Radioaktiviti semula jadi dan buatan air semula jadi. Abstrak: dalam fizik mengenai topik: “Radioaktiviti semula jadi dan buatan
Gimnasium GOU No. 1505.
Esei fizik mengenai topik:
"Radioaktiviti semula jadi dan buatan"
Murid 10 kelas "B".
Kravtsova Galina.
Penyelia:
Dmitriev Gennady Vladimirovich
2009, Moscow.
pengenalan.
Bahagian 1. Sejarah penemuan radioaktiviti.
Bahagian 2. Fizik nukleus.
Bab 1 .
Struktur nukleus atom.
kuasa nuklear.
Tenaga pengikat nukleus.
Isotop.
bab 2
Undang-undang pereputan radioaktif.
Jenis pelepasan dan pereputan radioaktif.
Bab 3
radioaktiviti buatan.
Senjata nuklear.
reaktor nuklear.
Bahagian 3. Kesan sinaran dos rendah ke atas organisma hidup.
kaunter pelepasan gas.
Kaunter Geiger-Muller.
ruang gelembung.
ruang Wilson.
Dosimeter dan radiometer.
Kesimpulan.
pengenalan.
Tema kerja saya ialah pengukuran sinaran latar belakang radioaktif di wilayah gimnasium. Sudah tentu, saya ragu bahawa kami bekerja di dalam bilik di mana latar belakang radioaktif sangat melebihi piawaian kebersihan. Tetapi mekanisme tindakan dos rendah sinaran pada badan manusia sedikit dipelajari. Ia seperti matahari: jika ia kurang bersinar, kita semua akan mati membeku, dan jika tiada sebahagian daripada lapisan ozon, kita akan mati akibat peningkatan jumlah sinaran. Terlalu banyak, seperti terlalu sedikit, tidak baik. Tetapi di manakah banyak bermula dan sedikit berakhir? Saya tidak menetapkan sendiri tugas untuk mengesahkan ini. Matlamat saya termasuk mengenali bahan yang berkaitan dengan sinaran (yang dibahagikan kepada semula jadi dan buatan) dengan lebih terperinci, menggunakan radiometer untuk mengukur tahap sinaran dalam julat frekuensi yang berbeza, menyusun jadual dan membandingkan keputusannya dengan piawaian kebersihan. Setakat yang saya tahu, SNIP sering mengubah norma dan agak sukar untuk membandingkan keputusan dengan mereka, tetapi saya ingin melakukan ini dan akan cuba mendapatkan yang terbaik keputusan yang tepat perbandingan. Saya bercadang untuk membuat beberapa meja. Nombor mereka bergantung pada seberapa sensitif radiometer yang saya boleh dapatkan dan sama ada saya mempunyai masa yang mencukupi untuk menerokai premis gimnasium dengan peralatan dihidupkan dan dimatikan. Saya mempersembahkan abstrak itu sendiri sebagai teks yang tidak melampauinya kursus sekolah dan yang paling jelas, pada pendapat saya, menerangkan isu utama topik tersebut.
Bahagian 1.
Sejarah penemuan radioaktiviti.
Pada 1 Mac 1896, ahli fizik Perancis A. Bekkrel menemui, dengan menghitamkan plat fotografi, pancaran sinar tidak kelihatan kuasa penembusan yang kuat daripada garam uranium. Dia tidak lama kemudian mendapati bahawa uranium sendiri juga mempunyai sifat radiasi. Kemudian dia menemui harta sedemikian dalam torium.
Radioaktiviti (dari radio Latin - saya memancar, radus - rasuk dan activus - berkesan), nama ini diterima fenomena terbuka yang ternyata menjadi keistimewaan yang paling banyak unsur berat sistem berkala D.I. Mendeleev.
