 Ζ -2 Υ + 4 2 Αυτός (12)

*Η σταθερά του Avogadroίσο με 6,02 . 10 23 mol -1

Η διάσπαση βήτα εμφανίζεται τόσο σε βαρείς όσο και σε ελαφρούς πυρήνες. Τα σωματίδια φωτός (γρήγορα ηλεκτρόνια) έχουν μεγαλύτερη διεισδυτική ικανότητα. Έτσι, στον αέρα τα β-σωματίδια μπορούν να πετάξουν αρκετές δεκάδες εκατοστά, σε υγρό και στερεά– από κλάσματα του χιλιοστού έως περίπου 1 εκ. Η ενέργεια των ηλεκτρονίων που διαφεύγουν από τον πυρήνα μπορεί να ποικίλλει από σχεδόν μηδέν έως μια ορισμένη τιμή, τη μέγιστη για ένα δεδομένο ραδιονουκλίδιο. Συνήθως μέση ενέργειαΤα σωματίδια β είναι πολύ μικρότερα από τα σωματίδια α. Για πολύ καιρό ήταν ασαφές πώς τα σωματίδια πετούν έξω από πανομοιότυπα άτομα του ίδιου στοιχείου με διαφορετικές ταχύτητες. Όταν η δομή του ατόμου και του ατομικού πυρήνα έγινε σαφής, νέο αίνιγμα: από πού προέρχονται τα β-σωματίδια που διαφεύγουν από τον πυρήνα - άλλωστε δεν υπάρχουν ηλεκτρόνια στον πυρήνα. Αφού ο Άγγλος φυσικός Τζέιμς Τσάντγουικ ανακάλυψε το νετρόνιο το 1932,

Οι Ρώσοι φυσικοί Dmitry Dmitrievich Ivanenko και Igor Evgenievich Tamm και ανεξάρτητα ο Γερμανός φυσικός Werner Heisenberg πρότειναν ότι οι ατομικοί πυρήνες αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια. Σε αυτή την περίπτωση, τα β-σωματίδια θα πρέπει να σχηματιστούν ως αποτέλεσμα της ενδοπυρηνικής διαδικασίας μετατροπής ενός νετρονίου σε πρωτόνιο και ηλεκτρόνιο. Επομένως, η β-διάσπαση παρατηρείται κυρίως σε πυρήνες με περίσσεια αριθμού νετρονίων.

Ο μετασχηματισμός ενός νετρονίου σε πρωτόνιο κατά τη διάσπαση βήτα πρακτικά δεν αλλάζει τη μάζα του νουκλιδίου, αλλά αυξάνει το φορτίο του πυρήνα κατά ένα. Κατά συνέπεια, ένα νέο στοιχείο σχηματίζεται, μετατοπίζεται σε Περιοδικός Πίνακαςένα κελί προς τα δεξιά. Συμβολικά μπορεί να γραφτεί ως εξής:

Μ Ζ Χ - Μ Ζ +1 Υ + 0 -1 μι (13)

Τόσο η διάσπαση α όσο και η βήτα συνοδεύονται από την εκπομπή ακτίνων γάμμα.

Ακτινοβολία γάμμα – Πρόκειται για ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία βραχέων κυμάτων. Στην κλίμακα Ηλεκτρομαγνητικά κύματασυνορεύει με σκληρό ακτινοβολία ακτίνων Χ, καταλαμβάνοντας την περιοχή των υψηλότερων συχνοτήτων. Η ακτινοβολία γάμμα έχει εξαιρετικά μικρό μήκος κύματος και, ως εκ τούτου, έντονες σωματικές ιδιότητες, δηλαδή συμπεριφέρεται σαν ένα ρεύμα σωματιδίων (γ-κβάντα) . Η ακτινοβολία γάμμα εμφανίζεται κατά τη διάσπαση των ραδιενεργών πυρήνων, στοιχειώδη σωματίδια, καθώς και κατά τη διέλευση γρήγορα φορτισμένων σωματιδίων μέσα από την ύλη.

Η ακτινοβολία γάμμα, που συνοδεύει τη διάσπαση των ραδιενεργών πυρήνων, εκπέμπεται όταν ένας πυρήνας μεταβαίνει από μια πιο διεγερμένη ενεργειακή κατάσταση σε μια λιγότερο διεγερμένη ή στη βασική κατάσταση.

ΣΕ διαστρικός χώροςΗ ακτινοβολία γάμμα εμφανίζεται ως αποτέλεσμα των συγκρούσεων κβάντων μαλακότερης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας μακρών κυμάτων, όπως το φως, με ηλεκτρόνια που επιταχύνονται από μαγνητικά πεδία διαστημικά αντικείμενα. Σε αυτή την περίπτωση, το γρήγορο ηλεκτρόνιο μεταφέρει την ενέργειά του ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολίακαι το ορατό φως μετατρέπεται σε σκληρότερη ακτινοβολία γάμμα.

Παρόμοιο φαινόμενοΣυμβαίνει επίσης στη Γη όταν τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας που παράγονται σε επιταχυντές συγκρούονται με φωτόνια του ορατού φωτός σε έντονες δέσμες φωτός που δημιουργούνται από λέιζερ. Το ηλεκτρόνιο μεταφέρει ενέργεια σε ένα φωτόνιο φωτός, το οποίο μετατρέπεται σε γ-κβάντο. Είναι δυνατό στην πράξη να μετατραπούν μεμονωμένα φωτόνια φωτός σε κβάντα ακτίνων γάμμα υψηλής ενέργειας.

Η ακτινοβολία γάμμα δεν εκτρέπεται από ηλεκτρικές και μαγνητικά πεδία, έχει σχετικά ασθενή ιονιστική ικανότητα και πολύ υψηλή διεισδυτική ικανότητα (π.χ. διέρχεται από ένα στρώμα μολύβδου πάχους 5 cm). Οι κύριες διεργασίες που συμβαίνουν κατά την αλληλεπίδραση της ακτινοβολίας γάμμα με την ύλη είναι η φωτοηλεκτρική απορρόφηση (φωτοηλεκτρικό φαινόμενο*) και ο σχηματισμός ζευγών ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων.

Παραδείγματα διασπάσεων: 1) α-διάσπαση 235 92 U- 231 90 Th + 4 2 He

2) β-διάσπαση 14 6 C - 14 7 N + 0 -1 e

3) γ διάσπαση 1 0 n + 238 92 U - 239 92 U + γ

*Εσωτερική στ otoeffectείναι μια διαδικασία κατά την οποία ένα άτομο απορροφά μια ακτίνα γάμμα και εκπέμπει ένα ηλεκτρόνιο. Εφόσον ένα ηλεκτρόνιο εκτινάσσεται έξω από ένα από τα εσωτερικά φλοιά του ατόμου, ο κενός χώρος γεμίζει με ηλεκτρόνια από τα υπερκείμενα κελύφη. Και το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο συνοδεύεται από χαρακτηριστική ακτινοβολία ακτίνων Χ.

Τραπέζι 1. Παράμετροι ακτινοβολίας

	Φύση	Χρέωση	Μία από τις πηγές	Απορροφήθηκε	Ιονισμός	Απόκλιση σε ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο	Κίνδυνος υγείας
	πυρήνας ηλίου (2 proto-on, 2 neutron-on)		Ameri-tion-241	κομμάτι χαρτί		πολύ αδύναμο	χαμηλά μέχρι μέσα στο σώμα
	Ηλεκτρόνιο υψηλής ενέργειας		Στρόντιο-90	Φύλλο αλουμινίου 5mm			Καταστρέφει τα κύτταρα και το DNA
	Ηλεκτρομαγνητικά κύματα		κοβάλτιο-60	Φύλλο μολύβδου 25 mm (ένταση στο μισό)	πολύ αδύναμο		επικίνδυνο σε υψηλή ένταση

*Ιονισμός– η διαδικασία σχηματισμού αρνητικών και θετικών ιόντων και ελεύθερα ηλεκτρόνιααπό ηλεκτρικά ουδέτερα άτομα και μόρια.

Κεφάλαιο 3.

Φυσική ραδιενέργεια.

Η φυσική ραδιενέργεια (ή ακτινοβολία υποβάθρου) είναι συνέπεια της αυθόρμητης αποσύνθεσης των φυσικών ραδιοϊσοτόπων που βρίσκονται στα πετρώματα και τη ζωντανή ύλη. Αναπτύσσεται με βάθος λόγω των γύρω βράχων και με ύψος υπό την επίδραση κοσμικές ακτίνες. Ορισμένες περιοχές μπορεί να έχουν υψηλή φυσική ραδιενέργεια λόγω των πετρωμάτων (όπως τα πυριγενή πετρώματα όπως ο γρανίτης) που εκπέμπουν αέριο ραδονίου.

Τα φυσικά ραδιονουκλίδια μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες ομάδες- πρωτογενή, δηλαδή αυτά που σχηματίστηκαν ταυτόχρονα με τη σταθερή ύλη της Γης, και κοσμογονικά, τα οποία σχηματίζονται συνεχώς ως αποτέλεσμα πυρηνικών αντιδράσεων υπό την επίδραση της κοσμικής ακτινοβολίας ή έρχονται με εξωγήινη ύλη. Προφανώς, μέχρι σήμερα, μόνο εκείνα τα πρωτογενή ραδιονουκλεΐδια υπάρχουν στο περιβάλλον των οποίων ο χρόνος ημιζωής είναι συγκρίσιμος με την ηλικία της Γης.

Πίνακας 2. Κύρια πρωτογενή ραδιονουκλεΐδια

Ραδιονουκλίδιο		Μερίδιο σε φυσικό μείγμα ισοτόπων, %
	5 10 10

Τρία κύρια ραδιονουκλίδια - 238 U, 235 U και 232 Th - είναι οι ιδρυτές των φυσικών ραδιενεργών σειρών*. Με την πάροδο του χρόνου, δημιουργήθηκε μια κοσμική ισορροπία στη φυσική ραδιενεργή σειρά - κατάσταση στην οποία

Εικ.4 Ένα παράδειγμα σχηματισμού φυσικών ραδιενεργών σειρών.Στην οποία η ραδιενέργεια (!αλλά όχι ο αριθμός των πυρήνων!) όλων των μελών της σειράς είναι ίση μεταξύ τους.

Η κοσμική ισορροπία μεταξύ των ραδιονουκλεϊδίων δημιουργείται εάν ο χρόνος ημιζωής του μητρικού ραδιονουκλιδίου είναι μεγάλος σε σύγκριση με τον χρόνο ημιζωής του θυγατρικού.

Η συσσώρευση θυγατρικών ραδιονουκλεϊδίων υπακούει στο νόμο

A=A 0 (1η -λ t ) (14)

όπου ένας - δραστηριότητα του θυγατρικού ραδιονουκλιδίου, A 0 - δραστηριότητα του μητρικού ραδιονουκλιδίου, λ - σταθερά ραδιενεργού διάσπασης του θυγατρικού ραδιονουκλιδίου, t - χρόνος που έχει παρέλθει από την έναρξη της συσσώρευσης του θυγατρικού ραδιονουκλιδίου (υποτίθεται ότι στην αρχική στιγμή υπάρχει μόνο το μητρικό νουκλίδιο).

Τεχνητή ραδιενέργεια.

Ισότοπα που διασπώνται εκπέμποντας ποζιτρόνιο δεν υπάρχουν στη φύση. Τέτοιος

*Ραδιενεργές σειρές(ραδιενεργές οικογένειες) - σειρά γενετικά σχετιζόμενων ραδιενεργών νουκλεϊδίων, στα οποία κάθε επόμενο προκύπτει ως αποτέλεσμα α- ή β-διάσπασης του προηγούμενου.

Τα ισότοπα ελήφθησαν για πρώτη φορά τεχνητά το 1934 από τους F. και I. Joliot-Curie. Ανακάλυψαν ότι όταν ακτινοβολούνται με μια ροή σωματιδίων άλφα, οι πυρήνες του ισοτόπου αλουμινίου 27 13 Al μετατρέπονται σε πυρήνες του ισοτόπου φωσφόρου 30 15 P και εκπέμπονται ελεύθερα νετρόνια:

27 13 Ο Αλ + 4 2 Αυτός = 30 15 Π + 1 0 n (15)

Το τεχνητά παραγόμενο ισότοπο φωσφόρου 30 15 P αποδείχθηκε ραδιενεργό. ο πυρήνας του διασπάται με την εκπομπή ενός ποζιτρονίου:

30 15 Π = 30 14 Σι + 0 1 μι + 0 0 ν e (16)

Μεταγενέστερα πειράματα που βομβαρδίζουν τους ατομικούς πυρήνες σταθερών ισοτόπων με σωματίδια άλφα, πρωτόνια, νετρόνια και άλλα σωματίδια έδειξαν ότι μπορούν να ληφθούν τεχνητά ραδιενεργά ισότοπα σχεδόν για όλα τα στοιχεία.

Μεταξύ των ισοτόπων των ελαφρών στοιχείων (μέχρι το ασβέστιο), τα σταθερά είναι εκείνα στα οποία η περιεκτικότητα σε πρωτόνια και νετρόνια είναι περίπου η ίδια. Οι πυρήνες στους οποίους ο αριθμός των νετρονίων είναι αισθητά μεγαλύτερος από τον αριθμό των πρωτονίων αποδεικνύεται ότι είναι ασταθείς σε σχέση με την ηλεκτρονική διάσπαση βήτα. Τα ισότοπα με περίσσεια πρωτονίων σε σχέση με τον αριθμό των νετρονίων στον πυρήνα παρουσιάζουν διάσπαση βήτα ποζιτρονίων.

Εισέρχονται τεχνητά ραδιονουκλεΐδια περιβάλλονως αποτέλεσμα δοκιμών πυρηνικών όπλων, πυρηνικές εκρήξειςπου διεξάγονται για ειρηνικούς σκοπούς, καθώς και τις δραστηριότητες των επιχειρήσεων του κύκλου πυρηνικών καυσίμων. Τοπικές πηγές είναι ατυχήματα αεροσκαφών με πυρηνικά όπλαεπί του σκάφους, ο θάνατος των υποβρυχίων εξοπλισμένων με πυρηνικά σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειαςκαι πυρηνικά όπλα. Για αρκετά χρόνια, πολλές χώρες, συμπεριλαμβανομένης της ΕΣΣΔ, έριχναν υγρά ραδιενεργά απόβλητα στις θάλασσες και τα ποτάμια και πλημμύριζαν χρησιμοποιημένες πυρηνικές εγκαταστάσεις. Τα ατυχήματα συμβάλλουν επίσης στην ανθρωπογενή ραδιενέργεια στο περιβάλλον τεχνητούς δορυφόρουςΓη με πηγές πυρηνικής ενέργειας. Η ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας οδήγησε επίσης στο γεγονός ότι τα ραδιονουκλεΐδια εισήλθαν και συνεχίζουν να εισέρχονται στο περιβάλλον, τόσο κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής όσο και ως αποτέλεσμα καταστάσεων έκτακτης ανάγκης, εκ των οποίων το ατύχημα στο Πυρηνικός σταθμός του Τσερνομπίλ 26 Απριλίου 1986

Πυρηνικά όπλα.

Οποιοδήποτε από τα νετρόνια που εκπέμπονται από έναν πυρήνα κατά τη διάρκεια της σχάσης μπορεί με τη σειρά του να προκαλέσει τη σχάση ενός γειτονικού πυρήνα, ο οποίος εκπέμπει επίσης νετρόνια που μπορούν να προκαλέσουν περαιτέρω σχάση. Ως αποτέλεσμα, ο αριθμός των σχάσιμων πυρήνων αυξάνεται πολύ γρήγορα. Εμφανίζεται μια αλυσιδωτή αντίδραση. Μια πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση είναι μια αντίδραση κατά την οποία τα σωματίδια που την προκαλούν (νετρόνια) παράγονται ως προϊόντα της αντίδρασης.

Εικ.5 Πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση.Η αλυσιδωτή αντίδραση συνοδεύεται από την απελευθέρωση τεράστιας ενέργειας. Όταν κάθε πυρήνας διασπάται, απελευθερώνονται περίπου 200 MeV. Με την πλήρη σχάση όλων των πυρήνων που υπάρχουν σε 1 g ουρανίου, η ενέργεια που απελευθερώνεται είναι 2,3 10 4 kWh, ισοδύναμη με την ενέργεια που λαμβάνεται από την καύση 3 τόνων άνθρακα ή 2,5 τόνων πετρελαίου.

Αλλά για να πραγματοποιήσετε μια αλυσιδωτή αντίδραση, δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε κανέναν πυρήνα που διασπάται υπό την επίδραση νετρονίων. Για διάφορους λόγους, από τους πυρήνες που βρίσκονται στη φύση, μόνο οι πυρήνες ισοτόπων ουρανίου με αριθμό μάζας 235 είναι κατάλληλοι, δηλ. 238 92 U.

Για να συμβεί μια αλυσιδωτή αντίδραση, δεν είναι απαραίτητο κάθε νετρόνιο να προκαλεί απαραίτητα πυρηνική σχάση. Είναι απαραίτητο μόνο ο μέσος αριθμός των απελευθερωμένων νετρονίων σε μια δεδομένη μάζα ουρανίου να μην μειώνεται με την πάροδο του χρόνου.

Αυτή η συνθήκη θα ικανοποιηθεί εάν ο συντελεστής πολλαπλασιασμού νετρονίων k είναι μεγαλύτερος από ή ίσο με ένα. Ο συντελεστής πολλαπλασιασμού νετρονίων είναι ο λόγος του αριθμού των νετρονίων σε οποιαδήποτε «γενιά» προς τον αριθμό των νετρονίων στην προηγούμενη «γενιά». Η αλλαγή γενεάς νοείται ως πυρηνική σχάση, κατά την οποία απορροφώνται νετρόνια από την παλιά «γενιά» και γεννιούνται νέα νετρόνια.

Αν k1, τότε ο αριθμός των νετρονίων αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου ή παραμένει σταθερός και συμβαίνει η αλυσιδωτή αντίδραση. Στο κ<1 число нейтронов убывает и цепная реакция невозможна.

Ο ρυθμός αναπαραγωγής καθορίζεται από τους ακόλουθους τέσσερις παράγοντες:

1) σύλληψη αργών νετρονίων από πυρήνες ουρανίου με επακόλουθη σχάση και σύλληψη γρήγορων νετρονίων (επίσης με επακόλουθη σχάση).

2) σύλληψη νετρονίων από πυρήνες ουρανίου χωρίς σχάση.

3) σύλληψη νετρονίων από προϊόντα σχάσης, συντονιστές και δομικά στοιχεία της εγκατάστασης.

4) η εκπομπή νετρονίων από τη σχάσιμη ουσία προς τα έξω.

Μόνο η πρώτη διεργασία συνοδεύεται από αύξηση του αριθμού των νετρονίων (κυρίως λόγω της σχάσης των 235 92 U). Όλα τα άλλα οδηγούν στην απώλεια τους. Μια αλυσιδωτή αντίδραση στο καθαρό ισότοπο 238 92 U είναι αδύνατη, αφού σε αυτή την περίπτωση k<1 (число нейтронов, поглощаемых ядрами без деления, больше числа нейтронов, вновь образующихся за счет деления ядер).

Για να συμβεί μια ομοιόμορφη αλυσιδωτή αντίδραση, ο παράγοντας πολλαπλασιασμού νετρονίων πρέπει να είναι ίσος με τη μονάδα. Αυτή η ισότητα πρέπει να διατηρηθεί με μεγάλη ακρίβεια. Ήδη στο k=1,01 μια έκρηξη θα συμβεί σχεδόν αμέσως..

Μια ανεξέλεγκτη αλυσιδωτή αντίδραση με υψηλό συντελεστή πολλαπλασιασμού νετρονίων πραγματοποιείται σε μια ατομική βόμβα.

Για να συμβεί σχεδόν στιγμιαία απελευθέρωση ενέργειας (έκρηξη), η αντίδραση πρέπει να προχωρήσει με γρήγορα νετρόνια (χωρίς τη χρήση μεσολαβητών). Το εκρηκτικό είναι καθαρό ουράνιο ή πλουτώνιο. Για να συμβεί μια έκρηξη, το σχάσιμο υλικό πρέπει να υπερβαίνει ένα κρίσιμο μέγεθος. Αυτό επιτυγχάνεται είτε με γρήγορο συνδυασμό δύο τεμαχίων σχάσιμου υλικού με υποκρίσιμες διαστάσεις είτε με απότομη συμπίεση ενός τεμαχίου σε ένα μέγεθος στο οποίο η διαρροή νετρονίων μέσω της επιφάνειας πέφτει τόσο πολύ ώστε οι διαστάσεις του τεμαχίου να είναι υπερκρίσιμες.

Ρύζι. 6 Διάγραμμα ατομικής βόμβας.

Και τα δύο εκτελούνται με χρήση συμβατικών εκρηκτικών. Κατά τη διάρκεια μιας πυρηνικής έκρηξης, σχηματίζονται προϊόντα σχάσης, πυρηνική σύντηξη και ενεργοποίηση νετρονίων.

Όταν οι βαρείς πυρήνες διασπώνται υπό την επίδραση νετρονίων, σχηματίζονται εκατοντάδες διαφορετικά ραδιονουκλίδια με διαφορετικούς χρόνους ημιζωής. Η αναλογία των προϊόντων σχάσης εξαρτάται από τη φύση του σχάσιμου ραδιονουκλιδίου και την ενέργεια των νετρονίων. Η κατανομή των θυγατρικών προϊόντων κατά μαζικούς αριθμούς έχει δύο μέγιστα, που βρίσκονται στις περιοχές 85-105 και 130-150. Οι αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης συμβαίνουν κατά την έκρηξη των θερμοπυρηνικών όπλων. Σε αυτή την περίπτωση, συγκεκριμένα, η σύντηξη των πυρήνων δευτερίου και τριτίου συμβαίνει για να σχηματιστεί ένα σωματίδιο άλφα και ένα νετρόνιο. Όταν μια βόμβα εκρήγνυται, η θερμοκρασία φτάνει τα δεκάδες εκατομμύρια Κέλβιν. Σε αυτή τη θερμοκρασία, η πίεση αυξάνεται απότομα και σχηματίζεται ένα ισχυρό κύμα έκρηξης. Ταυτόχρονα, εμφανίζεται ισχυρή ακτινοβολία. Τα προϊόντα της αλυσιδωτής αντίδρασης μιας έκρηξης βόμβας είναι εξαιρετικά ραδιενεργά και επικίνδυνα για τους ζωντανούς οργανισμούς.

Ατομικές βόμβες χρησιμοποιήθηκαν από τις Ηνωμένες Πολιτείες στο τέλος του Β' Παγκοσμίου Πολέμου κατά της Ιαπωνίας. Το 1945, έπεσαν στις ιαπωνικές πόλεις Χιροσίμα και Ναγκασάκι.

Αυτές οι πράξεις μαζικής καταστροφής δεν προκλήθηκαν από στρατιωτική αναγκαιότητα, καθώς εκείνη την εποχή η παράδοση της Ιαπωνίας ήταν ήδη ένα προκαθορισμένο συμπέρασμα. Με τη δημιουργία των πυρηνικών όπλων, η νίκη στον πόλεμο έγινε αδύνατη. Ένας πυρηνικός πόλεμος μπορεί να οδηγήσει στην καταστροφή της ανθρωπότητας, γι' αυτό οι λαοί σε όλο τον κόσμο αγωνίζονται επίμονα για την απαγόρευση των πυρηνικών όπλων. Η δοκιμή πυρηνικών όπλων στην ατμόσφαιρα έχει γίνει η κύρια πηγή τεχνητής ραδιενέργειας στο περιβάλλον (έως και 95%). Η πτώση ραδιονουκλεϊδίων εμφανίστηκε ετερογενώς σε όλη την επιφάνεια του πλανήτη. Περίπου το 76% των παγκόσμιων κρουσμάτων στροντίου-90 σημειώθηκε στο βόρειο ημισφαίριο, όπου διεξήχθη το 90% των συνολικών δοκιμών. Η μέγιστη παγκόσμια πτώση σημειώθηκε στους 40-50° Β.

Κατά τις υπόγειες πυρηνικές εκρήξεις, τα περισσότερα από τα ραδιονουκλεΐδια παραμένουν στην κοιλότητα της έκρηξης, αλλά σε πολλές περιπτώσεις υπάρχει απελευθέρωση ραδιενεργών αερίων και άλλων πτητικών προϊόντων έκρηξης στην ατμόσφαιρα.

Σε μια θερμοπυρηνική (υδρογόνο) βόμβα, η πηγή της υψηλής θερμοκρασίας, η οποία είναι απαραίτητη για τη θερμοπυρηνική σύντηξη, είναι η έκρηξη μιας ατομικής βόμβας (ουράνιο ή πλουτώνιο) που βρίσκεται μέσα στη θερμοπυρηνική βόμβα. Οι τεχνικές δυνατότητες αύξησης της ενέργειας έκρηξης αυτών των βομβών είναι απεριόριστες.

Παράδειγμα αλυσιδωτής αντίδρασης: 239 92 U → 239 93 Np + 0 -1 e

239 93 Np → 239 9 4 Pu + 0 -1 e

Ατομικός αντιδραστήρας.

Οι πυρήνες ουρανίου, ειδικά οι πυρήνες του ισοτόπου 235 92 U, συλλαμβάνουν αποτελεσματικότερα αργά νετρόνια. Η πιθανότητα σύλληψης αργών νετρονίων με επακόλουθη σχάση πυρήνων είναι εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από τα γρήγορα. Ως εκ τούτου, σε πυρηνικούς αντιδραστήρες που τροφοδοτούνται από φυσικό ουράνιο, χρησιμοποιούνται συντονιστές νετρονίων για την αύξηση του "συντελεστή πολλαπλασιασμού νετρονίων"

Εικ.7 Ατομικός αντιδραστήρας.

Τα κύρια στοιχεία ενός πυρηνικού αντιδραστήρα: πυρηνικό καύσιμο (235 92 U, 239 92 Pu, 238 92 U, κ.λπ.), συντονιστής νετρονίων (βαρύ ή συνηθισμένο νερό, γραφίτης κ.λπ.), ψυκτικό για την αφαίρεση της ενέργειας που παράγεται κατά τη λειτουργία του αντιδραστήρα (νερό, υγρό νάτριο κ.λπ.) και μια συσκευή για τη ρύθμιση του ρυθμού αντίδρασης (στο χώρο εργασίας του αντιδραστήρα εισάγονται ράβδοι που περιέχουν κάδμιο ή βόριο, ουσίες που απορροφούν καλά τα νετρόνια).

Το εξωτερικό του αντιδραστήρα περιβάλλεται από ένα προστατευτικό κέλυφος που συγκρατεί

γ-ακτινοβολία και νετρόνια. Το κέλυφος είναι κατασκευασμένο από σκυρόδεμα με πληρωτικό σιδήρου.

Ο καλύτερος συντονιστής είναι το βαρύ νερό. Το ίδιο το συνηθισμένο νερό συλλαμβάνει νετρόνια και μετατρέπεται σε βαρύ νερό. Ο γραφίτης, του οποίου οι πυρήνες δεν απορροφούν νετρόνια, θεωρείται επίσης καλός μεσολαβητής.

Ο συντελεστής πολλαπλασιασμού k μπορεί να γίνει ίσος με μονάδα μόνο εάν οι διαστάσεις του αντιδραστήρα και, κατά συνέπεια, η μάζα του ουρανίου υπερβαίνουν ορισμένες κρίσιμες τιμές. Η κρίσιμη μάζα είναι η μικρότερη μάζα σχάσιμου υλικού στην οποία μπορεί να συμβεί μια πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση.

Με μικρά μεγέθη, η διαρροή νετρονίων μέσω της επιφάνειας του πυρήνα του αντιδραστήρα (ο όγκος στον οποίο βρίσκονται οι ράβδοι ουρανίου) είναι πολύ μεγάλη.

Καθώς το μέγεθος του συστήματος αυξάνεται, ο αριθμός των πυρήνων που εμπλέκονται στη σχάση αυξάνεται ανάλογα με τον όγκο και ο αριθμός των νετρονίων που χάνονται λόγω διαρροής αυξάνεται ανάλογα με την επιφάνεια.

Επομένως, αυξάνοντας το μέγεθος του συστήματος, είναι δυνατό να επιτευχθεί μια τιμή του συντελεστή πολλαπλασιασμού k περίπου ίση με 1. Το σύστημα θα έχει κρίσιμο μέγεθος εάν ο αριθμός των νετρονίων που χάνονται λόγω σύλληψης και διαρροής είναι ίσος με τον αριθμό των νετρονίων που λαμβάνονται κατά τη διαδικασία της σχάσης. Οι κρίσιμες διαστάσεις και, κατά συνέπεια, η κρίσιμη μάζα καθορίζονται από τον τύπο του πυρηνικού καυσίμου, τον συντονιστή και τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού του αντιδραστήρα.

Για καθαρό (χωρίς συντονιστή) σφαιρικό ουράνιο 235 92 U, η κρίσιμη μάζα είναι περίπου 50 kg. Σε αυτή την περίπτωση, η ακτίνα της μπάλας είναι περίπου 9 cm (το ουράνιο είναι μια πολύ βαριά ουσία). Χρησιμοποιώντας συντονιστές νετρονίων και ένα κέλυφος βηρυλλίου που αντανακλά τα νετρόνια, ήταν δυνατό να μειωθεί η κρίσιμη μάζα στα 250 g.

Ο αντιδραστήρας ελέγχεται χρησιμοποιώντας ράβδους που περιέχουν κάδμιο ή βόριο. Όταν οι ράβδοι εκτείνονται από τον πυρήνα του αντιδραστήρα k>1, και όταν οι ράβδοι ανασύρονται πλήρως k<1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Ατυχήματα.

Επί του παρόντος, πέντε νεκρά πυρηνικά υποβρύχια (δύο αμερικανικά και τρία εγχώρια), τα οποία είναι πιθανές πηγές ανθρωπογενών ραδιονουκλεϊδίων, βρίσκονται στον πυθμένα του Ατλαντικού Ωκεανού. Ωστόσο, όπως φαίνεται από μακροχρόνιες παρατηρήσεις του πυρηνικού υποβρυχίου Komsomolets που βυθίστηκε στη Νορβηγική Θάλασσα, η είσοδος ραδιονουκλεϊδίων έξω από το κύτος του σκάφους γίνεται εξαιρετικά αργά, επιπλέον, πολλά ραδιονουκλεΐδια απορροφώνται σταθερά από ιζήματα βυθού, έτσι βυθισμένα πυρηνικά τα υποβρύχια προφανώς αποτελούν σοβαρή απειλή για το περιβάλλον μην φανταστείτε.

Το 1968, 11 χλμ δυτικά της αεροπορικής βάσης Thule, κοντά στις ακτές της Γροιλανδίας, ένα αμερικανικό αεροσκάφος B-52 που μετέφερε τέσσερις πυρηνικές κεφαλές συνετρίβη. Ως αποτέλεσμα της έκρηξης του αεροσκάφους, το πλουτώνιο που περιέχεται στα πυρομαχικά αναμίχθηκε με πάγο και επίσης εισήλθε εν μέρει κάτω από τον πάγο με θραύσματα κεφαλών. Ως αποτέλεσμα, περίπου 1 TBq πλουτωνίου κατέληξε στα ιζήματα του πυθμένα. Το 1966, δύο αεροσκάφη της Αμερικανικής Πολεμικής Αεροπορίας συγκρούστηκαν στον αέρα πάνω από τις ακτές της Ισπανίας. Ως αποτέλεσμα, τέσσερις θερμοπυρηνικές βόμβες έπεσαν: τρεις έπεσαν στην ξηρά, μία έπεσε στη Μεσόγειο Θάλασσα. Ωστόσο, αυτά τα περιστατικά δεν είχαν σοβαρές περιβαλλοντικές συνέπειες, επειδή το μεγαλύτερο μέρος του πλουτωνίου αφαιρέθηκε ως αποτέλεσμα έγκαιρων προσπαθειών απολύμανσης.

Το 1964, ένας αμερικανικός δορυφόρος πλοήγησης συνετρίβη: δεν μπήκε σε τροχιά και έπεσε στον Ινδικό Ωκεανό. Η τροφοδοσία του δορυφόρου παρείχε μια ισότοπη πηγή ενέργειας. Το ατύχημα του δορυφόρου είχε ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση 629 TBq 238 Pu στην ατμόσφαιρα. Περίπου το 95% αυτού του πλουτωνίου έπεσε στην επιφάνεια της Γης μέχρι τα τέλη του 1970. Η πτώση του δορυφόρου οδήγησε σε σημαντική αλλαγή στην αναλογία των ισοτόπων πλουτωνίου στην παγκόσμια πτώση.

Το ατύχημα του σοβιετικού δορυφόρου Kosmos-954 το 1978 οδήγησε στην απελευθέρωση προϊόντων σχάσης από τον ενσωματωμένο πυρηνικό αντιδραστήρα στο περιβάλλον. Περίπου τα τρία τέταρτα της συνολικής ποσότητας ραδιονουκλεϊδίων που διαχέονται στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Τα συντρίμμια έπεσαν στη Βόρεια Αμερική.

Υπάρχει ένας αριθμός γνωστών ατυχημάτων σε επιχειρήσεις κύκλου πυρηνικών καυσίμων. Για παράδειγμα, ένα ατύχημα σε ερευνητικό αντιδραστήρα που περιελάμβανε μια κατάρρευση του πυρήνα συνέβη στο Sellafield το 1957.

Στις 27 Σεπτεμβρίου 1957, συνέβη ένα ατύχημα στο Kyshtym (περιοχή Chelyabinsk) σε μια μονάδα επεξεργασίας ραδιενεργών αποβλήτων, όπου υπήρχαν περίπου 60 υδρόψυκτες δεξαμενές από ανοξείδωτο χάλυβα με όγκο 250 m 3 που περιείχαν απόβλητα υψηλής ραδιενέργειας. Από διακοπή παροχής νερού ψύξης σημειώθηκε έκρηξη ισχύος 5-10 kt. Εκκενώθηκαν 23 οικισμοί με πληθυσμό 10.180 κατοίκους. Το ραδιενεργό νέφος ανέβηκε σε ύψος 1 χλμ και άρχισε να κινείται προς τα βορειοανατολικά.

Εικ.8 Διάγραμμα πυρηνικού σταθμού.

Ωστόσο, το πιο σοβαρό ατύχημα συνέβη στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ τη νύχτα της 26ης Απριλίου 1986. Στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ εγκαταστάθηκαν αντιδραστήρες τύπου RBMK (αντιδραστήρας βραστό νερό υψηλής ισχύος), το κύριο συστατικό των εκπομπών των οποίων στο περιβάλλον είναι το RG (ραδιενεργά αέρια), τα οποία δεν δημιουργούν κίνδυνο εσωτερικής ακτινοβολίας. Το τυπικό φορτίο του RBMK είναι 192 τόνοι πυρηνικού καυσίμου (UO 2) με εμπλουτισμό 2% και 1760 τόνους γραφίτη. Για να αποφευχθεί η οξείδωση του γραφίτη, ένα μείγμα αερίων που αποτελείται από 80% ήλιο και 20% υδρογόνο παρέχεται στο περίβλημα του αντιδραστήρα. Μια πλήρης εκστρατεία καυσίμων διαρκεί 1080 ημέρες. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, πάνω από 500 ραδιονουκλεΐδια από τρίτιο σε κούριο με συνολική δραστηριότητα 6,8 10 20 Bq συσσωρεύονται στο καύσιμο. Μεταξύ αυτών των ραδιονουκλεϊδίων υπάρχουν αρκετά βραχύβια, η δραστηριότητα των οποίων μειώνεται γρήγορα με την πάροδο του χρόνου.

Το ατύχημα στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ συνέβη ως αποτέλεσμα κατάφωρων παραβιάσεων των κανονισμών ασφαλείας κατά τη διακοπή λειτουργίας της 4ης μονάδας για αντικατάσταση στοιχείων καυσίμου. Έγινε μια έκρηξη. Διασπορά μεγάλων θραυσμάτων καυσίμου παρατηρήθηκε σε αποστάσεις έως και εκατοντάδες μέτρα. Τότε ο γραφίτης πήρε φωτιά. Από τη συνολική ποσότητα ραδιονουκλεϊδίων που συσσωρεύτηκε στον αντιδραστήρα RBMK κατά το ατύχημα της 4ης μονάδας του πυρηνικού σταθμού του Τσερνομπίλ, σημαντικό μέρος απελευθερώθηκε στο περιβάλλον. Καθώς το συστατικό γραφίτη του πυρήνα του αντιδραστήρα καίγονταν, επέτρεψε στο υπόλοιπο καύσιμο να διαβρώσει την κάτω βιολογική ασπίδα (LBS) και να διαρρεύσει στα κάτω μέρη του κτιρίου του αντιδραστήρα. Μετά από εννέα ημέρες, ο πυρήνας του αντιδραστήρα στερεοποιήθηκε γρήγορα και το ατύχημα σταμάτησε χωρίς άμεση ανθρώπινη παρέμβαση (η ρίψη διαφόρων υλικών από ελικόπτερο ήταν αναποτελεσματική). Η θερμότητα της αποσύνθεσης μειώθηκε γρήγορα λόγω της παγίδευσης των περιβαλλόντων υλικών (ανοξείδωτος χάλυβας και σερπεντίνη NBZ) σε συνδυασμό με την ταχεία εξάπλωση του τηγμένου καυσίμου έως και 40 μέτρα από το επίκεντρο του τηγμένου πυρήνα.

Κατά τις πρώτες 9 ημέρες μετά το ατύχημα, παρατηρήθηκαν τέσσερις φάσεις της διαδικασίας:

Τρίτη φάση (2-5 Μαΐου) - ο πυρήνας θερμαίνεται σε θερμοκρασίες πάνω από 2000°C. λαμβάνει χώρα μια αντίδραση μεταξύ οξυγόνου και γραφίτη. Οι μορφές αερολύματος προϊόντων σχάσης συνδυάζονται με σωματίδια γραφίτη.

Η τέταρτη φάση (5-6 Μαΐου) είναι μια ταχεία μείωση των εκπομπών προϊόντων σχάσης που σχετίζεται με τη διακοπή της διαδικασίας σχάσης.

Η απελευθέρωση ραδιενεργών προϊόντων στην ατμόσφαιρα συνεχίστηκε μέχρι τα τέλη Αυγούστου με ρυθμό αρκετών ωρών την ημέρα.

Η σαρκοφάγος, που χτίστηκε γύρω από τη μονάδα έκτακτης ανάγκης, περιέχει από 1270 έως 1350 τόνους υλικών που περιέχουν καύσιμα (περίπου το 10,5% του πυρηνικού καυσίμου που καίγεται μερικώς από αυτό), 64.000 m 3 άλλων υλικών (τσιμέντο, δομικά υλικά κ.λπ.), περίπου 10.000 τόνους μεταλλικών κατασκευών κτιρίων και από 800 έως 1000 τόνους μολυσμένου νερού. Σημαντική ποσότητα καισίου-137 παραμένει στα υπολείμματα στερεοποιημένου καυσίμου (35% της αρχικής του ποσότητας).

Τα κύρια σημεία μόλυνσης στο έδαφος της πρώην ΕΣΣΔ είναι περιοχές με επίπεδο ραδιενέργειας στο έδαφος άνω των 560 kBq/m 2. Μεγάλες περιοχές στην Ουκρανία και τη Λευκορωσία είχαν επίπεδα ραδιενέργειας πάνω από 40 kBq/m2. Η πιο μολυσμένη περιοχή ήταν η ζώνη των 30 χιλιομέτρων που περιβάλλει τον αντιδραστήρα, όπου το επίπεδο μόλυνσης από καίσιο-137 ξεπερνούσε συνήθως τα 1500 kBq/m 2 . Στο πιο μολυσμένο σημείο Bryansk-Λευκορωσίας, που βρίσκεται 200 ​​km βόρεια-βορειοανατολικά του 4ου οικοπέδου, το επίπεδο μόλυνσης με καίσιο-137 έφτασε τα 5 MBq/m 2.

Τα εξαιρετικά υψηλά επίπεδα ρύπων, συμπεριλαμβανομένων κατά τόπους χιλιάδων χιλιομέτρων από τον τόπο του ατυχήματος, σχετίζονται κυρίως με βροχή. Οι ξηρές κρούσεις έπαιξαν σημαντικά μικρότερο ρόλο στην εξάπλωση των ραδιονουκλεϊδίων του Τσερνομπίλ από ό,τι στην περίπτωση της πτώσης μετά από δοκιμές πυρηνικών όπλων.

Όλα αυτά τα ατυχήματα είναι ένα ξεκάθαρο παράδειγμα του πόσο επικίνδυνη μπορεί να είναι η ακτινοβολία.

Μέρος 3.

Η επίδραση μικρών δόσεων ακτινοβολίας σε ζωντανό οργανισμό.

Αυτό το θέμα δεν είναι το κύριο για το δοκίμιό μου, επομένως θα πω πολύ λίγα γι 'αυτό.

Ο μηχανισμός της ακτινοβολίας που επηρεάζει τα βιολογικά αντικείμενα δεν έχει ακόμη μελετηθεί επαρκώς. Αλλά είναι σαφές ότι καταλήγει στον ιονισμό των ατόμων και των μορίων και αυτό οδηγεί σε αλλαγή της χημικής τους δραστηριότητας. Οι πυρήνες των κυττάρων είναι πιο ευαίσθητοι στην ακτινοβολία, ειδικά τα κύτταρα που διαιρούνται γρήγορα. Επομένως, πρώτα απ 'όλα, η ακτινοβολία επηρεάζει τον μυελό των οστών, ο οποίος διαταράσσει τη διαδικασία σχηματισμού αίματος. Ακολουθεί βλάβη στα κύτταρα του πεπτικού συστήματος και άλλων οργάνων.

Η ακτινοβολία έχει ισχυρή επίδραση στην κληρονομικότητα, επηρεάζοντας τα γονίδια στα χρωμοσώματα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, αυτό το αποτέλεσμα είναι δυσμενές.

Η ακτινοβόληση ζωντανών οργανισμών μπορεί επίσης να έχει ορισμένα οφέλη. Τα ταχέως πολλαπλασιαζόμενα κύτταρα σε κακοήθεις (καρκινικούς) όγκους είναι πιο ευαίσθητα στην ακτινοβολία από τα φυσιολογικά κύτταρα. Αυτή είναι η βάση για την καταστολή ενός καρκινικού όγκου με ακτίνες γ ραδιενεργών φαρμάκων, που είναι πιο αποτελεσματικά για το σκοπό αυτό από τις ακτίνες Χ.

Η επίδραση της ακτινοβολίας στους ζωντανούς οργανισμούς χαρακτηρίζεται από τη δόση ακτινοβολίας. Η απορροφούμενη δόση ακτινοβολίας είναι ο λόγος της απορροφούμενης ενέργειας Ε της ιονίζουσας ακτινοβολίας προς τη μάζα m της ακτινοβολούμενης ουσίας:

D=E/m (17)

Στο SI, η απορροφούμενη δόση ακτινοβολίας εκφράζεται σε γκρι (συντομογραφία: Gy). 1 Gy ισούται με την απορροφούμενη δόση ακτινοβολίας στην οποία 1 J ενέργειας ιονίζουσας ακτινοβολίας μεταφέρεται σε μια ακτινοβολημένη ουσία βάρους 1 kg.

Η φυσική ακτινοβολία υποβάθρου (κοσμικές ακτίνες, ραδιενέργεια του περιβάλλοντος και του ανθρώπινου σώματος) ανέρχεται σε δόση ακτινοβολίας περίπου 2-10 -3 Gy ανά άτομο ανά έτος. Η Διεθνής Επιτροπή για την Ακτινοπροστασία έχει καθορίσει μέγιστη επιτρεπόμενη ετήσια δόση 0,05 Gy για άτομα που εργάζονται με ακτινοβολία. Μια δόση ακτινοβολίας 3-10 Gy που λαμβάνεται σε σύντομο χρονικό διάστημα είναι θανατηφόρα.

Το ραδόνιο και τα προϊόντα διάσπασής του συμβάλλουν σημαντικά στην ανθρώπινη έκθεση. Είναι αυτός που προκαλεί ιδιαίτερη ανησυχία στους επιστήμονες. Σύμφωνα με κυβερνητικούς ειδικούς, λόγω του ραδονίου και των προϊόντων διάσπασής του, οι άνθρωποι λαμβάνουν τα 3/4 της δόσης της συνολικής ποσότητας ακτινοβολίας που λαμβάνεται κατά την έκθεση σε φυσικές πηγές ακτινοβολίας. Έτσι, η αρνητική επίδραση του ραδονίου στην ανθρώπινη υγεία υπερβαίνει σημαντικά την επίδραση της ακτινοβολίας που εκλύεται στο περιβάλλον από τους πυρηνικούς σταθμούς.

Η κύρια πηγή αυτού του ραδιενεργού ευγενούς αερίου είναι ο φλοιός της γης, όπου σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της φυσικής ραδιενεργής αποσύνθεσης. Διεισδύοντας μέσα από ρωγμές και ρωγμές στη θεμελίωση, το δάπεδο και τους τοίχους, το ραδόνιο εισέρχεται στους πρώτους ορόφους των κτιρίων και των υπογείων και παραμένει και συσσωρεύεται εκεί (το ραδόνιο είναι 7,5 φορές βαρύτερο από τον αέρα). Ως αποτέλεσμα, οι συγκεντρώσεις ραδονίου στους επάνω ορόφους των πολυώροφων κτιρίων είναι συνήθως χαμηλότερες από ό,τι στο ισόγειο.

Μια άλλη πηγή ραδονίου εσωτερικού χώρου είναι τα ίδια τα οικοδομικά υλικά (σκυρόδεμα, τούβλα κ.λπ.), τα οποία περιέχουν φυσικά ραδιονουκλεΐδια. Περνάμε έως και το 80% του χρόνου μας σε εσωτερικούς χώρους - στο σπίτι ή στη δουλειά. Από τη μία πλευρά, τα κτίρια προστατεύουν από την εξωτερική ακτινοβολία, αλλά εάν τα υλικά από τα οποία είναι κατασκευασμένα περιέχουν φυσικά ραδιονουκλεΐδια, τότε το κτίριο μετατρέπεται από προστατευτική δομή σε πηγή κινδύνου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι τόσο σημαντικό να αγοράζετε οικοδομικά υλικά που δεν είναι επικίνδυνα για την υγεία. Ειδικά όταν πρόκειται για την κατασκευή ή τη διακόσμηση του δικού σας σπιτιού, το οποίο έχει σχεδιαστεί για να διαρκέσει για περισσότερες από μία γενιές.

Ένα άτομο λαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος της δόσης ακτινοβολίας από το ραδόνιο ενώ βρίσκεται σε ένα κλειστό, μη αεριζόμενο δωμάτιο. Ο τακτικός αερισμός μειώνει τη συγκέντρωση του ραδονίου αρκετές φορές.

Με την παρατεταμένη έκθεση στο ραδόνιο και τα προϊόντα του στο ανθρώπινο σώμα, ο κίνδυνος καρκίνου του πνεύμονα αυξάνεται πολλαπλάσια. Έτσι, η Αμερικανική Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος πιστεύει ότι το ραδόνιο κατέχει τη δεύτερη θέση μετά το κάπνισμα σε μια σειρά από αιτίες αυτής της ασθένειας.

Οι επιπτώσεις της ακτινοβολίας στον άνθρωπο γενικά χωρίζονται σε δύο κατηγορίες:

1) Σωματικό (σωματικό) - εμφανίζεται στο σώμα ενός ατόμου που έχει εκτεθεί σε ακτινοβολία.

2) Γενετική - σχετίζεται με βλάβη στον γενετικό μηχανισμό και εκδηλώνεται στις επόμενες ή επόμενες γενιές: αυτά είναι παιδιά, εγγόνια και πιο μακρινοί απόγονοι ενός ατόμου που εκτίθεται σε ακτινοβολία.

Πίνακας 3. Επιπτώσεις ακτινοβολίας της ανθρώπινης έκθεσης.

Μέρος 4. Μέθοδοι καταχώρισης σωματιδίων.

Μετρητής εκκένωσης αερίου.

Σε σχέση με την εξάπλωση του αυτόματου ελέγχου διαφόρων διαδικασιών παραγωγής που χρησιμοποιούν πηγές ραδιενεργής ακτινοβολίας, έχουν γίνει ευρέως χρησιμοποιούμενοι μετρητές εκκένωσης αερίων που καταγράφουν αυτές τις ακτινοβολίες. Το έργο του βασίζεται στην ιονίζουσα επίδραση της ραδιενεργής ακτινοβολίας.

Εικ.9 Μετρητής εκκένωσης αερίου.

Ένας μετρητής εκκένωσης αερίου είναι ένας γυάλινος ή μεταλλικός κύλινδρος με δύο ηλεκτρόδια - εξωτερικό (κάθοδος (2)) και εσωτερικό (άνοδος (1)). Η κάθοδος είναι είτε ένας μεταλλικός κύλινδρος είτε ένα αγώγιμο στρώμα που εναποτίθεται στην εσωτερική επιφάνεια ενός γυάλινου κυλίνδρου. Η άνοδος είναι ένα λεπτό μεταλλικό σύρμα τεντωμένο μέσα στον κύλινδρο κατά μήκος του άξονά του.

Ο μετρητής συνήθως γεμίζεται με ένα ειδικό μείγμα αερίων υπό πίεση 100 mmHg. Τέχνη.

Όταν το αέριο μέσα στον μετρητή δεν ιονίζεται από πυρηνικά σωματίδια, παρά την τάση που εφαρμόζεται σε αυτό, δεν ρέει ρεύμα μεταξύ των ηλεκτροδίων του. Μόλις το αέριο μέσα στον μετρητή ιονιστεί από πυρηνικά σωματίδια που έχουν εισέλθει σε αυτόν, θα εμφανιστεί ηλεκτρικό ρεύμα στο κύκλωμα του μετρητή.

Η πηγή ιονισμού αερίου μπορεί να είναι οι ακτίνες γ-, α- και β, οι ακτίνες Χ και η υπεριώδης ακτινοβολία. Για τη λειτουργία του μετρητή, χρησιμοποιείται ένας τρόπος λειτουργίας στον οποίο το ρεύμα στο κύκλωμα μετρητή είναι ανάλογο με τον αριθμό των ιονιζόντων σωματιδίων. Αυτή η λειτουργία ονομάζεται «περιοχή Geiger» και χρησιμοποιείται για τη λειτουργία μετρητών εκκένωσης αερίου. Μια αντίσταση της τάξης του 1 - 10 MΩ συνδέεται σε σειρά με τον μετρητή, που είναι ένα φορτίο από τους ακροδέκτες του οποίου αφαιρούνται οι παλμοί τάσης. Ο ρυθμός επανάληψης του παλμού είναι ανάλογος με τον αριθμό των σωματιδίων που προκαλούν ιονισμό.