Pada tahun 1898, saintis Perancis lain Maria Sklodowska-Curie dan Pierre Curie mengasingkan dua bahan baru daripada mineral uranium, radioaktif dalam banyak lebih daripada uranium dan torium Oleh itu, dua unsur radioaktif yang tidak diketahui sebelum ini ditemui - polonium dan radium, dan Maria, sebagai tambahan, menemui (tanpa mengira ahli fizik Jerman G. Schmidt) fenomena radioaktiviti dalam torium. By the way, dia adalah orang pertama yang mencadangkan istilah radioaktiviti. Para saintis membuat kesimpulan bahawa radioaktiviti adalah proses spontan yang berlaku dalam atom unsur radioaktif. Selama 10 tahun kerja bersama, mereka telah melakukan banyak perkara untuk mengkaji fenomena ini. Ia adalah kerja yang tidak mementingkan diri atas nama sains - di makmal yang tidak lengkap dan tanpa dana yang diperlukan. Pierre menetapkan pelepasan haba secara spontan oleh garam radium. Penyelidik menerima penyediaan radium ini pada tahun 1902 dalam jumlah 0.1 g. Untuk melakukan ini, mereka mengambil 45 bulan kerja keras di sana dan lebih daripada 10,000 operasi pengayaan dan penulenan kimia. Pada tahun 1903, Curies dan A. Becquerel telah dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik untuk penemuan mereka dalam bidang radioaktiviti. Secara keseluruhan, lebih daripada 10 Hadiah Nobel dalam fizik dan kimia (A. Becquerel, P. dan M. Curie, E. Fermi, E. Rutherford, F. dan I. Joliot-Curie, D. Havishy, O. Gan, E. McMillan dan G. Seaborg , U .Libby dan lain-lain). Untuk menghormati pasangan, Curie mendapat namanya secara buatan unsur transuranik Dengan nombor siri 96 - kurium.
Pada awal abad ke-20, saintis sudah mengetahui bahawa atom mengandungi elektron bercas negatif. Walau bagaimanapun, tanggapan yang berlaku ialah atom itu seperti grid halus bercas positif yang diisi dengan elektron kismis bercas negatif, dan model itu dipanggil "model grid kismis" (Model Thompson).
Pada tahun 1898, saintis Inggeris E. Rutherford (pelajar Thompson) mula mengkaji fenomena radioaktiviti. Pada tahun 1903, E. Rutherford membuktikan andaian salah gurunya Thompson tentang teorinya tentang struktur atom dan pada tahun 1908-1911. menjalankan eksperimen tentang penyerakan zarah (nukleus helium) oleh kerajang logam. menggunakan sumber semula jadi sinaran radioaktif, Rutherford membina "senjata" yang memberikan aliran zarah terarah dan fokus. Pistol itu adalah kotak plumbum dengan slot sempit, di dalamnya diletakkan bahan radioaktif. Disebabkan ini, zarah kes ini zarah alfa, yang terdiri daripada dua proton dan dua neutron), yang dipancarkan oleh bahan radioaktif ke semua arah kecuali satu, diserap oleh skrin plumbum, dan hanya pancaran zarah alfa yang diarahkan keluar melalui celah. Lebih jauh di sepanjang laluan rasuk, terdapat beberapa lagi skrin plumbum dengan celah sempit, yang memotong zarah yang menyimpang dari arah yang telah ditetapkan dengan ketat. Akibatnya, pancaran zarah alfa yang difokuskan dengan sempurna terbang ke sasaran, dan sasaran itu sendiri adalah kepingan kerajang emas yang sangat nipis. Ia adalah pancaran alfa yang memukulnya. Selepas berlanggar dengan atom foil, zarah alfa meneruskan perjalanannya dan mengenai skrin pendarfluor yang dipasang di belakang sasaran, yang mana kilatan dirakamkan apabila zarah alfa terkenanya. Daripada mereka, penguji boleh menilai dalam kuantiti dan berapa banyak zarah alfa yang menyimpang dari arah gerakan rectilinear akibat perlanggaran dengan atom foil.
Rutherford menyedari bahawa tiada seorang pun daripada pendahulunya yang cuba menyemak sama ada beberapa zarah alfa terpesong pada sudut yang sangat besar. Model grid kismis semata-mata tidak membenarkan kewujudan unsur struktur yang padat dan berat dalam atom yang boleh memesongkan zarah alfa pantas pada sudut yang ketara, jadi tiada siapa yang peduli untuk menguji kemungkinan ini. Rutherford meminta salah seorang pelajarnya untuk melengkapkan semula persediaan supaya penyerakan zarah alfa pada sudut pesongan yang besar dapat diperhatikan, untuk menghapuskan sepenuhnya kemungkinan ini.