Ένας μετρητής εκκένωσης αερίου αντιλαμβάνεται την πυρηνική ακτινοβολία και τη μετατρέπει σε ηλεκτρικούς παλμούς. Αυτοί οι παλμοί εισέρχονται στη συσκευή εγγραφής. Ο αριθμός των εισερχόμενων παλμών χαρακτηρίζει τον βαθμό ραδιενέργειας.

Στην πράξη χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι μετρητών που ανταποκρίνονται σε διάφορες ακτινοβολίες. Είναι σχεδιασμένα για διαφορετικές τάσεις λειτουργίας, έχουν διαφορετική διάρκεια ζωής, υπολογισμένη σε εκατομμύρια παλμούς, καθώς και διαφορετικά μεγέθη - μήκος και διάμετρο.

Μετρητής Geiger-Muller.

Αυτή είναι μια συσκευή εκκένωσης αερίου για τη μέτρηση του αριθμού των ιονιζόντων σωματιδίων που εισέρχονται σε αυτήν. Είναι ένας πυκνωτής γεμάτος αέριο που διασπάται όταν ένα ιονίζον σωματίδιο διέρχεται από έναν όγκο αερίου.

Ένα πρόσθετο ηλεκτρονικό κύκλωμα παρέχει στον μετρητή ισχύ (συνήθως τουλάχιστον 300 V), παρέχει, εάν είναι απαραίτητο, ακύρωση εκφόρτισης και μετράει τον αριθμό των εκφορτίσεων μέσω του μετρητή.

Οι μετρητές Geiger χωρίζονται σε μη αυτοσβενόμενους και αυτοσβέσιμους (που δεν απαιτούν εξωτερικό κύκλωμα τερματισμού εκφόρτισης).

Η ευαισθησία του μετρητή καθορίζεται από τη σύνθεση του αερίου, τον όγκο του και το υλικό (και το πάχος) των τοιχωμάτων του.

Η ευρεία χρήση του μετρητή Geiger-Müller εξηγείται από την υψηλή ευαισθησία του, την ικανότητα ανίχνευσης διαφόρων τύπων ακτινοβολίας και τη συγκριτική απλότητα και το χαμηλό κόστος εγκατάστασης. Ο μετρητής εφευρέθηκε το 1908 από τον Geiger και βελτιώθηκε από τον Müller.

Εικ.10 Μετρητής Geiger-Muller.

Ένας κυλινδρικός μετρητής Geiger-Muller αποτελείται από έναν μεταλλικό σωλήνα ή έναν γυάλινο σωλήνα επιμεταλλωμένο από το εσωτερικό και ένα λεπτό μεταλλικό νήμα τεντωμένο κατά μήκος του άξονα του κυλίνδρου. Το νήμα χρησιμεύει ως άνοδος, ο σωλήνας ως κάθοδος. Ο σωλήνας είναι γεμάτος με σπάνιο αέριο· στις περισσότερες περιπτώσεις, χρησιμοποιούνται τα ευγενή αέρια αργό και νέον. Μια τάση περίπου 1500 V δημιουργείται μεταξύ της καθόδου και της ανόδου.

Ο μετρητής λειτουργεί με βάση τον ιονισμό κρούσης. γ-κβάντα που εκπέμπονται από ένα ραδιενεργό ισότοπο, χτυπώντας τα τοιχώματα του απαριθμητή, βγάζουν ηλεκτρόνια έξω από αυτό. Τα ηλεκτρόνια που κινούνται μέσα από το αέριο και συγκρούονται με άτομα αερίου εκτινάσσουν τα ηλεκτρόνια από τα άτομα και δημιουργούν θετικά ιόντα και ελεύθερα ηλεκτρόνια. Το ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ της καθόδου και της ανόδου επιταχύνει τα ηλεκτρόνια σε ενέργειες στις οποίες αρχίζει ο ιονισμός κρούσης. Εμφανίζεται μια χιονοστιβάδα ιόντων και το ρεύμα μέσω του μετρητή αυξάνεται απότομα. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένας παλμός τάσης στην αντίσταση R, ο οποίος τροφοδοτείται στη συσκευή εγγραφής. Για να καταγράψει ο μετρητής το επόμενο σωματίδιο που τον χτυπά, πρέπει να σβήσει το φορτίο χιονοστιβάδας. Αυτό συμβαίνει αυτόματα. Τη στιγμή που εμφανίζεται ο παλμός ρεύματος, εμφανίζεται μια μεγάλη πτώση τάσης στην αντίσταση R, έτσι η τάση μεταξύ της ανόδου και της καθόδου μειώνεται απότομα, τόσο πολύ ώστε η εκφόρτιση σταματά και ο μετρητής είναι έτοιμος για χρήση ξανά.

Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του μετρητή είναι η απόδοσή του. Δεν θα δώσουν όλα τα γ-φωτόνια που χτυπούν τον μετρητή δευτερεύοντα ηλεκτρόνια και θα καταγραφούν, καθώς οι πράξεις αλληλεπίδρασης των ακτίνων γ με την ύλη είναι σχετικά σπάνιες και μερικά από τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια απορροφώνται στα τοιχώματα της συσκευής χωρίς να φτάσουν στο αέριο Ενταση ΗΧΟΥ

Η απόδοση του μετρητή εξαρτάται από το πάχος των τοιχωμάτων του πάγκου, το υλικό τους και την ενέργεια της γ-ακτινοβολίας. Οι πιο αποτελεσματικοί μετρητές είναι εκείνοι των οποίων τα τοιχώματα είναι κατασκευασμένα από υλικό με υψηλό ατομικό αριθμό, καθώς αυτό αυξάνει τον σχηματισμό δευτερογενών ηλεκτρονίων. Επιπλέον, τα τοιχώματα του πάγκου πρέπει να είναι αρκετά παχιά. Το πάχος του αντίθετου τοιχώματος επιλέγεται από την προϋπόθεση ότι είναι ίσο με τη μέση ελεύθερη διαδρομή των δευτερευόντων ηλεκτρονίων στο υλικό του τοίχου. Εάν το πάχος του τοιχώματος είναι μεγάλο, τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια δεν θα περάσουν στον όγκο εργασίας του μετρητή και δεν θα εμφανιστεί παλμός ρεύματος. Δεδομένου ότι η ακτινοβολία γάμμα αλληλεπιδρά ασθενώς με την ύλη, συνήθως η απόδοση των γ-μετρητών είναι επίσης χαμηλή και ανέρχεται μόνο σε 1-2%. Ένα άλλο μειονέκτημα του μετρητή Geiger-Muller είναι ότι δεν παρέχει τη δυνατότητα αναγνώρισης σωματιδίων και προσδιορισμού της ενέργειάς τους.

Φούσκα Θάλαμος

Αυτός είναι ένας ανιχνευτής τροχιάς στοιχειωδών φορτισμένων σωματιδίων, στον οποίο η διαδρομή (ίχνος) ενός σωματιδίου σχηματίζεται από μια αλυσίδα φυσαλίδων ατμού κατά μήκος της τροχιάς της κίνησής του. Εφευρέθηκε από τον A. Glaser το 1952 (Βραβείο Νόμπελ 1960).

Η αρχή λειτουργίας του θαλάμου φυσαλίδων θυμίζει την αρχή του θαλάμου Wilson. Το τελευταίο χρησιμοποιεί την ιδιότητα του υπερκορεσμένου ατμού να συμπυκνώνεται σε μικροσκοπικά σταγονίδια κατά μήκος της τροχιάς των φορτισμένων σωματιδίων. Ο θάλαμος φυσαλίδων χρησιμοποιεί την ιδιότητα ενός καθαρού υπερθερμασμένου υγρού να βράζει (σχηματίζει φυσαλίδες ατμού) κατά μήκος της διαδρομής ενός φορτισμένου σωματιδίου. Υπερθερμασμένο υγρό είναι ένα υγρό που έχει θερμανθεί σε θερμοκρασία πάνω από το σημείο βρασμού του για τις δεδομένες συνθήκες. Ο βρασμός ενός τέτοιου υγρού συμβαίνει όταν εμφανίζονται κέντρα εξάτμισης, για παράδειγμα, ιόντα. Έτσι, εάν σε έναν θάλαμο νέφους ένα φορτισμένο σωματίδιο ξεκινά τη μετατροπή του ατμού σε υγρό κατά μήκος της διαδρομής του, τότε σε έναν θάλαμο φυσαλίδων, αντίθετα, ένα φορτισμένο σωματίδιο προκαλεί τη μετατροπή του υγρού σε ατμό.

Ρύζι. έντεκα Θάλαμος φυσαλίδων.

Η κατάσταση υπερθέρμανσης επιτυγχάνεται με ταχεία (5-20 ms) μείωση της εξωτερικής πίεσης. Για μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου, η κάμερα γίνεται ευαίσθητη και μπορεί να ανιχνεύσει ένα φορτισμένο σωματίδιο. Μετά τη φωτογράφηση των κομματιών, η πίεση ανεβαίνει στην προηγούμενη τιμή της, οι φυσαλίδες «καταρρέουν» και η κάμερα είναι ξανά έτοιμη για χρήση. Ο κύκλος λειτουργίας ενός μεγάλου θαλάμου φυσαλίδων είναι 1 s (δηλαδή σημαντικά μικρότερος από αυτόν ενός θαλάμου νέφους), γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση του σε πειράματα σε παλμικούς επιταχυντές. Οι μικροί θάλαμοι με φυσαλίδες μπορούν να λειτουργήσουν με πολύ ταχύτερο ρυθμό 10-100 διαστολών ανά δευτερόλεπτο. Οι στιγμές εμφάνισης της φάσης ευαισθησίας του θαλάμου φυσαλίδων συγχρονίζονται με τις στιγμές των σωματιδίων που εισέρχονται στον θάλαμο από τον επιταχυντή.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα ενός θαλάμου φυσαλίδων σε σύγκριση με έναν θάλαμο νέφους και έναν θάλαμο διάχυσης είναι ότι χρησιμοποιεί υγρό ως μέσο εργασίας (υγρό υδρογόνο, ήλιο, νέον, ξένον, φρέον, προπάνιο και τα μείγματά τους). Αυτά τα υγρά, όντας ταυτόχρονα στόχος και μέσο ανίχνευσης, έχουν πυκνότητα 2-3 τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από τα αέρια, γεγονός που αυξάνει σημαντικά την πιθανότητα εμφάνισης γεγονότων που αξίζει να μελετηθούν σε αυτά και επιτρέπει ίχνη σωματιδίων υψηλής ενέργειας να περιέχονται πλήρως στον όγκο τους.

Οι θάλαμοι με φυσαλίδες μπορούν να φτάσουν σε πολύ μεγάλα μεγέθη (έως 40 m3). Αυτοί, όπως οι θάλαμοι Wilson, τοποθετούνται σε μαγνητικό πεδίο. Η χωρική ανάλυση των θαλάμων φυσαλίδων είναι 0,1 mm.

Το μειονέκτημα του θαλάμου φυσαλίδων είναι ότι είναι αδύνατο (σε αντίθεση με τον θάλαμο Wilson) να «ενεργοποιηθεί» γρήγορα με βάση σήματα από εξωτερικούς ανιχνευτές που εκτελούν προκαταρκτική επιλογή γεγονότων, καθώς το υγρό είναι πολύ αδρανειακό και δεν προσφέρεται για πολύ γρήγορα (σε 1 μs) επέκταση. Επομένως, οι θάλαμοι φυσαλίδων, συγχρονισμένοι με τη λειτουργία του επιταχυντή, καταγράφουν όλα τα συμβάντα που ξεκινούν στον θάλαμο από μια δέσμη σωματιδίων. Σημαντικό μέρος αυτών των γεγονότων δεν παρουσιάζει κανένα ενδιαφέρον.

θάλαμος Wilson

Ένας θάλαμος νέφους είναι ένας ανιχνευτής τροχιάς στοιχειωδών φορτισμένων σωματιδίων, στον οποίο η τροχιά (ίχνος) ενός σωματιδίου σχηματίζεται από μια αλυσίδα μικρών σταγονιδίων υγρού κατά μήκος της τροχιάς της κίνησής του. Εφευρέθηκε από τον Charles Wilson το 1912 (Βραβείο Νόμπελ 1927).

Εικ.12 Διάγραμμα θαλάμου Wilson.Ένα σημαντικό βήμα στην τεχνική της παρατήρησης των ιχνών σωματιδίων ήταν η δημιουργία του θαλάμου Wilson (1912). Για αυτήν την εφεύρεση, ο Charles Wilson τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ το 1927. Σε ένα θάλαμο νέφους, τα ίχνη φορτισμένων σωματιδίων γίνονται ορατά λόγω της συμπύκνωσης υπερκορεσμένων ατμών σε ιόντα αερίων που σχηματίζονται από το φορτισμένο σωματίδιο.

Στα ιόντα σχηματίζονται σταγόνες υγρού, που μεγαλώνουν σε μέγεθος επαρκές για παρατήρηση (10 -3 -10 -4 cm) και φωτογραφία σε καλό φωτισμό. Η χωρική ανάλυση ενός θαλάμου νέφους είναι συνήθως 0,3 mm. Το μέσο εργασίας είναι συνήθως ένα μείγμα ατμών νερού και αλκοόλης υπό πίεση 0,1-2 ατμοσφαιρών (οι υδρατμοί συμπυκνώνονται κυρίως σε αρνητικά ιόντα, οι ατμοί αλκοόλης στα θετικά). Ο υπερκορεσμός επιτυγχάνεται με τη γρήγορη μείωση της πίεσης λόγω της επέκτασης του όγκου εργασίας. Ο χρόνος ευαισθησίας της κάμερας, κατά τον οποίο ο υπερκορεσμός παραμένει επαρκής για συμπύκνωση στα ιόντα και ο ίδιος ο όγκος είναι αποδεκτά διαφανής (όχι υπερφορτωμένος με σταγονίδια, συμπεριλαμβανομένων των σταγονιδίων του φόντου), ποικίλλει από εκατοστά του δευτερολέπτου έως αρκετά δευτερόλεπτα. Μετά από αυτό, είναι απαραίτητο να καθαρίσετε τον όγκο εργασίας της κάμερας και να αποκαταστήσετε την ευαισθησία της. Έτσι, ο θάλαμος νέφους λειτουργεί σε κυκλική λειτουργία. Ο συνολικός χρόνος κύκλου είναι συνήθως > 1 λεπτό.

Οι δυνατότητες ενός θαλάμου νέφους αυξάνονται σημαντικά όταν τοποθετούνται σε μαγνητικό πεδίο. Με βάση την τροχιά ενός φορτισμένου σωματιδίου που καμπυλώνεται από ένα μαγνητικό πεδίο, προσδιορίζεται το πρόσημο του φορτίου και η ορμή του. Χρησιμοποιώντας έναν θάλαμο σύννεφων το 1932, ο Κ. Άντερσον ανακάλυψε ένα ποζιτρόνιο στις κοσμικές ακτίνες.

Μια σημαντική βελτίωση, που τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ το 1948 (P. Blackett), ήταν η δημιουργία ενός ελεγχόμενου θαλάμου νέφους. Οι ειδικοί μετρητές επιλέγουν συμβάντα που πρέπει να καταγράφονται από το θάλαμο σύννεφων και «εκκινούν» την κάμερα μόνο για να παρατηρούν τέτοια συμβάντα. Η απόδοση ενός θαλάμου νέφους που λειτουργεί σε αυτή τη λειτουργία αυξάνεται πολλαπλάσια. Η «ελεγχιμότητα» ενός θαλάμου νέφους εξηγείται από το γεγονός ότι είναι δυνατό να διασφαλιστεί ένας πολύ υψηλός ρυθμός διαστολής του αερίου μέσου και ο θάλαμος έχει χρόνο να ανταποκριθεί στο σήμα ενεργοποίησης των εξωτερικών μετρητών.

Δοσιόμετρο και ραδιόμετρο.

Το δοσίμετρο είναι μια συσκευή για τη μέτρηση της δόσης ή του ρυθμού δόσης ιονίζουσας ακτινοβολίας που λαμβάνει η συσκευή (και από αυτούς που τη χρησιμοποιούν) για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο, για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου παραμονής σε μια συγκεκριμένη περιοχή ή κατά τη διάρκεια μιας εργασίας βάρδια.

Η μέτρηση των μεγεθών που περιγράφηκαν παραπάνω ονομάζεται δοσιμετρία.

Μερικές φορές ένα "δοσίμετρο" δεν ονομάζεται με ακρίβεια ραδιόμετρο - μια συσκευή για τη μέτρηση της δραστηριότητας ενός ραδιονουκλιδίου σε μια πηγή ή δείγμα (σε όγκο υγρού, αερίου, αερολύματος, σε μολυσμένες επιφάνειες) ή της πυκνότητας ροής ιονισμού.

Ρύζι. 13 Δοσίμετρο.

γενική ακτινοβολία για έλεγχο ραδιενέργειας ύποπτων αντικειμένων και εκτίμηση της κατάστασης ακτινοβολίας σε ένα δεδομένο μέρος σε μια δεδομένη στιγμή.

Η μέτρηση των μεγεθών που περιγράφονται παραπάνω ονομάζεται ραδιομετρία.

Ο μετρητής ακτίνων Χ είναι ένας τύπος ραδιομέτρου για τη μέτρηση της ισχύος της ακτινοβολίας γάμμα.

Οι οικιακές συσκευές, κατά κανόνα, συνδυάζονται, διαθέτουν και τους δύο τρόπους λειτουργίας με εναλλαγή μεταξύ "δοσίμετρου" και "ραδιομέτρου", συναγερμούς φωτός και (ή ήχου) και οθόνη για ανάγνωση μετρήσεων. Το βάρος των οικιακών συσκευών κυμαίνεται από 400 έως αρκετές δεκάδες γραμμάρια, το μέγεθος σας επιτρέπει να τις βάλετε στην τσέπη σας. Ορισμένα μοντέρνα μοντέλα μπορούν να φορεθούν στον καρπό σαν ρολόι. Ο χρόνος συνεχούς λειτουργίας από μία μπαταρία κυμαίνεται από αρκετές ημέρες έως αρκετούς μήνες.

Εικ14. Δοσιμετρικό κύκλωμα. Το εύρος μέτρησης των οικιακών ραδιομέτρων, κατά κανόνα, είναι από 10 microroentgen ανά ώρα έως 9,999 milliroentgen ανά ώρα (0,1 - 99,99 microsievert ανά ώρα), σφάλμα μέτρησης ±30%.

Ο ανιχνευτής (ένα ευαίσθητο στοιχείο ενός δοσίμετρου ή ραδιομέτρου, που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή φαινομένων που προκαλούνται από ιονίζουσα ακτινοβολία σε ηλεκτρικό ή άλλο σήμα που είναι εύκολα προσβάσιμο για μέτρηση) μπορεί να είναι ένας θάλαμος ιονισμού (στρατιωτικός δοσίμετρος άμεσης ανάγνωσης "DP-50", παρόμοιο με στυλό με παράθυρο στο άκρο), σπινθηριστή (ραδιόμετρο γεωλογικής αναζήτησης "SRP-88"), μετρητή Geiger (στρατιωτικό ραδιόμετρο "DP-12", οικιακό συνδυασμό "Bella", "Sosna", "Expert" ( σας επιτρέπει να μετρήσετε την soft beta

Εικ.15 Ραδιόμετρο.

ακτινοβολία), "RKSB-104" (ένα ραδιόμετρο με δυνατότητα λειτουργίας σε κατάσταση αναμονής, εκπέμπει σήμα όταν ξεπεραστεί η στάθμη που έχει ορίσει ο χρήστης), "Master" (ένας μικρός, οικονομικός μετρητής ακτίνων Χ κ.λπ. ) ή μια ειδική δίοδο ημιαγωγού.

Συμπέρασμα.

Οπότε, η δουλειά μου πάνω στο αφηρημένο είναι ακριβώς το μισό. Όπως περίμενα στην αρχή, δυστυχώς, δεν υπήρχε αρκετός χρόνος για τη μέτρηση του επιπέδου ραδιενέργειας και τη σύνταξη πινάκων.

Το παραπάνω υλικό είναι αυτό που καταλαβαίνω εδώ και ένα χρόνο και ελπίζω, αφού το διαβάσατε, να το έχετε καταλάβει κι εσείς.

Σκοπεύω να ολοκληρώσω το πρακτικό μέρος της δουλειάς μου του χρόνου και να συντάξω πίνακες με το διαβατήριο ακτινοβολίας του γυμνασίου.

Βιβλιογραφία.

Prescott K. Oxford Schoolboy's Handbook. – εκδ. Astrel Publishing House LLC, 2008, σελίδα 200.

Ραδιενέργεια του περιβάλλοντος./ Sapozhnikov Yu.A., Aliev R.A., Kalmykov S.N. – Μ.: BINOM. Εργαστήριο Γνώσης, 2006. – σελίδα 32.

1. Α.Α. Πίνσκαγια. Το εγχειρίδιο φυσικής για την 11η τάξη.

2. Γ.Υα. Myakishev. Το εγχειρίδιο φυσικής για την 11η τάξη.

3. Yu.B. Κουδριάσοφ. Βιοφυσική ακτινοβολίας.

4. Φυσικό εγκυκλοπαιδικό λεξικό.

Στείλτε την καλή δουλειά σας στη βάση γνώσεων είναι απλή. Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα

Φοιτητές, μεταπτυχιακοί φοιτητές, νέοι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τη βάση γνώσεων στις σπουδές και την εργασία τους θα σας είναι πολύ ευγνώμονες.

Δημοσιεύτηκε στις http://www.allbest.ru/

Εισαγωγή

1. Απελευθέρωση ραδιονουκλεϊδίων στο περιβάλλον

1.1. Φυσική ραδιενέργεια

1.2.Τεχνητή ραδιενέργεια

2. Ραδιονουκλεΐδια στην υδρόσφαιρα

2.1. Φυσική ραδιενέργεια της υδρόσφαιρας

2.2. Τεχνητή ραδιενέργεια της υδρόσφαιρας

2.3. Ακτινίδες στην υδρόσφαιρα

Κατάλογος χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας

Εισαγωγή

Ο προσδιορισμός των φυσικών και ανθρωπογενών ραδιονουκλεϊδίων σε περιβαλλοντικά αντικείμενα (στον αέρα, σε φυσικά νερά και εδάφη, στα τρόφιμα) μας επιτρέπει να εκτιμήσουμε τον πιθανό κίνδυνο έκθεσης σε ακτινοβολία για την ανθρώπινη υγεία. Ταυτόχρονα, η μελέτη της κατανομής των ραδιονουκλεϊδίων στο περιβάλλον μπορεί να δώσει πολύτιμες πληροφορίες για τις διεργασίες που συμβαίνουν σε αυτό. Οι μέθοδοι ραδιονουκλεϊδίων χρησιμοποιούνται για τη μελέτη της κίνησης των μαζών του νερού και του αέρα, τον προσδιορισμό της διάρκειας ζωής των αερολυμάτων και την ημερομηνία γεωλογικών και αρχαιολογικών αντικειμένων.

Η ρύπανση των επιφανειακών υδάτων ξεκίνησε στην κεντρική Ρωσία τον 16ο αιώνα, όταν άρχισαν να λιπαίνουν τα χωράφια με κοπριά. Έκτοτε, η γεωργία είναι ο κύριος ρυπαντής των υδάτων στις κεντρικές περιοχές της χώρας. Σε πιο βόρειες περιοχές, το rafting με ξυλεία έπαιξε μεγάλο ρόλο, ειδικά το molar rafting, στο οποίο οι κορμοί βυθίστηκαν και σάπιζαν στο νερό. Με την ανάπτυξη της βιομηχανίας και την ανάπτυξη των πόλεων, ο ρόλος της δημοτικής και βιομηχανικής ρύπανσης άρχισε να αυξάνεται.

Μια απότομη αύξηση της ρύπανσης σημειώθηκε τον εικοστό αιώνα. Ιδιαίτερος κίνδυνος συνδέεται με τη σύμπτωση της περιόδου αύξησης των απορρίψεων μολυσμένων λυμάτων και την αιωνόβια τάση αύξησης της ξηρασίας του κλίματος και μείωσης της περιεκτικότητας σε νερό των ταμιευτήρων. Υπό αυτές τις συνθήκες αυξάνονται οι συγκεντρώσεις των ρύπων στα διαλύματα και κατά συνέπεια ο βαθμός των επιβλαβών επιπτώσεών τους στα φυσικά συστήματα και στην ανθρώπινη υγεία.

Σκοπός της εργασίας είναι η εξέταση της φυσικής και τεχνητής ραδιενέργειας των φυσικών νερών.