Pengesan adalah skrin yang disalut dengan natrium sulfida, bahan yang mengeluarkan kilat pendarfluor apabila zarah alfa terkenanya. Apa yang mengejutkan bukan sahaja pelajar yang menjalankan eksperimen secara langsung, tetapi juga Rutherford sendiri, apabila ternyata beberapa zarah menyimpang melalui sudut sehingga 180 °!
Dalam rangka model atom yang telah ditetapkan, hasilnya tidak dapat ditafsirkan: tiada apa-apa dalam grid dengan kismis yang boleh mencerminkan zarah alfa yang kuat, cepat dan berat. Rutherford terpaksa membuat kesimpulan bahawa dalam atom, kebanyakan jisim tertumpu pada bahan yang sangat padat yang terletak di tengah-tengah atom. Dan selebihnya atom ternyata banyak pesanan magnitud yang kurang tumpat daripada yang kelihatan sebelum ini. Daripada tingkah laku zarah alfa yang terserak, ia juga mengikuti bahawa dalam pusat superdense atom ini, yang Rutherford panggil nukleus, keseluruhan cas elektrik positif atom juga tertumpu, kerana hanya daya tolakan elektrik boleh menyebabkan penyerakan zarah pada sudut lebih besar daripada 90 °.
Gambar atom yang dilukis oleh Rutherford berdasarkan keputusan eksperimen itu diketahui umum oleh kita hari ini. Atom terdiri daripada nukleus superpadat dan padat yang membawa caj positif, dan elektron ringan bercas negatif di sekelilingnya. Kemudian, saintis meletakkan asas teori yang kukuh di bawah gambar ini, tetapi semuanya bermula dengan percubaan mudah dengan sampel kecil bahan radioaktif dan sekeping kerajang emas.
Eksperimen pada penyerakan zarah dengan meyakinkan menunjukkan bahawa hampir keseluruhan jisim atom tertumpu dalam jumlah yang sangat kecil - nukleus atom, diameternya kira-kira 100,000 kali lebih kecil daripada diameter atom.
Kebanyakan zarah terbang melepasi nukleus besar tanpa menyentuhnya, tetapi kadangkala zarah berlanggar dengan nukleus dan kemudian ia boleh melantun semula.
Oleh itu, penemuan asas pertama beliau dalam bidang ini ialah penemuan ketidakhomogenan sinaran yang dipancarkan oleh uranium. Oleh itu, konsep sinar pertama kali memasuki sains radioaktiviti. Dia juga mencadangkan nama: pereputan dan zarah. Tidak lama kemudian, satu lagi komponen radiasi ditemui, yang ditetapkan oleh huruf ketiga abjad Yunani: sinar gamma. Ini berlaku sejurus selepas penemuan radioaktiviti. Selama bertahun-tahun, zarah ini telah menjadi alat penyelidikan yang sangat diperlukan untuk E. Rutherford nukleus atom. Pada tahun 1903, dia menemui unsur radioaktif baru - pereputan torium secara spontan. Pada tahun 1901-1903, bersama-sama dengan saintis Inggeris F. Soddy, beliau menjalankan penyelidikan yang membawa kepada penemuan transformasi semula jadi unsur (contohnya, radium menjadi radon) dan perkembangan teori pereputan radioaktif atom.Pada tahun 1903 , ahli fizik Jerman K. Faience dan F. Soddy secara bebas daripada rakan merumuskan peraturan anjakan, yang menerangkan tingkah laku nukleus semasa pereputan alfa. Pada musim bunga tahun 1934, sebuah artikel muncul dalam "Laporan Akademi Sains Paris" bertajuk " jenis baru radioaktiviti". Pengarangnya Irene Joliot-Curie dan suaminya Frédéric Joliot-Curie mendapati boron, magnesium dan aluminium yang disinari dengan zarah alfa menjadi radioaktif dan mengeluarkan positron apabila ia mereput. Beginilah cara radioaktiviti buatan ditemui. Akibatnya tindak balas nuklear(contohnya, apabila disinari pelbagai elemen zarah alfa atau neutron) terbentuk isotop radioaktif unsur yang tidak wujud dalam alam semula jadi. Dalam banyak kes, produk pereputan radioaktif itu sendiri berubah menjadi radioaktif, dan kemudian pembentukan isotop yang stabil didahului oleh rantaian beberapa tindakan pereputan radioaktif. Jadi keluar jumlah nombor Kira-kira 2000 isotop radioaktif yang diketahui hari ini, kira-kira 300 adalah semula jadi, dan selebihnya diperoleh secara buatan, hasil daripada tindak balas nuklear. Tiada perbezaan asas antara sinaran buatan dan semula jadi.
Pada tahun 1934, I. dan F. Joliot-Curie, sebagai hasil kajian sinaran buatan, menemui varian baru α-pereputan - pelepasan positron, yang pada asalnya diramalkan oleh saintis Jepun H. Yukkawa dan S. Sakata. I. dan F. Joliot-Curie menjalankan tindak balas nuklear, hasil daripadanya ialah isotop radioaktif fosforus dengan nombor jisim 30. Ternyata dia mengeluarkan positron. Jenis penjelmaan radioaktif ini dipanggil pereputan beta (maksudnya pereputan beta ialah pelepasan elektron).
Selepas itu, beberapa saintis negara berbeza(J.Duning, V.A.Karnaukhov, G.N.Flerov, I.V.Kurchatov dan lain-lain) menemui transformasi kompleks, termasuk pereputan beta, termasuk pelepasan neutron tertunda.
Salah seorang saintis pertama dalam bekas USSR, yang mula mengkaji fizik nukleus atom secara umum dan radioaktiviti khususnya ialah Ahli Akademik IV Kurchatov. Pada tahun 1934, beliau menemui fenomena percabangan tindak balas nuklear yang disebabkan oleh pengeboman neutron dan menyiasat radioaktiviti buatan beberapa unsur kimia. Pada tahun 1935, apabila bromin disinari dengan fluks neutron, Kurchatov dan rakan-rakannya menyedari bahawa atom bromin radioaktif yang timbul dalam proses ini mereput dengan dua pelbagai kelajuan. Atom sedemikian dipanggil isomer, dan fenomena yang ditemui oleh saintis isomerisme.
Sains telah menetapkan itu neutron cepat mampu memusnahkan nukleus uranium. Dalam kes ini, banyak tenaga dilepaskan dan neutron baru terbentuk, mampu meneruskan proses pembelahan nukleus uranium. Kemudian didapati bahawa nukleus atom uranium boleh dibahagikan tanpa bantuan neutron. Maka pembelahan uranium secara spontan (spontan) telah ditubuhkan. Sebagai penghormatan kepada saintis yang cemerlang dalam bidang fizik nuklear dan radioaktiviti, unsur ke-104 sistem berkala Mendeleev dinamakan kurchatovium.
Sejak 1943 Kurchatov mengetuai kerja saintifik berkaitan dengan masalah atom. Di bawah kepimpinannya, siklotron pertama di Moscow (1944) dan yang pertama di Eropah telah dibina. reaktor atom(1946), mencipta Soviet pertama bom atom(1949) dan yang pertama di dunia bom termonuklear(1953), membina loji tenaga nuklear perindustrian pertama di dunia (1954) dan pemasangan terbesar untuk penyelidikan mengenai pelaksanaan tindak balas termonuklear terkawal (1958).
Penemuan radioaktiviti impak yang besar mengenai perkembangan sains dan teknologi, Ia menandakan permulaan era kajian intensif sifat dan struktur bahan. Perspektif baharu muncul dalam tenaga, industri, perubatan ketenteraan dan bidang lain Aktiviti manusia terima kasih kepada penguasaan tenaga nuklear, mereka dihidupkan dengan penemuan keupayaan unsur kimia kepada transformasi spontan. Walau bagaimanapun, bersama dengan faktor positif menggunakan sifat radioaktiviti untuk kepentingan manusia, contoh gangguan negatif mereka dalam kehidupan kita juga boleh diberikan. Ini termasuk senjata nuklear dalam semua bentuknya, kapal karam dan kapal selam berkuasa nuklear dan senjata atom, pembuangan sisa radioaktif di laut dan di darat, kemalangan di loji tenaga nuklear dan lain-lain, dan secara langsung untuk Ukraine, penggunaan radioaktiviti dalam tenaga nuklear membawa kepada tragedi Chernobyl.