1. ΑΠΕΛΕΥΘΕΡΩΣΗ ΡΑΔΙΟΝΟΚΛΕΙΔΙΩΝ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

1.1 ΦΥΣΙΚΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ

Τα φυσικά ραδιονουκλίδια μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες ομάδες - πρωταρχικός, δηλ. αυτά που σχηματίστηκαν ταυτόχρονα με τη σταθερή ύλη της Γης, και κοσμογονική, τα οποία σχηματίζονται συνεχώς ως αποτέλεσμα πυρηνικών αντιδράσεων υπό την επίδραση της κοσμικής ακτινοβολίας ή έρχονται με εξωγήινη ύλη Προφανώς, προς το παρόν υπάρχουν μόνο εκείνα τα πρωτογενή ραδιονουκλεΐδια στο περιβάλλον, των οποίων ο χρόνος ημιζωής είναι ανάλογος με την ηλικία της Γης (Πίνακας 1)

Πίνακας 1. Κύρια πρωτογενή ραδιονουκλεΐδια

Ραδιονουκλίδιο	Τ 1/2, έτη	Μερίδιο σε φυσικό μείγμα ισοτόπων, %

Τρία κύρια ραδιονουκλίδια - 238 U, 235 U και 232 Th - είναι οι ιδρυτές των φυσικών ραδιενεργών σειρών. Με την πάροδο του χρόνου, δημιουργήθηκε μια κοσμική ισορροπία στις φυσικές ραδιενεργές σειρές - μια κατάσταση στην οποία η ραδιενέργεια (αλλά όχι ο αριθμός των πυρήνων) όλων των μελών της σειράς είναι ίση μεταξύ τους. Η κοσμική ισορροπία μεταξύ των ραδιονουκλεϊδίων δημιουργείται εάν ο χρόνος ημιζωής του μητρικού ραδιονουκλιδίου είναι μεγάλος σε σύγκριση με τον χρόνο ημιζωής του θυγατρικού. Η συσσώρευση θυγατρικών ραδιονουκλεϊδίων υπακούει στο νόμο

A= A 0 (1-e - lt)

όπου A είναι η δραστηριότητα του θυγατρικού ραδιονουκλιδίου, A 0 είναι η δραστηριότητα του μητρικού ραδιονουκλιδίου, l είναι η σταθερά ραδιενεργού διάσπασης του θυγατρικού ραδιονουκλιδίου, t είναι ο χρόνος που έχει παρέλθει από την έναρξη της συσσώρευσης του θυγατρικού ραδιονουκλιδίου.

Για να επιτευχθεί ραδιενεργή ισορροπία, αρκεί μια χρονική περίοδος ίση με 10 ημιζωές του θυγατρικού ραδιονουκλιδίου. Διάφορες γεωχημικές διεργασίες μπορούν να οδηγήσουν σε κλασμάτωση μελών ραδιενεργών σειρών, επομένως η κοσμική ισορροπία διατηρείται μόνο σε ένα σύστημα κλειστό σε σχέση με τα μητρικά και θυγατρικά ραδιονουκλίδια.

Όταν σχηματίστηκε η Γη, το φυσικό μείγμα των ισοτόπων ουρανίου περιελάμβανε μια ορισμένη ποσότητα ουρανίου-238 και πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια η αναλογία του ουρανίου-235 στο φυσικό ουράνιο ήταν πολύ μεγαλύτερη. Για να διατηρηθεί η σταθερή λειτουργία ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, αρκεί 3% ουράνιο-235.

Επί του παρόντος, τα φυσικά ραδιονουκλεΐδια αποτελούν τη βάση του φορτίου δόσης στον άνθρωπο.

Ο A. Becquerel, μελετώντας τον φθορισμό των ενώσεων ουρανίου, διαπίστωσε περίπου 100 ημέρες μετά την ανακάλυψη των ακτίνων Χ ότι οι φωτογραφικές πλάκες, ακόμη και τυλιγμένες σε μαύρο χαρτί, σκουραίνουν όταν βρίσκονται κοντά σε άλατα ουρανίου. Το φαινόμενο ονομάστηκε «ραδιενέργεια»

Στη συνέχεια αποδείχθηκε ότι ραδιοενέργειαείναι η αυθόρμητη διάσπαση των ατομικών πυρήνων μιας ουσίας με την εκπομπή πυρηνικής ακτινοβολίας: σωματίδια β (πυρήνες ηλίου), σωματίδια γ (ηλεκτρόνια) και g-κβάντα. Αργότερα, ανακαλύφθηκαν άλλοι, σπανιότεροι τύποι διάσπασης: αυθόρμητη πυρηνική σχάση, διπλή β-διάσπαση, εκπομπή πυρηνικών σμηνών κ.λπ.

β-Τα σωματίδια και τα κβάντα g που εκπέμπονται από πυρήνες κατά τη διάρκεια ραδιενεργών μετασχηματισμών έχουν διακριτές ενεργειακές τιμές, καθώς προκύπτουν κατά τη μετάβαση των πυρήνων από τη μια συγκεκριμένη ενεργειακή κατάσταση στην άλλη. Η κατανομή σωματιδίων ή κβαντών με ενέργεια ονομάζεται φάσμα. Τα φάσματα των b-σωματιδίων και των g-quanta είναι διακριτά.

Κατά τη διάρκεια της β-διάσπασης, ένα νετρίνο εκπέμπεται ταυτόχρονα με τα β-σωματίδια και η ενέργεια διάσπασης κατανέμεται μεταξύ του σωματιδίου β και του νετρίνου. Ως αποτέλεσμα, τα β-σωματίδια έχουν ένα συνεχές φάσμα παρά ένα διακριτό.

Για την αξιολόγηση της επίδρασης της ιονίζουσας ακτινοβολίας σε ουσίες και ζωντανούς οργανισμούς, χρησιμοποιείται η έννοια «δόσεις».Η απορροφούμενη δόση είναι ο λόγος της ενέργειας που μεταφέρεται σε μια ουσία από την ακτινοβολία προς τη μάζα της ουσίας. Η μονάδα της απορροφούμενης δόσης είναι γκρι (1 Gy=1 J/kg). Για την αξιολόγηση της επίδρασης της ακτινοβολίας στους ζωντανούς οργανισμούς, χρησιμοποιείται μια ισοδύναμη δόση, ο υπολογισμός της οποίας λαμβάνει υπόψη το γεγονός ότι η ιονίζουσα ακτινοβολία διαφορετικών τύπων και ενεργειών έχει διαφορετικές επιπτώσεις στο σώμα. Η μονάδα SI ισοδύναμης δόσης είναι το sievert (Sv). Η απορροφούμενη δόση είναι δύσκολο να μετρηθεί άμεσα, επομένως, για τον υπολογισμό της ισοδύναμης και της απορροφούμενης δόσης, χρησιμοποιείται η δόση έκθεσης, η οποία είναι ένα μέτρο ιονισμού, δηλ. άμεσα μετρήσιμη ποσότητα. Η μονάδα δόσης έκθεσης είναι το ρεντογόνο (R).

1.2 ΤΕΧΝΗΤΑ ΡΑΔΙΟΝΟΥΚΛΕΙΔΙΑ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Τα τεχνητά ραδιονουκλεΐδια εισέρχονται στο περιβάλλον ως αποτέλεσμα δοκιμών πυρηνικών όπλων, πυρηνικών εκρήξεων που πραγματοποιούνται για ειρηνικούς σκοπούς, καθώς και των δραστηριοτήτων των επιχειρήσεων του κύκλου πυρηνικών καυσίμων. Οι τοπικές πηγές περιλαμβάνουν ατυχήματα αεροσκαφών με πυρηνικά όπλα και θάνατο υποβρυχίων εξοπλισμένων με πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και πυρηνικά όπλα. Κατά τη διάρκεια ορισμένων ετών, πολλές χώρες, συμπεριλαμβανομένης της ΕΣΣΔ, πέταξαν υγρά ραδιενεργά απόβλητα στις θάλασσες και τα ποτάμια και πλημμύρισαν χρησιμοποιημένες πυρηνικές εγκαταστάσεις. Τα ατυχήματα τεχνητών δορυφόρων της Γης με πηγές πυρηνικής ενέργειας συμβάλλουν επίσης στην ανθρωπογενή ραδιενέργεια στο περιβάλλον. Η ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας οδήγησε επίσης στο γεγονός ότι τα ραδιονουκλεΐδια εισήλθαν και συνεχίζουν να εισέρχονται στο περιβάλλον, τόσο κατά την κανονική λειτουργία των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής όσο και ως αποτέλεσμα καταστάσεων έκτακτης ανάγκης, από τις οποίες οι σοβαρότερες συνέπειες ήταν το ατύχημα στο πυρηνικό του Τσερνομπίλ εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής στις 26 Απριλίου 1986. Πίνακας 2. Παρουσιάζει γενικευμένα δεδομένα για την απελευθέρωση ανθρωπογενών ραδιονουκλεϊδίων στο περιβάλλον ως αποτέλεσμα δοκιμών πυρηνικών όπλων (συμπεριλαμβανομένων των υπόγειων), τις δραστηριότητες των επιχειρήσεων του κύκλου πυρηνικών καυσίμων και τις καταστάσεις έκτακτης ανάγκης σε αυτές .

Πίνακας 2. Εκτίμηση απελευθέρωσης τεχνολογικών ραδιονουκλεϊδίων

Πηγή	Δραστηριότητα εκπομπής, Pbq
			Radioact. ευγενής αέρια.
Ατμοσφαιρικές πυρηνικές εκρήξεις
Υπόγειες πυρηνικές εκρήξεις
Λειτουργία αντιδραστήρα
Ανακύκλωση
Παραγωγή και χρήση ραδιονουκλεϊδίων
Three Mile Island
Τσερνομπίλ
Sellafield
Cosmos-954

2. Ραδιονουκλεΐδια στην υδρόσφαιρα

Η έννοια της υδρόσφαιρας περιλαμβάνει ωκεανούς, θάλασσες, λίμνες, ποτάμια, βάλτους, πάγο, υπόγεια ύδατα και ατμοσφαιρική υγρασία.

Ο καθοριστικός ρόλος στη ραδιενέργεια της υδρόσφαιρας διαδραματίζουν σήμερα τα φυσικά και τεχνητά ραδιονουκλίδια, η φύση της κατανομής τους στην ατμόσφαιρα, τη στήλη νερού και τα ιζήματα του πυθμένα καθορίζεται από το σύνολο των γεωχημικών και βιογεωχημικών διεργασιών που έχουν συμβεί στην υδρόσφαιρα κατά τη διάρκεια της. ύπαρξη.

Ο ρόλος των τεχνητών ραδιονουκλεϊδίων στη συνολική ισορροπία ραδιενέργειας στην υδρόσφαιρα είναι σχετικά μικρός. Ωστόσο, τα τοπικά επίπεδα ραδιενεργής μόλυνσης, που σχετίζονται κυρίως με τη λειτουργία επιχειρήσεων του κύκλου πυρηνικών καυσίμων, ιδίως με την απόρριψη αποβλήτων χαμηλής ραδιενέργειας μέσω αγωγών απευθείας στη θάλασσα (Πυρηνικό Κέντρο στο Sellafield, UK· εγκατάσταση Cogema στο Cape Hagues, Γαλλία ), με την απόρριψη εμπορευματοκιβωτίων με απόβλητα υψηλής ραδιενέργειας (Ειρηνικός και Ατλαντικός ωκεανός, ΗΠΑ και Ηνωμένο Βασίλειο, θάλασσες της Αρκτικής), καθώς και ατυχήματα πλοίων με πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, μπορεί να υπερβούν σημαντικά τα επίπεδα ραδιενέργειας από φυσικά αίτια.

Η ραδιενέργεια από τη δεξαμενή της στρατόσφαιρας, όπου τα προϊόντα σχάσης συσσωρεύτηκαν για μεγάλο χρονικό διάστημα ως αποτέλεσμα δοκιμών πυρηνικών όπλων, συνεχίζει επίσης να συμβάλλει σε παγκόσμια κλίμακα. Ένα σημαντικό μέρος των ραδιονουκλεϊδίων που εισέρχονται στο περιβάλλον στις ηπείρους αργά ή γρήγορα καταλήγουν στο θαλάσσιο περιβάλλον με νερά ποταμών ή υπόγεια απορροή.

2.1 Φυσική ραδιενέργεια της υδρόσφαιρας

Η κύρια συμβολή στη φυσική ραδιενέργεια της υδρόσφαιρας είναι τα 40 K. Αξιοσημείωτη, αλλά σημαντικά μικρότερη συνεισφορά έχουν τα 87 Rb, καθώς και τα πρωτογενή ραδιονουκλίδια ουράνιο-238, ουράνιο-235 και θόριο-232 με τα προϊόντα διάσπασής τους που συνθέτουν τη φυσική ραδιενεργή σειρά. Επιπλέον, ραδιονουκλίδια φτάνουν συνεχώς στην επιφάνεια της γης, που σχηματίζονται κατά την αλληλεπίδραση της κοσμικής ακτινοβολίας με τους πυρήνες των ατόμων αερίων και ατμών που αποτελούν τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Οι συγκεντρώσεις στα φυσικά νερά ορισμένων ραδιονουκλεϊδίων που συμβάλλουν σημαντικά στη ραδιενέργεια της υδρόσφαιρας δίνονται στον Πίνακα 3.

Πίνακας 3. Μέσες ειδικές δραστηριότητες ορισμένων φυσικών ραδιονουκλεϊδίων (Bq/l) σε φυσικά νερά

Ραδιονουκλίδιο	Βρόχινο νερό	Λίμνες, ποτάμια	Υπόγεια νερά	Πόσιμο νερό	Επιφανειακά νερά του ωκεανού
Εδαφογενή ραδιονουκλεΐδια
Κοσμογονικά ραδιονουκλίδια

Ραδιενέργεια των υπόγειων υδάτων. Τα υπόγεια ύδατα, με τη γενικότερη έννοια, είναι η υγρασία που γεμίζει τα κενά στο φλοιό της γης. Από την άποψη της περιβαλλοντικής ραδιενέργειας, το μεγαλύτερο ενδιαφέρον έχει μόνο εκείνο το μέρος της υγρασίας που βρίσκεται στην περιοχή των διαβρωτικών τομών των επιφανειακών υδάτινων σωμάτων και συμμετέχει στον γενικό και ενδοηπειρωτικό κύκλο υγρασίας.

Ο όγκος των υπόγειων υδάτων στην υδρόγειο αγγίζει περίπου τα 100 εκατομμύρια km 3, δηλ. 14 φορές λιγότερο από τον όγκο του νερού στον Παγκόσμιο Ωκεανό και περίπου 8.000 φορές περισσότερο από τον όγκο της ατμοσφαιρικής υγρασίας. Στον κύκλο των ραδιονουκλεϊδίων στη βιόσφαιρα, η υπόγεια υγρασία παίρνει λιγότερο μέρος από άλλα νερά. Έτσι, εάν ο όγκος της υγρασίας στην ατμόσφαιρα αλλάζει κάθε 9 ημέρες και στα επιφανειακά ύδατα των ωκεανών και των θαλασσών περίπου κάθε 2000 χρόνια, τότε τα υπόγεια ύδατα αλλάζουν κατά μέσο όρο μόνο κάθε 8000 χρόνια. Στο ανώτερο τμήμα του φλοιού της γης, τα υπόγεια ύδατα κινούνται συνήθως με ταχύτητα 1-1000 m/έτος και σε βάθη 1000-2000 m. ραδιενέργεια υπόγεια ακτινοβολία υδρόσφαιρας

Ανάλογα με τις συνθήκες εμφάνισης, τα υπόγεια ύδατα διακρίνονται σε εδάφη, υπόγεια και διαστρωτικά. Το τελευταίο περιλαμβάνει επίσης τα λεγόμενα μεταλλικά νερά, τα οποία συχνά χαρακτηρίζονται από σχετικά υψηλή ραδιενέργεια. Κατά κανόνα, το επίπεδο δραστηριότητας των υπόγειων υδάτων εξαρτάται από τη χημική τους σύνθεση, η οποία καθορίζεται από φυσικοχημικούς, φυσικογεωγραφικούς, γεωλογικούς, υδρολογικούς, φυσικούς, βιολογικούς και τεχνητούς παράγοντες.

Δεδομένου ότι τα νερά του εδάφους βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια της γης και σχηματίζονται λόγω της βροχόπτωσης, η δραστηριότητά τους εξαρτάται από την ποσότητα των διαλυτών ραδιονουκλεϊδίων που περιέχονται στα στρώματα του εδάφους. Η ίδια περίσταση καθορίζει τη σύσταση ραδιονουκλεϊδίων των υπόγειων υδάτων, που είναι η ονομασία που δίνεται στο νερό που συσσωρεύεται στο πρώτο αδιάβροχο στρώμα πετρωμάτων από την επιφάνεια.

Τα διαστρώματα είναι συσσωρεύσεις υδατικής μάζας μεταξύ αδιαπέραστων στρωμάτων στο πάχος ιζηματογενών πετρωμάτων. Σε περιπτώσεις όπου οι διεργασίες εξάτμισης κυριαρχούν έναντι των διεργασιών ύγρανσης, η ραδιενέργεια του νερού του εδάφους μπορεί να φτάσει πολύ μεγάλες τιμές.

Σε νερά που είναι βαθιά και υψηλά μεταλλαγμένα, η περιεκτικότητα σε κάλιο είναι συνήθως αυξημένη. Η αύξηση της δραστηριότητας των αρτεσιανών νερών πηγαίνει λίγο πολύ παράλληλα με την αύξηση της συνολικής συγκέντρωσης των αλάτων που περιέχουν. Υψηλή συγκέντρωση καλίου βρέθηκε επίσης στα μεταλλοποιημένα νερά των αρχαίων παλαιοζωικών κοιτασμάτων της Λευκορωσίας.

Ραδιενέργεια μεταλλικών νερών.Σύμφωνα με την ταξινόμηση που είναι αποδεκτή στη ραδιοϋδρογεωλογία, όλα τα νερά των ραδιενεργών μεταλλικών πηγών, ανάλογα με την επικράτηση ενός ή του άλλου ραδιενεργού στοιχείου στη σύνθεσή τους, χωρίζονται σε τρεις ομάδες: ραδόνιο, ράδιο και ουράνιο. Επιπλέον, υπάρχουν ενδιάμεσοι τύποι νερού: ραδόνιο-ράδιο και ράδιο-μεσοθόριο. Σε ορισμένες μεταλλικές πηγές, η συγκέντρωση του ραδίου φτάνει σε πολύ υψηλές τιμές.

Ραδιενέργεια του νερού του ποταμούκαθορίζεται κυρίως από 40 K, η περιεκτικότητα των οποίων εξαρτάται τόσο από τη χημική σύσταση των πετρωμάτων που πλένονται από αυτά τα νερά όσο και από μια σειρά κλιματολογικών και μετεωρολογικών παραγόντων. Κατά κανόνα, τα επιφανειακά ύδατα (χιόνι, βροχή, παγετώνες κ.λπ.) περιέχουν σχετικά μικρή ποσότητα ραδιενεργών ουσιών και ως εκ τούτου, κατά την περίοδο της άνοιξης του χιονιού ή των έντονων βροχοπτώσεων, η είσοδος μεγάλων μαζών νερού αυτής της προέλευσης στα ποτάμια. συνοδεύεται από μείωση της ειδικής δραστηριότητας του νερού του ποταμού. Κατά τη διάρκεια μιας πλημμύρας, η συνολική ραδιενέργεια του νερού του ποταμού μειώνεται ελαφρώς και κατά τη διάρκεια της περιόδου χαμηλών υδάτων αυξάνεται.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, η χημική σύνθεση των διαλυμένων ουσιών στο νερό του ποταμού αλλάζει τόσο πολύ κατά τη διάρκεια του έτους που ο ποταμός αλλάζει από τη μια κατηγορία στην άλλη (τα φυσικά νερά ταξινομούνται ως υδρογονανθρακικά, θειικά και χλωριούχα). Τέτοιες έντονες διακυμάνσεις στη χημική σύνθεση συνοδεύονται από αντίστοιχες αλλαγές στο επίπεδο ραδιενέργειας στα ποτάμια.

Ραδιενέργεια των υδάτων της λίμνης.Η δραστηριότητα του νερού της λίμνης σχετίζεται στενά με τη χημική σύσταση του νερού των ποταμών που ρέουν σε αυτές και με τα υπόγεια νερά που τα τροφοδοτούν. Κατά κανόνα, υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ του βαθμού ανοργανοποίησης και της ραδιενέργειας του νερού της λίμνης. Λίμνες με χαμηλό επίπεδο μεταλλοποίησης του νερού και χαμηλή δραστηριότητα βρίσκονται στην Καρελία, στη χερσόνησο Κόλα, στις βόρειες περιοχές της Σιβηρίας. Λίμνες με μέσο επίπεδο ανοργανοποίησης και αντίστοιχο επίπεδο δραστηριότητας βρίσκονται κυρίως στην κεντρική ζώνη του ευρωπαϊκού τμήματος της Ρωσίας και στη Σιβηρία.

Σε περιπτώσεις όπου η λίμνη βρίσκεται σε ζώνη υπερβολικής υγρασίας και η εισροή νερού υπερβαίνει την εξάτμισή της, εμφανίζεται ροή νερού από τη λίμνη. Ως αποτέλεσμα τέτοιων σχέσεων, η δραστηριότητα του νερού της λίμνης διαφέρει ελάχιστα από τον βαθμό δραστηριότητας του νερού του ποταμού και, κατά κανόνα, είναι χαμηλή. Λόγω της περίσσειας της εξάτμισης σε σχέση με την εισροή, δεν υπάρχει απορροή από τέτοιες λίμνες και συμβαίνει συσσώρευση αλάτων σε αυτές και αντίστοιχη αύξηση της ραδιενέργειας του νερού.

Φυσική ραδιενέργεια του θαλασσινού νερού.Οι κύριες πηγές πρωτογενών ραδιονουκλεϊδίων που περιέχονται στο ωκεάνιο νερό είναι η απορροή ποταμών και οι υδροθερμικές ροές από τις ζώνες θραύσης του ωκεάνιου φλοιού. Τα κοσμογονικά ραδιονουκλεΐδια και ένα σημαντικό μέρος των ανθρωπογενών ραδιονουκλεϊδίων εισέρχονται στον ωκεανό από την ατμόσφαιρα.

Το κάλιο -40 συμβάλλει σήμερα στη μεγαλύτερη συμβολή στη ραδιενέργεια του φλοιού της γης και των ωκεανών. Η πυρηνική διάσπαση συμβαίνει σε δύο κύριες κατευθύνσεις: το 89,5% των πυρήνων εκπέμπουν σωματίδια β με μέγιστη ενέργεια 1,33 MeV και το 10,5% των πυρήνων βιώνουν τη σύλληψη Κ με επακόλουθη εκπομπή g-quanta με ενέργεια 1,46 MeV. Η ειδική β-δραστηριότητα του γήινου καλίου είναι 28,27±0,05 Bq/kg και η ειδική g-δραστηριότητα του καλίου είναι 3,26±0,05 Bq/kg. Έτσι, το κάλιο -40 συμβάλλει τόσο στη ραδιενέργεια v όσο και σε g στο περιβάλλον.

Από τα φυσικά ραδιονουκλεΐδια στο μεσαίο τμήμα του περιοδικού πίνακα, το επόμενο μετά το κάλιο-40 ως προς την ειδική δραστηριότητα στο νερό των ωκεανών είναι ρουβίδιο-87, καθώς και που σχετίζονται με πρωτογενή ραδιονουκλεΐδια. Στο φυσικό μείγμα ισοτόπων ρουβιδίου, τα 87 Rb αντιπροσωπεύουν το 27,85%, ο χρόνος ημιζωής του είναι 6,5 x 10 10 χρόνια. Οι πυρήνες του ρουβιδίου εκπέμπουν ακτινοβολία β με μέγιστη ενέργεια 0,394 MeV. Λόγω του χαμηλού ρυθμού διάσπασης και της σχετικά χαμηλής ενέργειας της εκπεμπόμενης β-ακτινοβολίας, η συμβολή αυτού του ραδιονουκλιδίου στο επίπεδο των δόσεων φορτίων στο περιβάλλον είναι πολύ ασήμαντη.

Ουρανός.Το φυσικό μείγμα ισοτόπων ουρανίου περιλαμβάνει ουράνιο-234, ουράνιο-235 και ουράνιο-238. Τα δύο τελευταία ισότοπα είναι οι ιδρυτές της σειράς ακτινίου και ουρανίου και το ουράνιο-234 είναι προϊόν διάσπασης του ουρανίου-238.

Στην απορροή ποταμών, οι αναλογίες αιωρούμενου και διαλυμένου ουρανίου είναι περίπου ίσες. Ο κύριος όγκος του αιωρούμενου ουρανίου ποταμού εναποτίθεται στην παράκτια ζώνη, στην υφαλοκρηπίδα και στην ηπειρωτική πλαγιά. Ωστόσο, μερικά από αυτά παραμένουν ως μέρος των τερτογενών σωματιδίων σε ωκεάνιο αιωρούμενο υλικό και στα επιφανειακά ύδατα υπάρχει μια αναλογία μεταξύ της περιεκτικότητας σε ανθρακικό ασβέστιο στο εναιώρημα και της συγκέντρωσης του αιωρούμενου ουρανίου. .

Στα νερά των θαλασσών και των ωκεανών, το ουράνιο βρίσκεται κυρίως σε διαλυμένη μορφή με τη μορφή ενός σταθερού συμπλόκου ανθρακικού ουρανυλίου 4-.