Bahagian 2. Fizik nukleus.
Struktur nukleus atom.
Selepas eksperimen Rutherford mengenai penyerakan zarah (nukleus helium), menjadi jelas bahawa model atom "sanggul dengan kismis" adalah tidak adil. Selain itu, berdasarkan eksperimennya, saintis itu mengemukakan teori tentang struktur planet atom. Ia terletak pada fakta bahawa terdapat nukleus bersaiz kecil (bercas positif), di mana elektron berputar*. Oleh kerana jumlah cas proton dan elektron adalah sama, dan cas neutron adalah sifar, atom tidak mempunyai cas, i.e. dia neutral. Ini adalah model atom yang biasa kita kenali. Jejari atom adalah kira-kira 10 -10 m, dan jisim ialah 10 -22 g. Hampir keseluruhan jisim atom tertumpu dalam tumpat (kira-kira 18 . 10 17 g/cm 3) teras.
Jadi nukleus atom. Tidak lama selepas penemuan neutron, satu hipotesis telah dikemukakan mengenai struktur proton-neutron nukleus. Menurut idea ini, semua nukleus terdiri daripada proton** dan neutron*** . Bersama-sama mereka dipanggil nukleotida.
*El ektron- zarah bercas negatif yang berada dalam cangkerang nukleus atom. Sifat kimia atom ditentukan oleh elektron di sekeliling nukleus, terutamanya yang dimiliki oleh kulit terluar.
**Proton Zarah bercas positif yang terdapat dalam nukleus atom. Mempunyai jisim sama dengan jisim neutron, dan 1840 kali lebih berat daripada elektron. Cajnya adalah sama dalam nilai mutlak dengan cas elektron.
***Neutron- zarah bercas neutral yang merupakan sebahagian daripada nukleus atom. Neutron terdiri daripada 2 zarah: proton dan elektron, tetapi ia tidak boleh dipisahkan dalam nukleus. Tetapi jika satu neutron "dialihkan" daripada nukleus, maka ia akan mereput menjadi komponen dalam masa 10 minit. Kerana Oleh kerana jisim elektron adalah sangat kecil, jisim neutron adalah lebih kurang sama dengan jisim proton.
Bilangan proton dalam nukleus atom adalah sama dengan nombor cas Z. Bilangan neutron ialah N. Jumlahnya dipanggil nombor jisim dan dilambangkan dengan huruf A:
A = Z + N (1)
Jisim nukleus diukur dalam unit atom jisim. 1a.m. lebih kurang sama dengan jisim proton (jisim nukleus atom helium) => A=1a.u.m. . bilangan nukleotida. Itu. A ialah anggaran jisim nukleus dalam amu.
Salah satu ciri utama nukleus atom ialah cas elektriknya. Caj elektrik bagi atom adalah sama dengan produk rendah cas elektrik e kepada nombor siri Z unsur kimia dalam jadual D. I. Mendeleev:
q = Ze (2)
Parameter yang sama penting ialah jisim nukleus atom. Jisim atom dan nukleus atom diukur menggunakan spektrograf jisim. Ion positif bahan ujian dipercepatkan oleh medan elektrik. Alat khas membenarkan hanya ion dengan halaju tertentu V untuk memasuki slot. Rasuk ion memasuki ruang vakum melalui slot. Ruang ini terletak di antara kutub magnet; vektor aruhan magnet adalah berserenjang dengan vektor halaju ion. Seperti yang diketahui, pada zarah bercas elektrik yang bergerak dengan
Rajah 1 spektrograf jisim kelajuan V dalam medan magnet melintang dengan aruhan B, daya Lorentz bertindak pada sudut tepat kepada vektor halaju cas dan aruhan medan magnet; modulus daya ini ialah F = qU DALAM. Di bawah tindakan daya Lorentz, ion bergerak sepanjang bulatan yang jejari R ditentukan oleh hubungan mU ²/ R = qU B .