Η ραδιενεργή ισορροπία μεταξύ 238 U και 234 U στο νερό των ωκεανών διαταράσσεται λόγω του γεγονότος ότι τα 234 U συγκρατούνται σταθερά από το κρυσταλλικό πλέγμα στα αρχικά προϊόντα της διάβρωσης των πετρωμάτων. Η μέση τιμή της αναλογίας 234 U / 238 U στα ωκεάνια νερά είναι 1,15.

Θόριο. Το Θόριο-232 εισέρχεται στον ωκεανό με την απορροή του ποταμού κυρίως σε αιωρούμενη κατάσταση με τη μορφή μικροσκοπικών εδαφογενών σωματιδίων, στο κρυσταλλικό πλέγμα του οποίου περιλαμβάνεται, και το μεγαλύτερο μέρος του εναποτίθεται στις εκβολές και στο ράφι. Στα επιφανειακά ύδατα του ανοιχτού ωκεανού, όπου η συγκέντρωση της αιωρούμενης ύλης είναι χαμηλή, το αιωρούμενο θόριο συνήθως δεν υπερβαίνει το 10-20%.

Η πηγή των υπόλοιπων ισοτόπων θορίου στα ωκεάνια νερά είναι κυρίως η διάσπαση των μητρικών ραδιονουκλεϊδίων. Η παροχή θορίου-238 και θορίου-234 με απορροή ποταμών είναι αμελητέα λόγω της μικρής διάρκειας ζωής τους. Το θόριο υφίσταται διεργασίες υδρόλυσης, συμπλοκοποίησης και προσρόφησης σε αιωρούμενα σωματίδια. Αυτό καθορίζει μια σημαντική αλλαγή στη ραδιενεργή ισορροπία του θορίου-230 με το ουράνιο: το νερό των ωκεανών περιέχει μόνο το 0,005-0,12% της ισορροπίας του θορίου-230, γεγονός που δείχνει την πολύ γρήγορη απομάκρυνσή του από τα ωκεάνια νερά.

Ο κύριος ρόλος στην απομάκρυνση του θορίου-230 από τα ωκεάνια νερά ανήκει στις διεργασίες προσρόφησης στην επιφάνεια των αιωρούμενων σωματιδίων και στην απόθεσή τους στον πυθμένα και στα επιφανειακά στρώματα - βιογονική εξαγωγή. Καθώς το εναιώρημα κινείται μέσα από τη στήλη νερού, η αναλογία του αιωρούμενου θορίου -230 αυξάνεται. Το θόριο-228 και το θόριο-234, σε αντίθεση με το θόριο-230, έχουν σύντομο χρόνο ημιζωής και ο κύριος τρόπος απομάκρυνσής τους από τα νερά των ωκεανών είναι η ραδιενεργή αποσύνθεση.

Ο χρόνος παραμονής του θορίου στα ωκεάνια νερά υπολογίζεται σε εκατοντάδες χρόνια. Για βραχύβια θόριο-238 και θόριο-234, η μεταφορά με αιωρούμενη ύλη οδηγεί σε αξιοσημείωτες αλλαγές στη ραδιενεργή ισορροπία με το μητρικό ράδιο-228 και το ουράνιο-238.

Οι αναλογίες συγκέντρωσης αιωρούμενων και διαλυμένων μορφών θορίου-230 και θορίου-228 είναι περίπου 0,15-0,20.

Ράδιο. Η κύρια πηγή ραδίου που εισέρχεται στα νερά των θαλασσών και των ωκεανών είναι τα ιζήματα του πυθμένα. Ο ρόλος της απορροής του ποταμού και του σχηματισμού στη στήλη του νερού ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης των ισοτόπων ουρανίου και θορίου που βρίσκονται εκεί είναι ασήμαντος. Η περίοδος αποσύνθεσης του ραδίου-226 είναι 1560 χρόνια και η συγκέντρωση των διαλυμένων μορφών ραδίου μειώνεται σταδιακά με τη μείωση του βάθους. Το προϊόν διάσπασης του ραδίου-226, το ευγενές αέριο ραδόνιο-222, είναι εξαιρετικά διαλυτό στο νερό και δεδομένου ότι έχει σχετικά μικρό χρόνο ημιζωής, το κατακόρυφο προφίλ της συγκέντρωσής του στον ωκεανό ακολουθεί σε μεγάλο βαθμό την κατανομή του ραδίου. Τα προϊόντα αποσύνθεσης του ραδονίου-222 -πολώνιο-218, μολύβδου-214 και βισμούθου-214- έχουν σύντομο χρόνο ημιζωής. Συμβάλλουν στη ραδιενέργεια b-, c- και g του θαλασσινού νερού, αφού βρίσκονται πρακτικά σε κατάσταση ραδιενεργού ισορροπίας με το ραδόνιο-222. Το Lead-210 έχει ήδη αρκετά μεγάλο χρόνο ημιζωής και η συμπεριφορά του στο θαλάσσιο περιβάλλον καθορίζεται από έναν συνδυασμό διαδικασιών ρόφησης και εκρόφησης παρόμοιων με εκείνες που συζητήθηκαν παραπάνω για τα ισότοπα θορίου.

Το ράδιο στα θαλάσσια ύδατα είναι κυρίως σε κατιονική μορφή και τα νερά των ωκεανών είναι υποκορεσμένα με τις πιο αδιάλυτες ενώσεις του. Ο ασήμαντος ρόλος του ζώου στη δέσμευση του ραδίου επιβεβαιώνεται από την έλλειψη συσχέτισης μεταξύ της συγκέντρωσης του ραδίου και της περιεκτικότητας σε οργανική ύλη σε αιωρούμενο υλικό, καθώς και από τη μικρή αναλογία ραδίου που σχετίζεται με πλαγκτονικούς οργανισμούς. Τα παράκτια και τα νερά του βυθού είναι περισσότερο εμπλουτισμένα σε ράδιο-228. Λόγω της εντατικής ανταλλαγής στα επιφανειακά στρώματα, μεταφέρεται στις κεντρικές περιοχές των ωκεανών με προσαγωγή και διάχυση και κατά τη μεταφορά αυτή η συγκέντρωσή του μειώνεται.

Οι μέγιστες συγκεντρώσεις του ραδίου-238 παρατηρούνται στην περιοχή της πυρκνοκλίνης (ένα στρώμα της στήλης του νερού στο οποίο εμφανίζεται μια απότομη αλλαγή στην πυκνότητα), η οποία σχετίζεται με την αργή ανταλλαγή των επιφανειακών υδάτων με τα υποκείμενα. Στα φυσικά στρώματα, το ράδιο-228, προερχόμενο από ιζήματα του πυθμένα, διαχέεται στα υπερκείμενα στρώματα του νερού σύμφωνα με την ένταση των διαδικασιών κατακόρυφης ανταλλαγής που συμβαίνουν εδώ και οι αξιοσημείωτες συγκεντρώσεις του βρίσκονται σε αποστάσεις 1-1,5 km στον πυθμένα.

Ραδόνιο.Όλα τα ισότοπα του ευγενούς αερίου ραδονίου είναι προϊόντα διάσπασης των αντίστοιχων ισοτόπων του ραδίου. Το μακροβιότερο από αυτά είναι το ραδόνιο-222.

Το ραδόνιο στον ωκεανό σχηματίζεται κυρίως ως αποτέλεσμα της διάσπασης του ραδίου και, λόγω του μικρού χρόνου ημιζωής του, βρίσκεται σε ισορροπία με το ράδιο-226. Μέρος του ραδονίου προέρχεται από ιζήματα του πυθμένα και η συγκέντρωσή του στα σχεδόν κάτω στρώματα του νερού μπορεί να υπερβεί την τιμή ισορροπίας αρκετές φορές. Στα επιφανειακά ύδατα του ανοιχτού ωκεανού, ένα ορισμένο μέρος του ραδονίου αφήνει τον ωκεανό στην ατμόσφαιρα και η ανεπάρκεια ραδονίου στο μικτό στρώμα μπορεί να φτάσει το μισό της συγκέντρωσης ισορροπίας με το ράδιο. Η επίδραση των ροών ραδονίου στις διεπαφές γίνεται αισθητή μόνο σε μια στενή περιοχή δίπλα στη διεπαφή. Η απομάκρυνσή του από τον ωκεανό συμβαίνει κυρίως λόγω ραδιενεργής αποσύνθεσης.

Μόλυβδος-210.Η κύρια πηγή του στον ωκεανό είναι η διάσπαση του μητρικού ραδίου-226. Προέρχεται από την απορροή του ποταμού και από την ατμόσφαιρα. Η κατανομή των ισοτόπων μολύβδου στον ωκεανό σχετίζεται σε μεγάλο βαθμό με την αιωρούμενη ύλη. Ο χρόνος παραμονής του μολύβδου στη στήλη νερού των ωκεανών είναι 50-100 χρόνια, έτσι ώστε τα δύο τρίτα του μολύβδου-210 μπορούν να αφαιρεθούν από τα νερά των ωκεανών ως αποτέλεσμα της ραδιενεργής αποσύνθεσης και το υπόλοιπο ως αποτέλεσμα των διεργασιών βαρυτική καθίζηση σε εναιώρηση και προσρόφηση από ιζήματα πυθμένα.

Στα επιφανειακά στρώματα του θαλασσινού νερού, η περιεκτικότητα σε μόλυβδο-210 συνήθως υπερβαίνει την τιμή ισορροπίας με το ράδιο-226, η οποία είναι συνέπεια της εισόδου του από την ατμόσφαιρα. Αυτό το σύστημα διαταράσσεται σε περιοχές με χαμηλές ατμοσφαιρικές εισροές μολύβδου-210 και υψηλά επίπεδα αιωρούμενης ύλης.

Με το βάθος, η αναλογία της δραστηριότητας του μολύβδου-210 προς τη δραστηριότητα του ραδίου-226 μειώνεται και, ξεκινώντας από αρκετές εκατοντάδες μέτρα, γίνεται μικρότερη από τη μονάδα. Ωστόσο, σε περιοχές χαμηλής βιολογικής δραστηριότητας, η ισορροπία μεταξύ μολύβδου-210 και ραδίου-226 μπορεί να παραμείνει σε σημαντικά βάθη. Σε βαθιά στρώματα, η συγκέντρωση του μολύβδου-210 μπορεί να διαφέρει από την ισορροπία με το ράδιο-226 κατά δύο ή περισσότερους παράγοντες. Καθώς πλησιάζετε στον πυθμένα, η αναλογία των δραστηριοτήτων του μολύβδου-210 και του ραδίου-226 μειώνεται γρήγορα στις ελάχιστες τιμές. Η επίδραση αυτών των διεργασιών λόγω της κάθετης ανάμειξης γίνεται αισθητή μόνο εντός 1000 m πάνω από την επιφάνεια του πυθμένα.

Πολώνιο.Το πολώνιο-210 είναι προϊόν διάσπασης του μολύβδου-210, που είναι η κύρια πηγή πολώνιου-210 στον ωκεανό. Η συμβολή της απορροής των ποταμών και της ατμόσφαιρας είναι ασήμαντη.

Το πολώνιο στον ωκεανό συνδέεται σε μεγάλο βαθμό με αιωρούμενη ύλη. Στο ανώτερο μικτό στρώμα, η αναλογία των δραστηριοτήτων του πολώνιου-210 και του μολύβδου-210 είναι σχεδόν πάντα μικρότερη από τη μονάδα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο χρόνος παραμονής του πολώνιου-210 στο επιφανειακό στρώμα είναι μικρότερος από αυτόν του μολύβδου-210, που ανέρχεται σε 0,6 χρόνια για τα νερά του Ατλαντικού και του Ειρηνικού ωκεανού.

Κάτω από το επιφανειακό στρώμα, η αναλογία πολωνίου-210 προς μόλυβδο-210 αυξάνεται γρήγορα σε μια τιμή ισορροπίας και στη συνέχεια κυμαίνεται με το βάθος, παραμένοντας κατά μέσο όρο ελαφρώς μικρότερη από τη μονάδα. Υπάρχει μια αύξηση με το βάθος στη συγκέντρωση του αιωρούμενου πολώνιου-210 σε σχέση με τον μόλυβδο-210, υποδεικνύοντας μια πιο γρήγορη απομάκρυνση του πολωνίου-210 από βαθιά νερά.

Κοσμογονικά ραδιονουκλίδια.Τα κοσμογονικά ραδιονουκλίδια που προέρχονται από την ατμόσφαιρα περιλαμβάνονται στους κύκλους των αντίστοιχων στοιχείων στον ωκεανό. Λόγω της ύπαρξης γεωγραφικών διακυμάνσεων στην κατανομή των κοσμογονικών ραδιονουκλεϊδίων στην κατώτερη ατμόσφαιρα, παρόμοια επίδραση για το τρίτιο, το βηρύλλιο-7 και τον άνθρακα-14 παρατηρείται στα επιφανειακά ύδατα των ωκεανών.

Τα ραδιονουκλίδια που φτάνουν στην επιφάνεια του ωκεανού εξαπλώνονται στα υποκείμενα στρώματα του νερού. Σε αυτήν την περίπτωση, το βάθος διείσδυσής τους καθορίζεται (επιπλέον των διαδικασιών κατακόρυφης ανταλλαγής που είναι κοινές σε όλα τα ραδιενεργά ισότοπα διαφόρων στοιχείων) από τον ρυθμό ραδιενεργού διάσπασης, από τον οποίο εξαρτάται ο χρόνος για την καθιέρωση μιας σταθερής κατακόρυφης κατανομής.

Τρίτιομε τη μορφή μορίων, το HTO είναι αναπόσπαστο μέρος του νερού και ένα μικρό μέρος του είναι μέρος της οργανικής ύλης (η περιεκτικότητα σε οργανική ύλη στα επιφανειακά νερά είναι περίπου 1 mg/l). Πριν από την έναρξη της πυρηνικής εποχής, η αναλογία των συγκεντρώσεων τριτίου και πρωτίου στα φυσικά νερά ήταν 1:10 18 . Στη συνέχεια άρχισε να εισέρχεται σε φυσικά νερά ως αποτέλεσμα δοκιμών πυρηνικών όπλων και των δραστηριοτήτων των επιχειρήσεων του κύκλου πυρηνικών καυσίμων.

Στο μικτό στρώμα, η συγκέντρωση τριτίου αλλάζει ελάχιστα, μετά υπάρχει ένα στρώμα με έντονη κλίση και στη συνέχεια με την αύξηση του βάθους παρατηρείται ομαλή μείωση της συγκέντρωσης. Τα οριζόντια εφέ μεταφοράς μπορεί να υπερτίθενται σε αυτή τη συνολική εικόνα. Σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη του Βόρειου Ατλαντικού παρατηρούνται αυξημένες συγκεντρώσεις τριτίου σε βαθιά στρώματα, γεγονός που σχετίζεται με ταχεία καθίζηση των υδάτων.

Βηρύλλιο-7εισέρχεται στον ωκεανό από την ατμόσφαιρα, κυρίως με βροχόπτωση. Λόγω του μικρού χρόνου ημιζωής του, βρίσκεται κυρίως στο μικτό στρώμα της πικνολίνης. Σε εξαιρετικά χαμηλές συγκεντρώσεις σε υδατικά διαλύματα, το βηρύλλιο προφανώς απορροφάται αρκετά εύκολα στην επιφάνεια των αιωρούμενων σωματιδίων. Ο συντελεστής συγκέντρωσης βηρυλλίου από θαλάσσιους οργανισμούς φτάνει το 10 3 .

Άνθρακα-14(με τη μορφή 14 CO 2) εισέρχεται στον ωκεανό κατά την ανταλλαγή διοξειδίου του άνθρακα με την ατμόσφαιρα. Στον ωκεανό, περιλαμβάνεται στο σύστημα άνθρακα, που αποτελείται από διαλυμένο και αιωρούμενο οργανικό άνθρακα, το ανθρακικό σύστημα και αιωρούμενα ανθρακικά. Ο περισσότερος άνθρακας βρίσκεται σε διάλυμα με τη μία ή την άλλη μορφή. Έτσι, ο οργανικός αιωρούμενος άνθρακας αποτελεί μόνο ένα μικρό ποσοστό του διαλυμένου άνθρακα στα επιφανειακά στρώματα· η αναλογία αυτή μειώνεται με το βάθος. Η περιεκτικότητα του ανόργανου διαλυμένου άνθρακα (?CO2) στον ωκεανό είναι περίπου 90-105 mg/l και, επομένως, για άνθρακα (σε όρους CO2) στη σύνθεση ανθρακικών ασβεστίου και μαγνησίου στο επιφανειακό ωκεάνιο εναιώρημα είναι αρκετά δέκατα του τοις εκατό ή λιγότερο. Αυτή η αναλογία μειώνεται με το βάθος λόγω της διάλυσης των ανθρακικών αλάτων κατά την καθίζηση του αιωρούμενου υλικού. Η σύγκριση της περιεκτικότητας σε ανόργανο και οργανικό άνθρακα στο διάλυμα δείχνει ότι η σύνθεση της οργανικής ύλης περιέχει περίπου 30 φορές λιγότερο άνθρακα. Πολύ λίγος ραδιενεργός άνθρακας στα νερά των ωκεανών μπορεί να αιωρηθεί. Λόγω του μεγάλου χρόνου ημιζωής του άνθρακα-14, ο κοσμογονικός ραδιοάνθρακας κατανέμεται αρκετά ομοιόμορφα στα ωκεάνια ύδατα σε βάθος. Σημαντικές ποσότητες άνθρακα-14 από πυρηνικές εκρήξεις οδήγησαν σε μεγάλες αυξήσεις στις επιφανειακές συγκεντρώσεις και μεγάλες κλίσεις συγκέντρωσης στα ανώτερα 1000 μέτρα του Ειρηνικού Ωκεανού.

Πυρίτιο-32στον ωκεανό βρίσκεται κυρίως σε διαλυμένη μορφή. Η διήθηση μέσω φίλτρων μεμβράνης με διάμετρο πόρων 0,45 microns έδειξε ότι λιγότερο από το 10% του πυριτίου αιωρείται στα επιφανειακά ύδατα του Ειρηνικού και του Ατλαντικού ωκεανού. Αυτή η τιμή μειώνεται με το βάθος. Η συντριπτική πλειοψηφία του πυριτίου-32 που εισέρχεται στον ωκεανό από την ατμόσφαιρα πρέπει να είναι σε διαλυμένη μορφή.

2.2 ΤΕΧΝΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΥΔΡΟΣΦΑΙΡΑΣ

Η ιστορία της ραδιενεργής μόλυνσης του περιβάλλοντος ξεκίνησε με την έναρξη λειτουργίας των μονάδων επεξεργασίας ουρανίου και των πρώτων αντιδραστήρων στο Hanford στον ποταμό Κολούμπια (ΗΠΑ). Μέχρι το 1971 λειτουργούσαν εκεί 8 αντιδραστήρες. Τα υγρά απόβλητα χαμηλής στάθμης αραιώθηκαν με νερό σε ειδική δραστηριότητα περίπου 4 Bq/l και απορρίφθηκαν στον ποταμό. Τα απόβλητα υψηλότερης δραστηριότητας διατηρήθηκαν σε ειδικά δοχεία μέχρι την αποσύνθεση των βραχύβιων ραδιονουκλεϊδίων.

Το 1958, 7×10 15 Bq ραδιενεργών αποβλήτων απορρίφθηκαν σε ποτάμια των ΗΠΑ. Ως αποτέλεσμα πολλών ετών απόρριψης τεχνητών ραδιονουκλεϊδίων σε ποτάμια, τεράστιες περιοχές με αυξημένη ραδιενέργεια τεχνολογικής προέλευσης έχουν σχηματιστεί στις εκβολές τους.

Διαφορετικά ραδιονουκλεΐδια συμπεριφέρονται διαφορετικά σε σχέση με την αιωρούμενη ύλη και τα ιζήματα του πυθμένα του ποταμού. Το στρόντιο-90 σχηματίζει κυρίως διαλυτές μορφές και μεταφέρεται εύκολα από μάζες νερού σε μεγάλες αποστάσεις. Τα ραδιενεργά ισότοπα του καισίου μπορούν να προσροφηθούν σε αργιλικά συστατικά εδάφους και αιωρούμενα ποτάμια, γεγονός που περιπλέκει σε μεγάλο βαθμό τη μετανάστευση του με ύδατα ποταμών πλούσια σε αιωρούμενη ύλη. Αυτή η θεμελιώδης διαφορά στη συμπεριφορά του καισίου-137 και του στροντίου-90 αποδείχθηκε ξεκάθαρα από πολυάριθμες μελέτες ανθρωπογενούς ραδιενέργειας στον Δούναβη και τον Δνείπερο που διεξήχθησαν μετά το ατύχημα του Τσερνομπίλ.

Τα νερά του Δούναβη αντιπροσωπεύουν περίπου το 60% της ροής του ποταμού στη Μαύρη Θάλασσα και η λεκάνη του είναι σχεδόν το ήμισυ του εδάφους της Δυτικής Ευρώπης. Ως εκ τούτου, ο Δούναβης χρησιμεύει επί του παρόντος ως η πιο σημαντική πηγή τεχνητής ραδιενέργειας που εισέρχεται στη Μαύρη Θάλασσα. Χαρακτηριστικό γνώρισμα του Δούναβη είναι η υψηλή περιεκτικότητά του σε αιωρούμενα υλικά. .

Επί του παρόντος, ο Δνείπερος στο μεσαίο και κάτω τμήμα του είναι ένα σύστημα δεξαμενών. Η ταχύτητα της ροής του Δνείπερου είναι χαμηλή· η κίνηση των υδάτινων μαζών από το άνω τμήμα προς το στόμα διαρκεί περίπου ένα χρόνο. Ως αποτέλεσμα, δημιουργούνται ιδανικές συνθήκες για τη σύνδεση των διαλυμένων συστατικών με αιωρούμενη ύλη και την είσοδό τους στα ιζήματα του πυθμένα του καταρράκτη του Δνείπερου. Περίπου το 94% της αιωρούμενης ύλης καθιζάνει εντός της δεξαμενής και μόνο το 6% φτάνει στην επόμενη δεξαμενή. Ο ρυθμός μεταφοράς 90 Sr με νερά του Δνείπερου είναι σημαντικά υψηλότερος σε σύγκριση με τον ρυθμό μεταφοράς 137 Cs.

Η ραδιενεργή ρύπανση του θαλάσσιου περιβάλλοντος έχει γίνει παγκόσμια από την αρχή των δοκιμών πυρηνικών όπλων. Περισσότερα από 350 πυρομαχικά δοκιμάστηκαν τόσο στην ξηρά όσο και στον ωκεανό, συμπεριλαμβανομένων 2 υποβρύχιων εκρήξεων, 11 στον ανοιχτό ωκεανό. 113 - πάνω ή σε κοραλλιογενή νησιά, 79 - σε νησιά της Αρκτικής.

Τα προϊόντα των πυρηνικών εκρήξεων ανέβηκαν σε μεγάλα ύψη στη στρατόσφαιρα και εξαπλώθηκαν σε όλη την υδρόγειο. Τα τεχνητά ραδιονουκλεΐδια από τη δεξαμενή της στρατόσφαιρας, όπου έπεσαν κατά τη διάρκεια δοκιμών στην ατμόσφαιρα, στην επιφάνεια της Γης ή του ωκεανού, συνεχίζουν να φτάνουν στην επιφάνεια της γης και του ωκεανού με ατμοσφαιρική πτώση. Τα ραδιονουκλεΐδια που εισέρχονται στην επιφάνεια της γης, που είναι η λεκάνη απορροής των ποταμών, μπορούν επίσης να εισέλθουν στον ωκεανό με τα νερά των ποταμών.

Ο ωκεανός αντιπροσωπεύει περίπου το 70% της επιφάνειας της Γης· η άμεση βροχόπτωση στην επιφάνεια του ωκεανού δημιουργήθηκε στα τέλη της δεκαετίας του '50 και στις αρχές της δεκαετίας του '60. τον περασμένο αιώνα, αξιοσημείωτα επίπεδα τεχνητής ραδιενέργειας στα επιφανειακά στρώματα του θαλασσινού νερού.

Οι διαδικασίες της βιογεωχημικής καθίζησης οδήγησαν στην αρκετά γρήγορη απομάκρυνση πολλών ραδιονουκλεϊδίων από τα επιφανειακά στρώματα του θαλασσινού νερού μέσω ολόκληρης της στήλης του νερού στον πυθμένα. Η κατανομή των προϊόντων σχάσης που προέρχονταν από τη στρατοσφαιρική δεξαμενή στην επιφάνεια της γης ήταν άνιση και η μέγιστη πτώση σημειώθηκε στις 40-50 μοίρες βόρειου γεωγραφικού πλάτους. Ο ισημερινός αποδείχθηκε ότι ήταν ένα σημαντικό εμπόδιο που εμποδίζει ένα σημαντικό μέρος των ραδιονουκλεϊδίων να διεισδύσει από το βόρειο ημισφαίριο, όπου διεξήχθη το μεγαλύτερο μέρος των δοκιμών, στο νότιο.

Τα ποτάμια φέρνουν στον ωκεανό διαλυμένες και αιωρούμενες μορφές ραδιονουκλεϊδίων που συλλέγονται από τη δική τους λεκάνη. Στο όριο, συμβαίνουν γεωχημικοί μετασχηματισμοί, που σχετίζονται με μια απότομη αλλαγή σε πολλές υδροχημικές παραμέτρους σε αυτό το φράγμα: pH, θερμοκρασία, αλατότητα, δυναμικό οξειδοαναγωγής. Ως αποτέλεσμα, ένας αριθμός ραδιονουκλεϊδίων που υπήρχαν στα νερά των ποταμών σε διαλυμένη μορφή βυθίζεται στον πυθμένα στη ζώνη μετατόπισης των γλυκών και θαλασσινών υδάτων.

Η συμπεριφορά των τεχνητών ραδιονουκλεϊδίων που εισέρχονται στον ωκεανό και η κατανομή τους στον ωκεανό καθορίζονται από τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένης της ικανότητας υδρόλυσης, της συγγένειας για αιωρούμενη ύλη και της συμμετοχής σε βιογεωχημικές διεργασίες. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της συμπεριφοράς πολλών ραδιονουκλεϊδίων στο θαλάσσιο περιβάλλον σχετίζεται με την αλληλεπίδρασή τους με την οργανική ύλη με το σχηματισμό πολύπλοκων ενώσεων. Η επιφάνεια του ωκεανού καλύπτεται με μια λεπτή μικροστοιβάδα που περιέχει τασιενεργά, όπου συγκεντρώνονται πολλά ιχνοστοιχεία.

Οι φυσαλίδες αέρα που σχηματίζονται συνεχώς στο υπόγειο στρώμα σκάνε, ανεβαίνουν στην επιφάνεια, και αυτή η διαδικασία οδηγεί στην απομάκρυνση στην επιφάνεια όχι μόνο των κύριων ιόντων της σύνθεσης αλατιού του ωκεανού νερού, αλλά και, με μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα, ιόντων πολλών ιχνών στοιχεία από την επιφανειακή μικροστιβάδα. Ως αποτέλεσμα, τα θαλάσσια αερολύματα εμπλουτίζονται σε μικροστοιχεία σε σχέση με τα κύρια συστατικά του θαλασσινού αλατιού. Τα ραδιονουκλεΐδια μπορούν επίσης να συμμετέχουν σε τέτοιες διεργασίες.

Περίπου το 80% του πλουτωνίου που απορρίπτεται από τις ευρωπαϊκές μονάδες επανεπεξεργασίας πυρηνικών καυσίμων σε διαλυμένη μορφή αφαιρέθηκε με καθίζηση πριν οι υδάτινες μάζες φτάσουν στις Θάλασσες του Μπάρεντς και της Γροιλανδίας.

Στα επιφανειακά ύδατα του ανοιχτού ωκεανού, η αιωρούμενη φάση περιέχει 12-35% πλουτώνιο και στα υπόγεια ύδατα περίπου 6% πλουτώνιο. Η κύρια πηγή πλουτωνίου-239.240 στα νερά των ωκεανών είναι οι παγκόσμιες επιπτώσεις και η πηγή του πλουτωνίου-238 είναι οι ευρωπαϊκές μονάδες επανεπεξεργασίας πυρηνικών καυσίμων. Σημαντικό ρόλο στη ρύπανση του περιβάλλοντος με πλουτώνιο-238 έπαιξαν τα ατυχήματα διαστημικών σκαφών με πυρηνικούς σταθμούς.

2.3 ΑΚΤΙΝΙΔΕΣ ΣΤΗΝ ΥΔΡΟΣΦΑΙΡΑ

Στα υδατικά συστήματα, οι ακτινίδες χαρακτηρίζονται από μια σειρά καταστάσεων οξείδωσης από +3 έως +6. Οι καταστάσεις οξείδωσης +5+6 αντιστοιχούν σε συνδετικά και θερμοδυναμικά σταθερές γραμμικές διοξοκώσεις. Λόγω της στερικής παρεμπόδισης, οι αριθμοί συντονισμού των πεντασθενών και εξασθενών ακτινιδών σε υδατικά διαλύματα είναι 4 και 6, αντίστοιχα. Για An 3+ και An 4+, οι αριθμοί συντονισμού μπορεί να ποικίλλουν από 6 έως 12.

Το θόριο σε διάλυμα είναι αποκλειστικά τετρασθενές. Η πιο χαρακτηριστική κατάσταση οξείδωσης του ουρανίου είναι +6. Το Neptunium και το Protactinium είναι συνήθως στην πεντασθενή κατάσταση· το Neptunium μπορεί να οξειδωθεί ή να αναχθεί στην εξασθενή και τετρασθενή κατάσταση, αντίστοιχα. Το αμερίκιο και το κούριο παρουσιάζουν μόνο μία κατάσταση οξείδωσης +3 υπό περιβαλλοντικές συνθήκες. Το πλουτώνιο εμφανίζει τη μεγαλύτερη ποικιλία καταστάσεων οξείδωσης: υπό φυσικές συνθήκες, μπορεί προφανώς να συνυπάρχουν τέσσερις καταστάσεις οξείδωσης από +3 έως +6.

Σε υδατικά διαλύματα, οι ακτινίδες σε όλες τις καταστάσεις οξείδωσης εμφανίζουν τις ιδιότητες των τυπικών «σκληρών» οξέων, γεγονός που καθορίζει την ηλεκτροστατική φύση της αλληλεπίδρασής τους με τα ανιόντα και την προτιμώμενη δέσμευση σε υποκαταστάτες που περιέχουν οξυγόνο. Στα φυσικά νερά, η συμπεριφορά των ακτινιδών καθορίζεται από αντιδράσεις υδρόλυσης και συμπλοκοποίησης, κυρίως με ανθρακικά ιόντα.

Η υδρόλυση των τετρασθενών ακτινιδών ξεκινά σε όξινα διαλύματα και για τις πεντασθενείς ακτινίδες είναι ασήμαντη μέχρι το pH 9. Το πλουτώνιο που απορροφάται στην επιφάνεια των αιωρούμενων σωματιδίων είναι σε ανηγμένη μορφή (+4). Στα ιζήματα και τα εδάφη του παράκτιου πυθμένα, το πλουτώνιο συνδέεται κυρίως με χουμικά οξέα, τα οποία έχουν σχετικά υψηλό μοριακό βάρος, και με ελαφρά φουλβικά οξέα. .

Ο χρόνος παραμονής του πλουτωνίου στη στήλη του νερού ποικίλλει ευρέως - από δεκάδες ημέρες σε παράκτια ύδατα πλούσια σε αιωρούμενη ύλη έως δεκάδες χρόνια στον ανοιχτό ωκεανό.

Σε κλειστά υδάτινα σώματα, καθώς και σε παράκτιες ζώνες πλούσιες σε αιωρούμενη ύλη, μπορεί να συμβεί αλλαγή στην κατάσταση οξείδωσης του πλουτωνίου. Η μείωση του πλουτωνίου μπορεί επίσης να συμβεί υπό την επίδραση του υδρόθειου, το οποίο παρατηρείται, ειδικότερα, στη Μαύρη Θάλασσα, όπου το υδρόθειο βρίσκεται παντού σε βάθη άνω των 100 μέτρων, και στα νορβηγικά φιόρδ. .

Για τον διαχωρισμό του πλουτωνίου σε υψηλότερες και χαμηλότερες καταστάσεις οξείδωσης, χρησιμοποιήθηκαν διαφορές στον βαθμό προσρόφησης στο τριφθοριούχο λανθάνιο. Για τον έλεγχο της χημικής απόδοσης, χρησιμοποιήθηκαν δύο ισοτοπικές ετικέτες, που εισήχθησαν σε διαφορετικές χημικές μορφές. Το πλουτώνιο παρουσιάζει συντηρητική συμπεριφορά στο θαλασσινό νερό, αυτό οφείλεται στην οξειδωμένη του κατάσταση.

1. Ο χρόνος παραμονής του πλουτωνίου στη στήλη του νερού ποικίλλει πολύ - από δεκάδες ημέρες σε παράκτια ύδατα πλούσια σε αιωρούμενη ύλη έως δεκάδες χρόνια στον ανοιχτό ωκεανό.

2. Η συμπεριφορά των τεχνητών ραδιονουκλεϊδίων που εισέρχονται στον ωκεανό και η κατανομή τους στον ωκεανό καθορίζονται από τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένης της ικανότητας υδρόλυσης, της συγγένειας για αιωρούμενη ύλη και της συμμετοχής σε βιογεωχημικές διεργασίες.

3. Τα τεχνητά ραδιονουκλεΐδια από τη δεξαμενή της στρατόσφαιρας, όπου έπεσαν κατά τη διάρκεια των δοκιμών στην ατμόσφαιρα, στην επιφάνεια της Γης ή του ωκεανού, συνεχίζουν να φτάνουν στην επιφάνεια της γης και του ωκεανού με ατμοσφαιρική πτώση.

4. Διαφορετικά ραδιονουκλεΐδια συμπεριφέρονται διαφορετικά σε σχέση με την αιωρούμενη ύλη και τα ιζήματα του πυθμένα του ποταμού.

5.Ραδιοενέργειαείναι η αυθόρμητη διάσπαση των ατομικών πυρήνων μιας ουσίας με την εκπομπή πυρηνικής ακτινοβολίας: σωματίδια β (πυρήνες ηλίου), σωματίδια γ (ηλεκτρόνια) και g-κβάντα.

6. Τα τεχνητά ραδιονουκλεΐδια εισέρχονται στο περιβάλλον ως αποτέλεσμα δοκιμών πυρηνικών όπλων, πυρηνικών εκρήξεων που πραγματοποιούνται για ειρηνικούς σκοπούς, καθώς και των δραστηριοτήτων των επιχειρήσεων του κύκλου πυρηνικών καυσίμων.

7. Η ρύπανση των υδάτων εκδηλώνεται με αλλαγές στις φυσικές και οργανοληπτικές τους ιδιότητες (παραβίαση διαφάνειας, χρώμα, οσμή, γεύση), αύξηση της περιεκτικότητας σε άλατα (θειικά, χλωρίδια, νιτρικά κ.λπ.), τοξικά βαρέα μέταλλα, μείωση στην περιεκτικότητα σε οξυγόνο διαλυμένο στο νερό, αύξηση της περιεκτικότητας σε ραδιονουκλεΐδια, παθογόνα βακτήρια και άλλους ρύπους.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Pertsov L.A. Ιοντίζουσα ακτινοβολία της βιόσφαιρας - M.: Atomizdat, 1973.228 σελ.

2.Popov N.I., Fedorov K.N., Orlov V.M. Θαλασσινό νερό. - Science, 1979.327 σελ.

3. Vinogradov A.P. Εισαγωγή στη γεωχημεία των ωκεανών. -Μ.: Nauka, 1967. 215 σελ.

4. Batrakov G.F., Eremeev V.N., Zemlyanoy A. Radioactive isotopes in oceanographic research - Kyiv: Naukova Dumka, 1979. 180 p.

5. Gromov V.V., Moskvin A.I. Sapozhnikov Yu.A. Τεχνολογική ραδιενέργεια του Παγκόσμιου Ωκεανού. - M: Energoatomizdat, 1985. 272 ​​σελ.

6. Gedeonov L.I., Gritchenko Z.G., Ivanova L.M., Orlova T.E., Tishkov V.P., Toporkov V.P., Prokopenko V.F. Ραδιονουκλίδια στροντίου και καισίου στο κατώτερο ρεύμα του Δούναβη το 1985-1990. -Atomic Energy, 1993, τ. 74, αρ. 1, σελ. 58.

7. Sapozhnikov Yu.A., Aliev R.A., Kalmykov S.N. Περιβαλλοντική ραδιενέργεια. Μ:ΜΠΙΝΟΜ. Εργαστήριο Γνώσης, 2006 -- 286 σελ.:

8. Γκολίτσιν Α.Ν. Βιομηχανική οικολογία και παρακολούθηση της ρύπανσης του περιβάλλοντος: Διδακτικό βιβλίο. Εκδότης: ONIX, 2010 - 335 σελ.

9. Eremin V.G., Safonov V.G. Οικολογικά θεμέλια της περιβαλλοντικής διαχείρισης. Μ. 2002 - 220 σελ.

10. Snakin, V.V. Οικολογία και διατήρηση της φύσης: Λεξικό-βιβλίο αναφοράς. / Εκδ. ακαδ. A.L. Γιανσίνα. - M.: Academia, 2000. - 384 p.

11. Zhukov A. I., Mongait I. L., Rodziller I. D. Μέθοδοι καθαρισμού

βιομηχανικά λύματα Μ.: Stroyizdat. 1991. - 204 σελ.

12. Povyakalo A.D., Shangarev I.R. Περιβαλλοντικά προβλήματα της εποχής μας - M.: Quota, 2001. - 228 p.

13. Εγχειρίδιο για τα πανεπιστήμια: «ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ» / N.I.Nikolaikin, N.E.Nikolaikina, O.P.Melekhova. - 2η έκδ., αναθεωρημένη. και επιπλέον - Μ.: Bustard, 2003. - 624 σελ.

Δημοσιεύτηκε στο Allbest.ru

Παρόμοια έγγραφα

Η έννοια της ακτινοβολίας και της ραδιενέργειας, τα είδη και τα αίτια της. Μια κατηγορία ειδών οικιακής χρήσης που εκπέμπουν ακτινοβολία, αν και εντός αποδεκτών προδιαγραφών. Η επίδραση της ραδιενέργειας στους ζωντανούς οργανισμούς. Επιδράσεις της ακτινοβολίας στον άνθρωπο.

περίληψη, προστέθηκε 13/03/2017


Χαρακτηριστικά των πυρηνικών σταθμών που λειτουργούν στη Γερμανία: τοποθεσία, αριθμός μονάδων ισχύος, τύποι αντιδραστήρων, ηλεκτρική ενέργεια. Αρχές κατασκευής συστήματος παρακολούθησης περιβαλλοντικής ραδιενέργειας, μόλυνσης της επιφάνειας της γης και του νερού.

περίληψη, προστέθηκε 14/12/2016


Εφαρμογή βασικών μεθόδων επεξεργασίας νερού για την απομάκρυνση της ραδιενέργειας. Η διαδικασία της ρόφησης από υδατικά διαλύματα. Προέλευση φυσικών ροφητών. Αναγέννηση ρητινών ανταλλαγής ιόντων. Βασικές απαιτήσεις για εναλλάκτες ανιόντων που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία λυμάτων.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 17/04/2014


εργασία μαθήματος, προστέθηκε 11/03/2011


Παραγωγή ραδιενεργών αποβλήτων (RAW), προβλήματα με τον χειρισμό και τη διάθεσή τους. Βιολογικές επιπτώσεις της ιονίζουσας ακτινοβολίας και οι κύριες μέθοδοι προστασίας από αυτές. Μονάδες μέτρησης ραδιενέργειας και δόσεις ακτινοβολίας. Διασφάλιση της ασφάλειας των εγκαταστάσεων αποθήκευσης ραδιενεργών αποβλήτων.

περίληψη, προστέθηκε 17/05/2010


Μέθοδοι και μέσα καταγραφής της ραδιενεργής ακτινοβολίας (φωτογραφική, ιονισμός, φωταύγεια). Ραδιομετρικά πεδία περιοχών που φέρουν πετρέλαιο και φυσικό αέριο. Χαρακτηριστικά ραδιενεργών ακτινοβολιών, όργανα μέτρησής τους. Μέθοδος βιολογικής δοσιμετρίας.

παρουσίαση, προστέθηκε 02/10/2014


Πηγές ραδιενεργής μόλυνσης περιβαλλοντικών αντικειμένων από φυσικά ραδιενεργά στοιχεία. Παραδείγματα περιοχών με υψηλή περιεκτικότητα σε φυσικά ραδιενεργά στοιχεία στον κόσμο. Ανωμαλίες ραδιενέργειας σε ιζηματογενή στρώματα, οι αιτίες τους.

παρουσίαση, προστέθηκε 02/10/2014


Γενικές έννοιες για τους πυρηνικούς αντιδραστήρες, την πυρηνική ενέργεια και την οικολογία. Μονάδες μέτρησης που χρησιμοποιούνται στην ανθρώπινη ακτινοβολία. Τοξικότητα ραδιονουκλεϊδίων και τρόποι εισόδου τους στον ανθρώπινο οργανισμό, συσσώρευση σε τρόφιμα και ζωοτροφές.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 18/04/2011


Ραδιενεργά απόβλητα στο Χημικό Συνδυασμό της Σιβηρίας. Βιομηχανικές και έκτακτες εκλύσεις ραδιενέργειας στο SKH. Περιστατικά έκτακτης ανάγκης. Ατύχημα στο Τομσκ, 6 Απριλίου 1993. Ο ρόλος των μέσων ενημέρωσης στην κάλυψη των συνεπειών του ατυχήματος.

περίληψη, προστέθηκε 10/05/2006


Η ιστορία της ανακάλυψης του φαινομένου της πυρηνικής σχάσης του ουρανίου-235 υπό την επίδραση θερμικών νετρονίων. Χαρακτηριστικά και αιτίες σχηματισμού ραδιονουκλεϊδίων στη φύση. Η έννοια των φυσικών πυρηνικών αντιδραστήρων. Ανάλυση της τοποθέτησης γεωτρήσεων στο πεδίο Bogombo (Γκαμπόν).

Η τεχνητή ραδιενέργεια ανακαλύφθηκε από το ζευγάρι Irène (1897–1956) και Frédéric (1900–1958) Joliot-Curie. Στις 15 Ιανουαρίου 1934, το σημείωμά τους παρουσιάστηκε από τον J. Perrin σε μια συνάντηση της Ακαδημίας Επιστημών του Παρισιού. Η Ειρήνη και ο Φρειδερίκος μπόρεσαν να διαπιστώσουν ότι μετά τον βομβαρδισμό από σωματίδια άλφα, ορισμένα ελαφρά στοιχεία -μαγνήσιο, βόριο, αλουμίνιο- εκπέμπουν ποζιτρόνια. Στη συνέχεια, προσπάθησαν να καθορίσουν τον μηχανισμό αυτής της εκπομπής, ο οποίος διέφερε στη φύση από όλες τις περιπτώσεις πυρηνικών μετασχηματισμών που ήταν γνωστές εκείνη την εποχή. Οι επιστήμονες τοποθέτησαν μια πηγή σωματιδίων άλφα (πολώνιο) σε απόσταση ενός χιλιοστού από το φύλλο αλουμινίου. Στη συνέχεια την εξέθεσαν σε ακτινοβολία για περίπου δέκα λεπτά. Ένας μετρητής Geiger-Muller έδειξε ότι το φύλλο εκπέμπει ακτινοβολία, η ένταση της οποίας μειώνεται εκθετικά με το χρόνο, με χρόνο ημιζωής 3 λεπτά και 15 δευτερόλεπτα. Σε πειράματα με βόριο και μαγνήσιο, οι χρόνοι ημιζωής ήταν 14 και 2,5 λεπτά, αντίστοιχα. Όμως σε πειράματα με υδρογόνο, λίθιο, άνθρακα, βηρύλλιο, άζωτο, οξυγόνο, φθόριο, νάτριο, ασβέστιο, νικέλιο και άργυρο, δεν βρέθηκαν τέτοια φαινόμενα. Ωστόσο, οι Joliot-Curies κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η ακτινοβολία που προκαλείται από τον βομβαρδισμό ατόμων αλουμινίου, μαγνησίου και βορίου δεν μπορούσε να εξηγηθεί από την παρουσία οποιασδήποτε ακαθαρσίας στο παρασκεύασμα πολωνίου. «Μια ανάλυση της ακτινοβολίας βορίου και αλουμινίου σε έναν θάλαμο νεφών έδειξε», γράφουν οι K. Manolov και V. Tyutyunnik στο βιβλίο τους «Biography of the Atom», ότι είναι ένα ρεύμα ποζιτρονίων. Έγινε σαφές ότι οι επιστήμονες είχαν να κάνουν με ένα νέο φαινόμενο που ήταν σημαντικά διαφορετικό από όλες τις γνωστές περιπτώσεις πυρηνικών μετασχηματισμών. Οι μέχρι τότε γνωστές πυρηνικές αντιδράσεις είχαν εκρηκτικό χαρακτήρα, ενώ η εκπομπή θετικών ηλεκτρονίων από ορισμένα ελαφρά στοιχεία που ακτινοβολήθηκαν με τις ακτίνες άλφα του πολωνίου συνεχίστηκε για λίγο πολύ καιρό μετά την αφαίρεση της πηγής των ακτίνων άλφα. Στην περίπτωση του βορίου, για παράδειγμα, αυτός ο χρόνος φτάνει τη μισή ώρα». Οι Joliot-Curies κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι εδώ μιλάμε για πραγματική ραδιενέργεια, που εκδηλώνεται με την εκπομπή ενός ποζιτρονίου. Χρειάζονταν νέα στοιχεία και, πρώτα απ 'όλα, ήταν απαραίτητο να απομονωθεί το αντίστοιχο ραδιενεργό ισότοπο. Με βάση την έρευνα των Rutherford και Cockroft, η Irene και ο Frederic Joliot-Curie μπόρεσαν να καθορίσουν τι συμβαίνει με τα άτομα αλουμινίου όταν βομβαρδίζονται με σωματίδια άλφα πολωνίου. Πρώτον, τα σωματίδια άλφα συλλαμβάνονται από τον πυρήνα ενός ατόμου αλουμινίου, το θετικό φορτίο του οποίου αυξάνεται κατά δύο μονάδες, με αποτέλεσμα να μετατρέπεται στον πυρήνα ενός ραδιενεργού ατόμου φωσφόρου, που από τους επιστήμονες ονομάζεται "ραδιοφωσφόρος". Αυτή η διαδικασία συνοδεύεται από την εκπομπή ενός νετρονίου, γι' αυτό η μάζα του προκύπτοντος ισοτόπου αυξάνεται όχι κατά τέσσερις, αλλά κατά τρεις μονάδες και γίνεται ίσο με 30. Ένα σταθερό ισότοπο φωσφόρου έχει μάζα 31. «Ραδιοφωσφόρος» με ένα φορτίο 15 και μια μάζα 30 διασπάται με χρόνο ημιζωής 3 λεπτά 15 δευτερόλεπτα, εκπέμποντας ένα ποζιτρόνιο και μετατρέποντας σε ένα σταθερό ισότοπο πυριτίου. Η μόνη και αδιαμφισβήτητη απόδειξη ότι το αλουμίνιο μετατρέπεται σε φώσφορο και στη συνέχεια σε πυρίτιο με φορτίο 14 και μάζα 30 θα μπορούσε να είναι μόνο η απομόνωση αυτών των στοιχείων και η ταυτοποίησή τους με τις χαρακτηριστικές ποιοτικές χημικές αντιδράσεις τους. Για κάθε χημικό που εργαζόταν με σταθερές ενώσεις, αυτό ήταν ένα απλό έργο, αλλά για την Irene και τον Frederic η κατάσταση ήταν εντελώς διαφορετική: τα άτομα φωσφόρου που παρήγαγαν διήρκεσαν λίγο περισσότερο από τρία λεπτά. Οι χημικοί έχουν πολλές μεθόδους για την ανίχνευση αυτού του στοιχείου, αλλά όλες απαιτούν μακροχρόνιους προσδιορισμούς. Ως εκ τούτου, η γνώμη των χημικών ήταν ομόφωνη: είναι αδύνατο να εντοπιστεί ο φώσφορος σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα. Ωστόσο, οι σύζυγοι Joliot-Curie δεν αναγνώρισαν τη λέξη "αδύνατο". Και παρόλο που αυτό το «αδύνατο» έργο απαιτούσε σπασμωδική εργασία, ένταση, δεξιοτεχνία και ατελείωτη υπομονή, λύθηκε. Παρά την εξαιρετικά χαμηλή απόδοση των προϊόντων πυρηνικού μετασχηματισμού και την εντελώς ασήμαντη μάζα της ουσίας που υποβλήθηκε στον μετασχηματισμό - μόνο μερικά εκατομμύρια άτομα - ήταν δυνατό να καθοριστούν οι χημικές ιδιότητες του προκύπτοντος ραδιενεργού φωσφόρου. Η ανακάλυψη της τεχνητής ραδιενέργειας βαθμολογήθηκε αμέσως ως μία από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις του αιώνα. Πριν από αυτό, η ραδιενέργεια που ήταν εγγενής σε ορισμένα στοιχεία δεν μπορούσε να προκληθεί, να καταστραφεί ή να αλλάξει με οποιονδήποτε τρόπο από τον άνθρωπο. Το ζεύγος Joliot-Curie ήταν το πρώτο που προκάλεσε τεχνητά ραδιενέργεια αποκτώντας νέα ραδιενεργά ισότοπα. Οι επιστήμονες προέβλεψαν τη μεγάλη θεωρητική σημασία αυτής της ανακάλυψης και τη δυνατότητα πρακτικών εφαρμογών της στον τομέα της βιολογίας και της ιατρικής. Την επόμενη κιόλας χρονιά, οι ανακάλυπτες της τεχνητής ραδιενέργειας, η Irène και ο Frédéric Joliot-Curie, τιμήθηκαν με το Νόμπελ Χημείας. Συνεχίζοντας αυτές τις μελέτες, ο Ιταλός επιστήμονας Fermi έδειξε ότι ο βομβαρδισμός νετρονίων προκαλεί τεχνητή ραδιενέργεια στα βαρέα μέταλλα. Ο Ενρίκο Φέρμι (1901–1954) γεννήθηκε στη Ρώμη. Ακόμη και ως παιδί, ο Ενρίκο έδειξε μεγάλη ικανότητα για τα μαθηματικά και τη φυσική. Οι εξαιρετικές γνώσεις του για αυτές τις επιστήμες, που αποκτήθηκαν κυρίως ως αποτέλεσμα της αυτοεκπαίδευσης, του επέτρεψαν να λάβει υποτροφία το 1918 και να εισαχθεί στην École Normale Supérieure του Πανεπιστημίου της Πίζας. Στη συνέχεια, ο Ενρίκο έλαβε μια προσωρινή θέση ως λέκτορας μαθηματικών για χημικούς στο Πανεπιστήμιο της Ρώμης. Το 1923, πήγε για επαγγελματικό ταξίδι στη Γερμανία, στο Γκέτινγκεν, για να δει τον Μαξ Μπορν. Όταν επέστρεψε στην Ιταλία, ο Fermi εργάστηκε στο Πανεπιστήμιο της Φλωρεντίας από τον Ιανουάριο του 1925 έως το φθινόπωρο του 1926. Εδώ έλαβε το πρώτο του ακαδημαϊκό πτυχίο ως «ελεύθερος αναπληρωτής καθηγητής» και, το πιο σημαντικό, δημιούργησε το περίφημο έργο του για την κβαντική στατιστική. Τον Δεκέμβριο του 1926 ανέλαβε τη θέση του καθηγητή στο νεοσύστατο τμήμα θεωρητικής φυσικής του Πανεπιστημίου της Ρώμης. Εδώ οργάνωσε μια ομάδα νέων φυσικών: Rasetti, Amaldi, Segre, Pontecorvo και άλλους, που διαμόρφωσαν την ιταλική σχολή σύγχρονης φυσικής. Όταν ιδρύθηκε το πρώτο τμήμα θεωρητικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Ρώμης το 1927, ο Fermi, ο οποίος είχε αποκτήσει διεθνή κύρος, εξελέγη επικεφαλής του. Εδώ στην πρωτεύουσα της Ιταλίας, ο Φέρμι συγκέντρωσε πολλούς εξαιρετικούς επιστήμονες γύρω του και ίδρυσε την πρώτη σχολή σύγχρονης φυσικής της χώρας. Στους διεθνείς επιστημονικούς κύκλους άρχισε να αποκαλείται ομάδα Fermi. Δύο χρόνια αργότερα, ο Φέρμι διορίστηκε από τον Μπενίτο Μουσολίνι στην τιμητική θέση του μέλους της νεοσύστατης Βασιλικής Ακαδημίας της Ιταλίας. Το 1938, ο Fermi τιμήθηκε με το Νόμπελ Φυσικής. Η απόφαση της Επιτροπής Νόμπελ ανέφερε ότι το βραβείο απονεμήθηκε στον Φέρμι «για τις αποδείξεις του για την ύπαρξη νέων ραδιενεργών στοιχείων που λαμβάνονται με ακτινοβολία με νετρόνια και τη σχετική ανακάλυψη πυρηνικών αντιδράσεων που προκαλούνται από αργά νετρόνια». Ο Enrico Fermi έμαθε για την τεχνητή ραδιενέργεια αμέσως, την άνοιξη του 1934, μόλις οι σύζυγοι Joliot-Curie δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους. Ο Fermi αποφάσισε να επαναλάβει τα πειράματα Joliot-Curie, αλλά ακολούθησε έναν εντελώς διαφορετικό δρόμο, χρησιμοποιώντας νετρόνια ως βομβαρδιστικά σωματίδια. Ο Fermi εξήγησε αργότερα τους λόγους για τη δυσπιστία των νετρονίων από την πλευρά άλλων φυσικών και τη δική του τυχερή εικασία: «Η χρήση των νετρονίων ως βομβαρδιστικά σωματίδια υποφέρει από το μειονέκτημα ότι ο αριθμός των νετρονίων που μπορούν πρακτικά να απορριφθούν είναι αμέτρητα μικρότερος από τον ο αριθμός των σωματιδίων άλφα που λαμβάνονται από ραδιενεργές πηγές ή ο αριθμός των πρωτονίων.» και τα δευτερόνια που επιταχύνθηκαν σε συσκευές υψηλής τάσης. Αλλά αυτό το μειονέκτημα αντισταθμίζεται εν μέρει από τη μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα των νετρονίων στη διεξαγωγή τεχνητών πυρηνικών μετασχηματισμών.Τα νετρόνια έχουν επίσης ένα άλλο πλεονέκτημα. Είναι πολύ ικανά να προκαλούν πυρηνικούς μετασχηματισμούς. Ο αριθμός των στοιχείων που μπορούν να ενεργοποιηθούν από τα νετρόνια υπερβαίνει κατά πολύ τον αριθμό των στοιχείων που μπορούν να ενεργοποιηθούν από άλλους τύπους σωματιδίων». Την άνοιξη του 1934, ο Fermi άρχισε να ακτινοβολεί στοιχεία με νετρόνια. Τα «όπλα νετρονίων» του Fermi ήταν μικροί σωλήνες μήκους πολλών εκατοστών. Ήταν γεμάτα με ένα «μίγμα» λεπτής σκόνης βηρυλλίου και εκπομπών ραδίου. Έτσι περιέγραψε ο Fermi μια από αυτές τις πηγές νετρονίων: «Ήταν ένας γυάλινος σωλήνας μεγέθους μόλις 1,5 cm… στον οποίο υπήρχαν κόκκοι βηρυλλίου. Πριν από τη συγκόλληση του σωλήνα, ήταν απαραίτητο να εισαχθεί μια ορισμένη ποσότητα εκπομπών ραδίου σε αυτόν. Τα σωματίδια άλφα που εκπέμπονται από το ραδόνιο συγκρούονται σε μεγάλους αριθμούς με άτομα βηρυλλίου και παράγουν νετρόνια... Το πείραμα γίνεται ως εξής. Μια πλάκα από αλουμίνιο ή σίδηρο ή γενικά το στοιχείο που επιθυμείται να μελετηθεί, τοποθετείται σε κοντινή απόσταση από την πηγή νετρονίων και αφήνεται για αρκετά λεπτά, ώρες ή ημέρες (ανάλογα με τη συγκεκριμένη περίπτωση). Τα νετρόνια που εκπέμπονται από μια πηγή συγκρούονται με τους πυρήνες της ύλης. Σε αυτή την περίπτωση συμβαίνουν πολλές πυρηνικές αντιδράσεις διαφόρων τύπων...» Πώς έμοιαζαν όλα αυτά στην πράξη; Το υπό μελέτη δείγμα ήταν υπό έντονη ακτινοβολία νετρονίων για μια δεδομένη χρονική στιγμή, στη συνέχεια ένας από τους υπαλλήλους του Fermi έτρεξε κυριολεκτικά το δείγμα σε έναν μετρητή Geiger-Muller που βρισκόταν σε άλλο εργαστήριο και κατέγραψε τους παλμούς του μετρητή. Εξάλλου, πολλά νέα τεχνητά ραδιοϊσότοπα ήταν βραχύβια. Στο πρώτο μήνυμα, με ημερομηνία 25 Μαρτίου 1934, ο Fermi ανέφερε ότι βομβαρδίζοντας αλουμίνιο και φθόριο, έλαβε ισότοπα νατρίου και αζώτου που εκπέμπουν ηλεκτρόνια (και όχι ποζιτρόνια, όπως στον Joliot-Curie). Η μέθοδος βομβαρδισμού νετρονίων αποδείχθηκε πολύ αποτελεσματική και ο Fermi έγραψε ότι αυτή η υψηλή απόδοση στην παραγωγή σχάσης «αντισταθμίζει πλήρως την αδυναμία των υπαρχουσών πηγών νετρονίων σε σύγκριση με τις πηγές σωματιδίων άλφα και πρωτονίων». Στην πραγματικότητα, πολλά ήταν γνωστά. Τα νετρόνια εισήλθαν στον πυρήνα του πυρωμένου ατόμου, μετατρέποντάς τον σε ένα ασταθές ισότοπο, το οποίο αυθόρμητα διασπάστηκε και εκπέμπεται. Σε αυτή την ακτινοβολία βρισκόταν το άγνωστο: μερικά από τα τεχνητά παραγόμενα ισότοπα εκπέμπουν ακτίνες βήτα, άλλα ακτίνες γάμμα και άλλα σωματίδια άλφα. Κάθε μέρα ο αριθμός των τεχνητά λαμβανόμενων ραδιενεργών ισοτόπων αυξανόταν. Κάθε νέα πυρηνική αντίδραση έπρεπε να κατανοηθεί για να κατανοηθούν οι περίπλοκοι μετασχηματισμοί των ατόμων.Για κάθε αντίδραση ήταν απαραίτητο να προσδιοριστεί η φύση της ακτινοβολίας, γιατί μόνο γνωρίζοντας μπορεί κανείς να φανταστεί το μοτίβο της ραδιενεργής διάσπασης και να προβλέψει το στοιχείο που θα προκύψει στο τελικό αποτέλεσμα. Μετά ήρθε η σειρά των χημικών. Έπρεπε να αναγνωρίσουν τα άτομα που προέκυψαν. Αυτό πήρε επίσης χρόνο. Χρησιμοποιώντας το «όπλο νετρονίων» του, ο Fermi βομβάρδισε φθόριο, αλουμίνιο, πυρίτιο, φώσφορο, χλώριο, σίδηρο, κοβάλτιο, άργυρο και ιώδιο. Όλα αυτά τα στοιχεία ενεργοποιήθηκαν και σε πολλές περιπτώσεις ο Fermi μπορούσε να υποδείξει τη χημική φύση του προκύπτοντος ραδιενεργού στοιχείου. Κατάφερε να ενεργοποιήσει 47 από τα 68 στοιχεία που μελετήθηκαν με αυτή τη μέθοδο. Εμπνευσμένος από την επιτυχία, σε συνεργασία με τους F. Rasetti και O. Dagostino, ανέλαβε βομβαρδισμό νετρονίων βαρέων στοιχείων: θορίου και ουρανίου. «Πειράματα έδειξαν ότι και τα δύο στοιχεία, που προηγουμένως είχαν καθαριστεί από συνηθισμένες ενεργές ακαθαρσίες, μπορούν να ενεργοποιηθούν έντονα όταν βομβαρδιστούν από νετρόνια». Στις 22 Οκτωβρίου 1934, ο Fermi έκανε μια θεμελιώδη ανακάλυψη. Τοποθετώντας μια σφήνα παραφίνης μεταξύ της πηγής νετρονίων και του ενεργοποιημένου ασημένιου κυλίνδρου, ο Fermi παρατήρησε ότι η σφήνα δεν μείωσε τη δραστηριότητα νετρονίων, αλλά την αύξησε ελαφρώς. Ο Fermi κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αυτό το φαινόμενο οφειλόταν πιθανότατα στην παρουσία υδρογόνου στην παραφίνη και αποφάσισε να δοκιμάσει πώς ένας μεγάλος αριθμός στοιχείων που περιέχουν υδρογόνο θα επηρέαζε τη δραστηριότητα της σχάσης. Έχοντας πραγματοποιήσει το πείραμα πρώτα με παραφίνη και μετά με νερό, ο Fermi παρατήρησε μια αύξηση στη δραστηριότητα εκατοντάδες φορές. Τα πειράματα του Fermi αποκάλυψαν την τεράστια αποτελεσματικότητα των αργών νετρονίων. Όμως, εκτός από τα αξιοσημείωτα πειραματικά αποτελέσματα, την ίδια χρονιά ο Fermi πέτυχε αξιόλογα θεωρητικά επιτεύγματα. Ήδη στο τεύχος Δεκεμβρίου 1933 ενός ιταλικού επιστημονικού περιοδικού, δημοσιεύτηκαν οι προκαταρκτικές του σκέψεις για την αποσύνθεση βήτα. Στις αρχές του 1934 δημοσιεύτηκε το κλασικό του άρθρο «Προς τη θεωρία των ακτίνων βήτα». Η περίληψη του άρθρου του συγγραφέα αναφέρει: «Προτείνεται μια ποσοτική θεωρία της διάσπασης βήτα, βασισμένη στην ύπαρξη νετρίνων: στην περίπτωση αυτή, η εκπομπή ηλεκτρονίων και νετρίνων θεωρείται κατ' αναλογία με την εκπομπή ενός κβαντικού φωτός από ένα διεγερμένο άτομο στη θεωρία της ακτινοβολίας. Οι τύποι προέρχονται από τη διάρκεια ζωής του πυρήνα και για το σχήμα του συνεχούς φάσματος των ακτίνων βήτα. οι προκύπτοντες τύποι συγκρίνονται με το πείραμα». Ο Fermi σε αυτή τη θεωρία γέννησε την υπόθεση των νετρίνων και το μοντέλο πρωτονίου-νετρονίου του πυρήνα, αποδεχόμενος επίσης την υπόθεση του ισοτονικού σπιν που προτάθηκε από τον Heisenberg για αυτό το μοντέλο. Με βάση τις ιδέες που εξέφρασε ο Φέρμι, ο Χιντέκι Γιουκάουα προέβλεψε το 1935 την ύπαρξη ενός νέου στοιχειώδους σωματιδίου, που τώρα είναι γνωστό ως πι μεσον ή πιόνιο. Σχολιάζοντας τη θεωρία του Fermi, ο F Rasetti έγραψε: «Η θεωρία που έχτισε σε αυτή τη βάση αποδείχθηκε ότι ήταν σε θέση να αντέξει δυόμισι δεκαετίες επαναστατικής ανάπτυξης της πυρηνικής φυσικής σχεδόν χωρίς αλλαγή. Θα μπορούσε κανείς να σημειώσει ότι μια φυσική θεωρία σπάνια γεννιέται σε μια τέτοια τελική μορφή».

Η ραδιενέργεια είναι... την ικανότητα των πυρήνων των ατόμων ορισμένων χημικών στοιχείων να μετατρέπονται αυθόρμητα σε πυρήνες άλλων χημικών στοιχείων με την απελευθέρωση ενέργειας με τη μορφή ακτινοβολίας. Οι ουσίες που υπάρχουν στη φύση ονομάζονται φυσικά ραδιενεργές, ενώ οι ουσίες που έχουν αποκτήσει αυτή την ιδιότητα τεχνητά ονομάζονται τεχνητά ραδιενεργές. Το φαινόμενο της ραδιενέργειας ανακαλύφθηκε το 1896 από τον Γάλλο φυσικό A. Becquerel μελετώντας τον φωσφορισμό των αλάτων του ουρανίου. Κατά τη διάρκεια της αυθόρμητης, ανεξάρτητης από εξωτερικές αιτίες, διάσπασης των αλάτων ουρανίου, εκπέμπονταν ακτίνες παρόμοιες με τις ακτίνες Χ: διείσδυσαν μέσω αδιαφανών ουσιών, φωτισμένο φωτογραφικό χαρτί, ιονισμένα αέρια και επηρέασαν ζωντανούς ιστούς. Το 1898 Η Marie Sklodowska-Curie ανακάλυψε τη ραδιενέργεια του θορίου. Έδειξε επίσης ότι το μετάλλευμα ουρανίου είναι πιο ραδιενεργό από το καθαρό ουράνιο. Η Marie και ο Pierre Curie πρότειναν ότι τα άλατα ουρανίου περιέχουν μείγματα άλλων ραδιενεργών ουσιών, που αποδείχθηκε ότι ήταν πολώνιο και ράδιο.

Οι ακτινοβολίες από φυσικά ραδιενεργά στοιχεία, όπως έδειξε ο Άγγλος φυσικός E. Rutherford (1911), έχουν διαφορετικές φυσικές ιδιότητες. Μερικές από τις ακτίνες σε ένα ηλεκτρικό πεδίο εκτρέπονται προς έναν αρνητικά φορτισμένο αγωγό, που δείχνει το θετικό τους φορτίο. ονομάζονταν ακτίνες ά. Ένα άλλο μέρος των ακτίνων εκτρέπεται προς έναν θετικά φορτισμένο αγωγό. Αυτές οι αρνητικά φορτισμένες ακτίνες ονομάζονται ακτίνες β. Οι ηλεκτρικά ουδέτερες ακτίνες που δεν εκτρέπονταν από ηλεκτρικό πεδίο ονομάζονταν ακτίνες γ.

Η μελέτη της ουσίας της φυσικής ραδιενεργής διάσπασης οδήγησε τον E. Rutherford στο συμπέρασμα σχετικά με τη δυνατότητα τεχνητής σχάσης των πυρήνων. Το 1919, όταν βομβάρδισε τον πυρήνα ενός ατόμου αζώτου με σωματίδια α, εκτόξευσε ένα θετικά φορτισμένο σωματίδιο - ένα πρωτόνιο. Ταυτόχρονα, σχηματίστηκε ένα νέο χημικό στοιχείο - το οξυγόνο.

Το 1932, εμφανίστηκαν δεδομένα για την ύπαρξη στον πυρήνα ατόμων, μαζί με τα πρωτόνια, νετρονίων παρόμοιου μεγέθους με αυτά. Οι Σοβιετικοί φυσικοί D. D. Ianenko, E. G. Gapon και ο γερμανός φυσικός Goldhaber ανέπτυξαν μια θεωρία σχετικά με τη δομή του πρωτονίου-ουδετρόπου του ατομικού πυρήνα. Ο Άγγλος φυσικός Chadwick ανακάλυψε το νετρόνιο το 1933. Η Irene και ο Frederic Joliot-Curie, όταν βομβάρδισαν α-σωματίδια αλουμινίου, βορίου και μαγνησίου, έλαβαν ένα ποζιτρόνιο μαζί με τα νετρόνια. Επιπλέον, ποζιτρόνια εκπέμπονταν ακόμη και μετά τη διακοπή της ακτινοβόλησης του αλουμινίου, δηλαδή, για πρώτη φορά, ελήφθησαν ραδιενεργά στοιχεία τεχνητά.

2713A1 +42 ά→10n + 3015P→ e+ + 3014Si

Η πρώτη γεννήτρια νετρονίων, τα οποία παρήχθησαν σε έναν επιταχυντή βαρέων φορτισμένων σωματιδίων (κυκλοτρόνιο), σχεδιάστηκε το 1936 από τον Laurence.

Το 1940, οι Σοβιετικοί φυσικοί G.N. Flerov και K.A. Petrzhak ανακάλυψαν το φαινόμενο της αυθόρμητης σχάσης πυρήνων ουρανίου σε μεγάλα θραύσματα με την απελευθέρωση 2-3 ελεύθερων νετρονίων, τα οποία, με τη σειρά τους, προκάλεσαν τη σχάση άλλων πυρήνων με την απελευθέρωση νέων νετρονίων. κλπ κλπ. Δείχνεται η πιθανότητα μιας αλυσιδωτής αντίδρασης, η οποία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ακτινοβολία σταθερών χημικών στοιχείων με νετρόνια και τη μετατροπή τους σε ραδιενεργά. Σε αντίθεση με τα σωματίδια άλφα, τα νετρόνια, όντας ηλεκτρικά ουδέτερα, διεισδύουν εύκολα στους πυρήνες των ατόμων, μεταφέροντάς τα σε διεγερμένη κατάσταση.

Το 1942, στις ΗΠΑ, ο Ιταλός φυσικός E. Fermi πέτυχε για πρώτη φορά στην πράξη μια αλυσιδωτή αντίδραση, δημιουργώντας έναν πυρηνικό αντιδραστήρα που λειτουργεί. Η ανάπτυξη των πρώτων δειγμάτων ατομικών όπλων χρονολογείται από τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο. Χρησιμοποιήθηκε από τις Ηνωμένες Πολιτείες το 1945 κατά τους βομβαρδισμούς των ιαπωνικών πόλεων Χιροσίμα και Ναγκασάκι. Το 1954, η ΕΣΣΔ ξεκίνησε την εμπορική λειτουργία του πρώτου πυρηνικού σταθμού στον κόσμο.

Χάρη στη δημιουργία ατομικών αντιδραστήρων και ισχυρών επιταχυντών φορτισμένων σωματιδίων, έχουν ληφθεί πλέον ραδιενεργά ισότοπα όλων των χημικών στοιχείων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τις ανάγκες της εθνικής οικονομίας, συμπεριλαμβανομένης της ιατρικής.

Τα τεχνητά ραδιενεργά ισότοπα λαμβάνονται με βομβαρδισμό των πυρήνων ατόμων σταθερών χημικών στοιχείων με νετρόνια, πρωτόνια, δευτερόνια, καθώς και από προϊόντα σχάσης ουρανίου ή πλουτωνίου σε πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Ένα παράδειγμα είναι η αντίδραση για την παραγωγή ραδιοφωσφόρου:

3115P + 10n → 3215Р ή 3115P + 11H → 3215P + e+ + p.

Όλα τα γνωστά ραδιενεργά στοιχεία χωρίζονται σε δύο ομάδες: φυσικά και τεχνητά (ανθρωπογενή).

Εσωτερική έκθεση.

Επίγεια ακτινοβολία.

Στη φύση, υπάρχουν τρεις σειρές (οικογένειες) ραδιενεργών ουσιών: η σειρά ουρανίου-ράδιου, η σειρά θορίου και η σειρά ακτινίου. Σε κάθε σειρά, με την πάροδο του χρόνου, τα άτομα υφίστανται διαδοχικές ραδιενεργές διασπάσεις, εκπέμποντας α- ή β-σωματίδια σε κάθε στάδιο (με ή χωρίς συνοδευτική ακτινοβολία γ) και μετατρέπονται σε άτομα άλλων χημικών στοιχείων.

Η ύπαρξη στη φύση αυτών των τριών σειρών καθορίζεται από την παρουσία σε κάθε περίπτωση ενός μητρικού νουκλεϊδίου, ο χρόνος ημιζωής του οποίου είναι συγκρίσιμος με την ηλικία της Γης. Στη σειρά ουρανίου-ράδιου, ο πρόγονος είναι το ισότοπο ουρανίου -238 (238 U) με χρόνο ημιζωής 4,5 10 9 έτη. Το Actinouranium (235 U) χρησιμεύει ως ο πρόγονος της σειράς ουρανίου με χρόνο ημιζωής 7,1 · 10 8 χρόνια. Το ισότοπο του θορίου-232 (232 Th) με χρόνο ημιζωής 1,4 × 10 10 χρόνια είναι το μητρικό στοιχείο της σειράς θορίου. Τα σταθερά τελικά προϊόντα κάθε σειράς μετασχηματισμών είναι ισότοπα μολύβδου - 206 Pb, 207 Pb, 208 Pb, αντίστοιχα.

Επί του παρόντος, υπάρχουν 23 μακρόβια ραδιενεργά στοιχεία που διατηρούνται στη Γη με χρόνο ημιζωής 10 7 ετών και άνω. Τα φυσικά χαρακτηριστικά ορισμένων από αυτά παρουσιάζονται στον Πίνακα 11.1.

Πίνακας 11.1.

Φυσικά χαρακτηριστικά ορισμένων ραδιενεργών στοιχείων με μεγάλη διάρκεια ζωής.

Ραδιενεργά ισότοπα που υπήρχαν αρχικά στη Γη.
Ραδιονουκλίδιο	Περιεκτικότητα βάρους στον φλοιό της γης	Χρόνος ημιζωής, χρόνια:	Τύπος αποσύνθεσης:
Ουράνιο -238	3 10 -6	4,5 10 9	-φθορά
Θόριο-232	8 10 -6	1,4 10 10	-σήψη, -σήψη
Κάλιο-40	3 10 -16	1,3 10 9	( - φθορά, - φθορά
Βανάδιο -50	4,5 10 -7	5 10 14	-φθορά
Ρουβίδιο -87	8,4 10 -5	4,7 10 10	-φθορά
Ίνδιο-115	1 10 -7	6 10 14	-φθορά
Λανθάνιο-138	1,6 10 -8	1,1 10 11	-σήψη, -σήψη
Σαμάρεια -147	1,2 10 -6	1,2 10 11	-φθορά
Λουτέτιο-176	3 10 -8	2.1 10 10	-σήψη, -σήψη

Σε τρεις οικογένειες ραδιενεργών: ουράνιο (238 U), θόριο (232 Th) και ακτίνιο (235 Ac), σχηματίζονται συνεχώς 40 ραδιενεργά ισότοπα κατά τη διάρκεια των διεργασιών ραδιενεργής διάσπασης. Η μέση αποτελεσματική ισοδύναμη δόση εξωτερικής ακτινοβολίας που λαμβάνει ένα άτομο ετησίως από επίγειες πηγές είναι περίπου 0,35 mSv, δηλ. ελαφρώς μεγαλύτερη από τη μέση ατομική δόση λόγω ακτινοβολίας που οφείλεται στο κοσμικό υπόβαθρο στο επίπεδο της θάλασσας.

Ωστόσο, το επίπεδο της επίγειας ακτινοβολίας δεν είναι το ίδιο σε διαφορετικές περιοχές. Για παράδειγμα, 200 χιλιόμετρα βόρεια του Σάο Πάολο (Βραζιλία) υπάρχει ένας μικρός λόφος όπου το επίπεδο ακτινοβολίας είναι 800 φορές υψηλότερο από το μέσο όρο και φτάνει τα 260 mSv ετησίως. Στη νοτιοδυτική Ινδία, 70.000 άνθρωποι ζουν σε μια στενή παράκτια λωρίδα με άμμο πλούσια σε θόριο. Αυτή η ομάδα ανθρώπων λαμβάνει κατά μέσο όρο 3,8 mSv ανά άτομο ανά έτος. Μελέτες έχουν δείξει ότι στη Γαλλία, τη Γερμανία, την Ιταλία, την Ιαπωνία και τις ΗΠΑ, περίπου το 95% του πληθυσμού ζει σε μέρη με δόση ακτινοβολίας από 0,3 έως 0,6 mSv ετησίως. Περίπου το 3% λαμβάνει κατά μέσο όρο 1 mSv ετησίως και περίπου το 1,5% λαμβάνει περισσότερο από 1,4 mSv ετησίως.

Η δομή και οι τιμές των ετήσιων μέσων ενεργών δόσεων ακτινοβολίας στον πληθυσμό της Ουκρανίας από φυσικές πηγές ιοντίζουσας ακτινοβολίας φαίνονται στο Σχήμα 11.1.

Η μέση ετήσια δόση ακτινοβολίας είναι 4,88 mSv και λαμβάνοντας υπόψη τα τελευταία δεδομένα για την περιεκτικότητα σε ραδόνιο - 220 (220 Rn) στον αέρα των κατοικιών, η μέση ετήσια δόση ακτινοβολίας είναι 5,3 mSv ετησίως.

Σε διάφορες χώρες του κόσμου, οι μέσες δόσεις ποικίλλουν από 2,0 mSv/έτος (Αγγλία) έως ~ 7,8 mSv/έτος (Φινλανδία). Αλλά το γενικό είναι ότι η μεγαλύτερη συνεισφορά στη δόση προκαλείται από την παρουσία ραδονίου, ενός ραδιενεργού αερίου, ενός προϊόντος διάσπασης του φυσικού ραδίου.

Κοσμικές ακτίνες.

Η κοσμική ακτινοβολία αποτελείται από σωματίδια που συλλαμβάνονται από το μαγνητικό πεδίο της Γης, τη γαλαξιακή κοσμική ακτινοβολία και τη σωματική ακτινοβολία από τον Ήλιο. Αποτελείται κυρίως από ηλεκτρόνια, πρωτόνια και σωματίδια άλφα. Αυτή είναι η πρωτογενής κοσμική ακτινοβολία. Κατά την αλληλεπίδραση με την ατμόσφαιρα της Γης, σχηματίζεται δευτερογενής ακτινοβολία.

Η δόση ακτινοβολίας από την πρωτογενή κοσμική ακτινοβολία στο επίπεδο της θάλασσας είναι 2,4 nSv/ώρα, με την πλειοψηφία του πληθυσμού να λαμβάνει δόση περίπου 0,35 mSv ετησίως.

Η ένταση της κοσμικής ακτινοβολίας εξαρτάται από την ηλιακή δραστηριότητα, τη γεωγραφική θέση του αντικειμένου και αυξάνεται με το υψόμετρο. Είναι πιο έντονο στο Βόρειο και Νότιο Πόλο, λιγότερο στις περιοχές του ισημερινού. Ο λόγος για αυτό είναι το μαγνητικό πεδίο της Γης, το οποίο εκτρέπει τα φορτισμένα σωματίδια από την κοσμική ακτινοβολία.

Η ποσότητα της δόσης ακτινοβολίας που λαμβάνει ένα άτομο εξαρτάται από τη γεωγραφική θέση, τον τρόπο ζωής και τη φύση της εργασίας. Για παράδειγμα, σε υψόμετρο 8 km, ο αποτελεσματικός ρυθμός δόσης είναι 2 μSv/ώρα, γεγονός που οδηγεί σε πρόσθετη έκθεση κατά τη διάρκεια των αεροπορικών ταξιδιών.

Κατά τη δευτερογενή ακτινοβολία, ως αποτέλεσμα πυρηνικών αντιδράσεων, σχηματίζονται ραδιενεργοί πυρήνες - κοσμογονικά ραδιονουκλίδια.

Για παράδειγμα, n + 14 N 3 H + 12 C, p + 14 N n + 14 C

Τη μεγαλύτερη συμβολή στη δημιουργία της δόσης έχουν τα 3 H, 7 Be, 14 C και 22 Na, τα οποία εισέρχονται στον ανθρώπινο οργανισμό μαζί με την τροφή (Πίνακας 11.2.)

Πίνακας 11.2.

Μέση ετήσια πρόσληψη κοσμογονικών ραδιονουκλεϊδίων στο ανθρώπινο σώμα.

Ένας ενήλικας καταναλώνει 95 κιλά άνθρακα ετησίως με το φαγητό, με μέση δραστηριότητα ανά μονάδα μάζας άνθρακα 230 Bq/kg. Η συνολική συνεισφορά των κοσμογονικών ραδιονουκλεϊδίων σε μια μεμονωμένη δόση είναι περίπου 15 μSv/έτος.

Ραδόνιο.

Η πιο σημαντική από όλες τις φυσικές πηγές ακτινοβολίας (Εικ. 11.2.) είναι ένα αόρατο, άγευστο και άοσμο βαρύ αέριο (7,5 φορές βαρύτερο από τον αέρα) - το ραδόνιο - 222 (222 Rn). Ένα άτομο εκτίθεται στο ραδόνιο και τα προϊόντα διάσπασής του κυρίως λόγω της εσωτερικής ακτινοβολίας όταν τα ραδιονουκλεΐδια εισέρχονται στο σώμα μέσω του αναπνευστικού συστήματος και, σε μικρότερο βαθμό, μέσω της τροφής. Μπαίνοντας στο σώμα κατά την εισπνοή, προκαλεί ακτινοβολία των βλεννογόνων ιστών των πνευμόνων. Με την παρατεταμένη έκθεση στο ραδόνιο και τα προϊόντα του στο ανθρώπινο σώμα, ο κίνδυνος καρκίνου του πνεύμονα αυξάνεται πολλαπλάσια.

Ένα άτομο λαμβάνει 3,8 mSv ετησίως λόγω εσωτερικής έκθεσης στο ραδόνιο, που είναι το 77,9% της μέσης ετήσιας δόσης ακτινοβολίας από φυσικές πηγές ακτινοβολίας.

Η κύρια πηγή αυτού του ραδιενεργού ευγενούς αερίου είναι ο φλοιός της γης. Διεισδύοντας μέσα από ρωγμές και ρωγμές στα θεμέλια, το δάπεδο και τους τοίχους, το ραδόνιο παραμένει σε εσωτερικούς χώρους. Μια άλλη πηγή ραδονίου εσωτερικού χώρου είναι τα ίδια τα οικοδομικά υλικά (σκυρόδεμα, τούβλα, ελαφρόπετρα, γρανίτης κ.λπ.), τα οποία περιέχουν φυσικά ραδιονουκλεΐδια που αποτελούν πηγή ραδονίου. Το ραδόνιο μπορεί επίσης να εισέλθει στα σπίτια με νερό (ειδικά αν τροφοδοτείται από αρτεσιανά πηγάδια), όταν καίγεται φυσικό αέριο και άλλες πηγές.

Το παρακάτω διάγραμμα θα σας βοηθήσει να συγκρίνετε την ισχύ εκπομπής διαφορετικών πηγών ραδονίου

Ρύζι. 11.2. Διάγραμμα ισχύος ακτινοβολίας διαφόρων πηγών ραδονίου.

Εσωτερική έκθεση από ραδιονουκλεΐδια χερσαίας προέλευσης.

Το ανθρώπινο σώμα περιέχει συνεχώς ραδιονουκλεΐδια χερσαίας προέλευσης, που εισέρχονται από τα αναπνευστικά και πεπτικά όργανα. Η μεγαλύτερη συνεισφορά στον σχηματισμό της εσωτερικής δόσης ακτινοβολίας γίνεται από 40 K, 87 Rb και νουκλεΐδια της σειράς διάσπασης 238 U και 232 Th (Πίνακας 11.3.).

Πίνακας 11.3.

Μέση ετήσια αποτελεσματική ισοδύναμη δόση εσωτερικής ακτινοβολίας

Για την Ουκρανία, η μέση ετήσια δόση εσωτερικής ακτινοβολίας είναι 200 ​​µSv, που είναι το 4,1% της συνολικής δόσης από φυσικές πηγές.

Τεχνητή ραδιενέργεια.

Ως αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας, έχουν εμφανιστεί τεχνητά ραδιονουκλεΐδια και πηγές ακτινοβολίας στο εξωτερικό περιβάλλον.

Τα φυσικά ραδιονουκλίδια και οι ορυκτές και οργανικές φυσικές πηγές που εξήχθησαν από τα έγκατα της Γης άρχισαν να εισέρχονται στο φυσικό περιβάλλον σε μεγάλες ποσότητες:

Γεωθερμικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, που δημιουργούν μέση εκπομπή περίπου 4 · 10 14 Bq του ισοτόπου 222 Rn ανά 1 GW παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας.

Λιπάσματα φωσφόρου που περιέχουν 226 Ra και 238 U (έως 70 Bq/kg στον απατίτη Kola και 400 Bq/kg σε φωσφορίτη).

Το αέριο και ο άνθρακας που καίγονται σε οικιστικά κτίρια και σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής περιέχουν φυσικά ραδιονουκλεΐδια 40 K, 232 U και 238 U σε ισορροπία με τα προϊόντα αποσύνθεσής τους.

Τις τελευταίες δεκαετίες, ο άνθρωπος έχει δημιουργήσει αρκετές χιλιάδες ραδιονουκλεΐδια και άρχισε να τα χρησιμοποιεί στην επιστημονική έρευνα, την τεχνολογία, τους ιατρικούς σκοπούς και άλλους σκοπούς. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της δόσης ακτινοβολίας που λαμβάνουν τόσο τα άτομα όσο και ο πληθυσμός συνολικά. Μερικές φορές η έκθεση από ανθρωπογενείς πηγές είναι χιλιάδες φορές πιο έντονη από ό,τι από φυσικές πηγές.
Επί του παρόντος, η κύρια συμβολή στη δόση από ανθρωπογενείς πηγές προέρχεται από την έκθεση σε εξωτερική ακτινοβολία κατά τη διάγνωση και τη θεραπεία.

Η μέση αποτελεσματική ισοδύναμη δόση που λαμβάνεται από όλες τις πηγές ακτινοβολίας στην ιατρική στις βιομηχανικές χώρες είναι 1 mSv ετησίως ανά κάτοικο, δηλ. περίπου το ήμισυ της μέσης δόσης από φυσικές πηγές.

Ο ρόλος διαφόρων πηγών τεχνητής ακτινοβολίας στη δημιουργία ακτινοβολίας υποβάθρου απεικονίζεται στον Πίνακα 11.4.

Πίνακας 11.4.

Μέσες ετήσιες δόσεις που λαμβάνονται από φυσική ακτινοβολία υποβάθρου και διάφορες πηγές τεχνητής ακτινοβολίας.

Δοκιμές πυρηνικών όπλων.

Οι ραδιολογικές συνέπειες των δοκιμών πυρηνικών όπλων καθορίζονται από τον αριθμό των δοκιμών, τη συνολική απελευθέρωση ενέργειας και τη δραστηριότητα των θραυσμάτων σχάσης, τους τύπους εκρήξεων (αέρας, έδαφος, υποβρύχιος, επιφανειακός, υπόγειος) και γεωφυσικοί περιβαλλοντικοί παράγοντες κατά τη διάρκεια της δοκιμαστικής περιόδου (περιοχή, καιρικές συνθήκες, μετανάστευση ραδιονουκλεϊδίων κ.λπ.). Δοκιμές πυρηνικών όπλων, που πραγματοποιήθηκαν ιδιαίτερα εντατικά την περίοδο 1954-1958 και 1961-1962. έγινε ένας από τους κύριους λόγους για την αύξηση της ακτινοβολίας υποβάθρου της Γης και, ως συνέπεια αυτού, μια παγκόσμια αύξηση των δόσεων εξωτερικής και εσωτερικής ακτινοβολίας του πληθυσμού.

Στις ΗΠΑ, την ΕΣΣΔ, τη Γαλλία, τη Μεγάλη Βρετανία και την Κίνα, πραγματοποιήθηκαν συνολικά τουλάχιστον 2060 δοκιμές ατομικών και θερμοπυρηνικών φορτίων στην ατμόσφαιρα, κάτω από το νερό και στα έγκατα της Γης, εκ των οποίων οι 501 δοκιμές πραγματοποιήθηκαν απευθείας στην ατμόσφαιρα.

Σύμφωνα με εκτιμήσεις διεθνών οργανισμών, στο δεύτερο μισό του 20ού αιώνα, λόγω πυρηνικών δοκιμών, 1,81 · 10 21 Bq προϊόντων πυρηνικής σχάσης (NFP) απελευθερώθηκαν στο εξωτερικό περιβάλλον, εκ των οποίων οι ατμοσφαιρικές δοκιμές αντιπροσώπευαν το 99,84%. Η εξάπλωση των ραδιονουκλεϊδίων έχει λάβει πλανητικές διαστάσεις (Εικ. 11.3.-11.4.).

Τα προϊόντα πυρηνικής σχάσης είναι ένα σύνθετο μείγμα περισσότερων από 200 ραδιενεργών ισοτόπων 36 στοιχείων (από ψευδάργυρο έως γαδολίνιο). Το μεγαλύτερο μέρος της δραστηριότητας προέρχεται από βραχύβια ραδιονουκλεΐδια. Έτσι, 7, 49 και 343 ημέρες μετά την έκρηξη, η δραστηριότητα του PYD μειώνεται κατά 10, 100 και 1000 φορές, αντίστοιχα, σε σύγκριση με τη δραστηριότητα μία ώρα μετά την έκρηξη. Η απόδοση των πιο βιολογικά σημαντικών ραδιονουκλεϊδίων δίνεται στον Πίνακα 11.5.

Η οικολογική σημασία των διαφορετικών ραδιενεργών ισοτόπων είναι εντελώς διαφορετική. Οι ραδιενεργές ουσίες με μικρό χρόνο ημιζωής μικρότερο από 2 ημέρες δεν αποτελούν μεγάλο κίνδυνο, καθώς διατηρούν υψηλό επίπεδο ακτινοβολίας στον μολυσμένο βιότοπο για μικρό χρονικό διάστημα. Ουσίες με πολύ μεγάλο χρόνο ημιζωής, όπως 238 U, είναι επίσης σχεδόν αβλαβείς επειδή εκπέμπουν πολύ ασθενή ακτινοβολία ανά μονάδα χρόνου.

Τα πιο επικίνδυνα ραδιονουκλεΐδια είναι αυτά των οποίων ο χρόνος ημιζωής ποικίλλει από αρκετές εβδομάδες έως αρκετά χρόνια (Πίνακας 11.5.). Αυτός ο χρόνος είναι αρκετός για τα αναφερόμενα στοιχεία να διεισδύσουν σε διάφορους οργανισμούς και να συσσωρευτούν σε τροφικές αλυσίδες.

Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί η υψηλή ραδιοτοξικότητα εκείνων των στοιχείων που είναι ανάλογα των βιογενών στοιχείων.

Ρύζι. 11.3. Η περιεκτικότητα σε στρόντιο-90 και καισίου-137 στα τρόφιμα και η συνολική ετήσια ισχύς των πυρηνικών εκρήξεων στην ατμόσφαιρα.
Εικ. 11.4. Η περιεκτικότητα σε καίσιο-137 σε διάφορα προϊόντα διατροφής: A - προϊόντα δημητριακών, B - κρέας, C - γάλα, D - φρούτα, D - λαχανικά.
Πίνακας 11.5. Η απελευθέρωση ορισμένων προϊόντων σχάσης κατά τη διάρκεια πυρηνικής έκρηξης.
Στοιχείο	Χρέωση	Ημιζωή	Έξοδος ανά διαίρεση,%	Δραστηριότητα ανά 1 Mt, (10 15 Bq)
Στρόντιο-89		50,5 ημέρες	2.56
Στρόντιο-90		28,6 ετών	3.5	3.9
Ζιρκόνιο-95		64 ημέρες	5.07
Ρουθήνιο-103		39,5 ημέρες	5.2
Ρουθήνιο-106		368 ημέρες	2.44
Ιώδιο-131		8 μέρες	2.90
Καισίου-136		13,2 ημέρες	0.036
Καισίου-137		30,2 χρόνια	5.57	5.9
Βάριο-140		12,8 ημέρες	5.18
Δημήτριο-141		32,5 ημέρες	4.58
Δημήτριο-144		284 ημέρες	4.69
Υδρογόνο-3		12,3 χρόνια	0.01	2,6 10 -2

Πυρηνική δύναμη.

Η πιο έντονα συζητούμενη πηγή ακτινοβολίας είναι οι πυρηνικοί σταθμοί. Το πλεονέκτημα της πυρηνικής ενέργειας είναι ότι απαιτεί σημαντικά μικρότερες ποσότητες πρώτης ύλης και επιφάνειας γης από τις θερμικές εγκαταστάσεις (Πίνακας 11.6.), και δεν μολύνει την ατμόσφαιρα με καπνό και αιθάλη.

Ο κίνδυνος έγκειται στην πιθανότητα καταστροφικών ατυχημάτων σε αντιδραστήρες, καθώς και στο άλυτο πρόβλημα της διάθεσης ραδιενεργών αποβλήτων και της διαρροής μικρών ποσοτήτων ραδιενέργειας στο περιβάλλον.

Πίνακας 11.6.

Κατανάλωση φυσικών πόρων για την παραγωγή 1 GW ανά έτος ηλεκτρικής ενέργειας στους κύκλους του άνθρακα και του πυρηνικού καυσίμου

Με ψύξη άμεσης ροής.

Μέχρι το τέλος του 1984, υπήρχαν 345 πυρηνικοί αντιδραστήρες που λειτουργούσαν σε 26 χώρες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Η ισχύς τους ήταν 220 GW ή 13% της συνολικής ισχύος όλων των πηγών ηλεκτρικής ενέργειας. Μέχρι το 1994, υπήρχαν 432 πυρηνικοί αντιδραστήρες που λειτουργούσαν στον κόσμο, με συνολική χωρητικότητα 340 GW.

Οι προβλεπόμενες προοπτικές για την ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας στον κόσμο φαίνονται στον Πίνακα 11.7.

Πίνακας 11.7.

Προοπτικές για την ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας στον κόσμο.

Υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας ενός πυρηνικού σταθμού, οι εκπομπές ραδιονουκλεϊδίων στο εξωτερικό περιβάλλον είναι ασήμαντες και αποτελούνται κυρίως από ραδιονουκλεΐδια ιωδίου και αδρανή ραδιενεργά αέρια (Xe, Cr), ο χρόνος ημιζωής των οποίων γενικά δεν υπερβαίνει τις αρκετές ημέρες. Το 90% της συνολικής δόσης ακτινοβολίας που είναι δυνατή ως αποτέλεσμα της απελευθέρωσης σε πυρηνικό εργοστάσιο και προκαλείται από βραχύβια ισότοπα λαμβάνεται από τον πληθυσμό εντός ενός έτους μετά την απελευθέρωση, το 98% - εντός 5 ετών. Σχεδόν ολόκληρη η δόση πέφτει σε ανθρώπους που ζουν κοντά σε πυρηνικούς σταθμούς. Οι δόσεις ακτινοβολίας είναι γενικά πολύ κάτω από τα καθορισμένα όρια για μεμονωμένα μέλη του κοινού (0,5 rem/έτος).

Προϊόντα μακράς διάρκειας εκπομπών (137 Cs, 90 Ce, 85 Kg και άλλα) διανέμονται σε όλο τον κόσμο. Η εκτιμώμενη συλλογική ισοδύναμη δόση από την έκθεση σε τέτοια ισότοπα είναι 670 man-Sv για κάθε GigaWatt ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται.

Οι παραπάνω εκτιμήσεις λαμβάνονται με την υπόθεση ότι οι πυρηνικοί αντιδραστήρες λειτουργούν κανονικά. Οι συνεισφορές διαφόρων πηγών ακτινοβολίας σε αυτή την περίπτωση φαίνονται στο Σχήμα 11.5.

Εικ. 11.5. Συνεισφορές από διάφορες πηγές ακτινοβολίας

Η ποσότητα των ραδιενεργών ουσιών που απελευθερώνονται στο περιβάλλον κατά τη διάρκεια του ατυχήματος είναι σημαντικά μεγαλύτερη. Είναι γνωστό ότι κατά την περίοδο από το 1971 έως το 1984. 151 ατυχήματα πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής σημειώθηκαν σε 14 χώρες σε όλο τον κόσμο.

Στις 26 Απριλίου 1986, συνέβη ένα ατύχημα στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ με την καταστροφή του πυρήνα του αντιδραστήρα, που οδήγησε στην απελευθέρωση μέρους των ραδιενεργών προϊόντων που συσσωρεύτηκαν στον πυρήνα στην ατμόσφαιρα.

Ως αποτέλεσμα του ατυχήματος, από 5 έως 30% του πυρηνικού καυσίμου απελευθερώθηκε στο περιβάλλον. Επιπλέον, μέρος του περιεχομένου του αντιδραστήρα έλιωσε και μετακινήθηκε μέσα από τις ρωγμές στον πυθμένα του δοχείου του αντιδραστήρα πέρα ​​από τα όριά του.

Εκτός από το καύσιμο, ο πυρήνας τη στιγμή του ατυχήματος περιείχε προϊόντα σχάσης και στοιχεία υπερουρανίου - διάφορα ραδιενεργά ισότοπα που συσσωρεύτηκαν κατά τη λειτουργία του αντιδραστήρα. Αποτελούν τον μεγαλύτερο κίνδυνο ακτινοβολίας.

Τα περισσότερα από αυτά παρέμειναν μέσα στον αντιδραστήρα, αλλά οι πιο πτητικές ουσίες απελευθερώθηκαν έξω, όπως:

Όλα τα ευγενή αέρια που περιέχονται στον αντιδραστήρα.

Περίπου 55% ιώδιο με τη μορφή μίγματος ατμού και στερεών σωματιδίων, καθώς και σε οργανικές ενώσεις.

Καισίου και τελλούρου με τη μορφή αερολυμάτων.

Η συνολική δραστηριότητα των ουσιών που απελευθερώνονται στο περιβάλλον ανήλθε, σύμφωνα με διάφορες εκτιμήσεις, σε 14H 1018 Bq (14 EBq), συμπεριλαμβανομένων:

1,8 EBq ιώδιο-131,

0,085 EBq καίσιο-137,

0,01 EBq στρόντιο-90 και

0,003 EBq ισοτόπων πλουτωνίου.

Τα ευγενή αέρια αντιπροσώπευαν περίπου το ήμισυ της συνολικής δραστηριότητας (Εικ. 11. 6.).

Εικ. 11.6 Δόση εξωτερικής ακτινοβολίας γάμμα που λαμβάνεται από άτομο κοντά στο εργοστάσιο του Τσερνομπίλ.

Πάνω από 200 χιλιάδες km² μολύνθηκαν, περίπου το 70% στη Λευκορωσία, τη Ρωσία και την Ουκρανία. Οι ραδιενεργές ουσίες εξαπλώνονται με τη μορφή αερολυμάτων, τα οποία σταδιακά εγκαθίστανται στην επιφάνεια της γης. Το μεγαλύτερο μέρος του στροντίου και του πλουτωνίου έπεσε σε απόσταση 100 χιλιομέτρων από το εργοστάσιο, καθώς περιέχονταν κυρίως σε μεγαλύτερα σωματίδια. Το ιώδιο και το καίσιο εξαπλώθηκαν σε μια ευρύτερη περιοχή.

Από την άποψη των επιπτώσεων στον πληθυσμό τις πρώτες εβδομάδες μετά το ατύχημα, ο μεγαλύτερος κίνδυνος αποτελούσε το ραδιενεργό ιώδιο, το οποίο έχει σχετικά μικρό χρόνο ημιζωής (οκτώ ημέρες) και το τελλούριο. Επί του παρόντος (και τις επόμενες δεκαετίες), τον μεγαλύτερο κίνδυνο θέτουν τα ισότοπα του στροντίου και του καισίου με χρόνο ημιζωής περίπου 30 χρόνια. Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις καισίου-137 βρίσκονται στο επιφανειακό στρώμα του εδάφους, από όπου εισέρχεται στα φυτά και στους μύκητες. Τα έντομα και τα ζώα που τρέφονται με αυτά είναι επίσης εκτεθειμένα στη ρύπανση. Τα ραδιενεργά ισότοπα πλουτωνίου και αμερικίου θα παραμείνουν στο έδαφος για εκατοντάδες, και πιθανώς χιλιάδες χρόνια.

Τα δάση έχουν μολυνθεί σημαντικά. Επειδή το καίσιο ανακυκλώνεται συνεχώς στο δασικό οικοσύστημα αντί να απομακρύνεται από αυτό, τα επίπεδα μόλυνσης σε δασικά προϊόντα όπως τα μανιτάρια, τα μούρα και τα θηράματα παραμένουν επικίνδυνα. Τα επίπεδα ρύπανσης στα ποτάμια και στις περισσότερες λίμνες είναι επί του παρόντος χαμηλά. Ωστόσο, σε ορισμένες «κλειστές» λίμνες, από τις οποίες δεν υπάρχει αποστράγγιση, η συγκέντρωση καισίου στο νερό και τα ψάρια μπορεί να αποτελέσει κίνδυνο για τις επόμενες δεκαετίες.

Η ρύπανση δεν περιορίστηκε στη ζώνη των 30 χιλιομέτρων. Αυξημένα επίπεδα καισίου-137 σημειώθηκαν στο κρέας λειχήνων και ελαφιού στις αρκτικές περιοχές της Ρωσίας, της Νορβηγίας, της Φινλανδίας και της Σουηδίας.