Setelah menggambarkan separuh bulatan, semua ion dengan jisim yang sama jatuh ke satu tempat pada plat fotografi. Jisim ion ditentukan daripada nilai aruhan medan magnet yang diketahui, halaju, cas ion dan jejari bulatan:
mU 2 /R=qUB => m=qUBR/U 2 =>
m = qBR / U . (3)
kuasa nuklear.
Oleh kerana nukleus atom agak stabil, proton dan neutron mesti dipegang di dalam nukleus oleh beberapa daya, dan yang sangat besar. Apakah kuasa-kuasa ini? Menjelang permulaan abad kedua puluh, saintis hanya mengetahui dua jenis daya: graviti dan elektromagnet. Kita pasti boleh mengatakan bahawa ia tidak daya graviti. Mereka terlalu lemah untuk itu. Pengiraan menunjukkan bahawa daya tarikan graviti yang bertindak antara dua proton dalam nukleus adalah lebih kurang 1036 kali kurang daripada daya tolakan Coulomb di antara mereka. Kestabilan teras juga tidak dapat dijelaskan daya elektromagnet disebabkan oleh fakta bahawa terdapat tolakan elektrik antara proton bercas serupa. Neutron tidak mempunyai cas elektrik sama sekali. Oleh itu, beberapa daya lain bertindak antara nukleon. Kuasa ini dipanggil nuklear.
Sifat-sifat kuasa nuklear telah dikaji dengan baik. Dua sifat utama kuasa ini ialah watak dan kekuatan jarak dekatnya. Eksperimen moden telah membolehkan untuk menentukan bahawa pada jarak 10 -15 m dari pusat proton, daya nuklear adalah kira-kira 35 kali lebih besar daripada Coulomb dan 10 38 kali lebih besar daripada graviti. Walau bagaimanapun, apabila jarak semakin meningkat, daya nuklear berkurangan dengan sangat cepat, dan pada jarak yang lebih besar daripada 1.4 * 10 -15 m, tindakan mereka boleh diabaikan.
Tenaga pengikat nukleus.
Peranan penting V fizik nuklear memainkan konsep tenaga pengikat nuklear. Tenaga pengikat memungkinkan untuk menerangkan kestabilan nukleus, untuk mengetahui proses apa yang membawa kepada pembebasan tenaga nuklear. Nukleon dalam nukleus dipegang kuat oleh daya nuklear. Untuk mengeluarkan nukleon dari nukleus, perlu melakukan banyak kerja, iaitu, untuk memberitahu nukleus jumlah yang besar tenaga.
Tenaga pengikat nukleus difahami sebagai tenaga yang diperlukan untuk pemisahan lengkap nukleus kepada nukleon individu. Berdasarkan undang-undang pemuliharaan tenaga*, boleh juga dikatakan bahawa tenaga pengikat adalah sama dengan tenaga yang dibebaskan semasa pembentukan nukleus daripada zarah individu. Tenaga pengikatan nukleus atom adalah sangat tinggi.
Pengukuran jisim nukleus atom yang tepat telah menunjukkan bahawa jisim mana-mana nukleus yang mengandungi proton Z dan neutron N adalah kurang daripada jumlah jisim bilangan proton dan neutron bebas yang sama:
m saya < Zm p + Nm n (4)
Terdapat kecacatan jisim yang dipanggil. Ia adalah sama (dengan tanda yang bertentangan) dengan tenaga pengikat nukleon dalam nukleus. Maksudnya ialah perbezaan jisim
Δ m = Zm p + N m n - m saya (5)
positif. Sebagai contoh, untuk helium, jisim nukleus adalah 0.75% kurang daripada jumlah jisim dua proton dan dua neutron. Oleh itu, untuk satu mol helium, Δm = 0.03 g.
Lebih besar kecacatan jisim, lebih tinggi E st, oleh itu, lebih stabil nukleus. Kecacatan jisim diukur dalam amu.
Penurunan jisim nukleus semasa pembentukannya daripada nukleon bermakna tenaga sistem nukleon ini juga berkurangan dengan nilai tenaga pengikat E st:
E St. = Δmc ²= ( Zm p + Nm n - m saya ) c ² (6)
*Undang-undang penjimatan tenaga menyatakan bahawa tenaga tidak boleh dicipta atau dimusnahkan, tetapi hanya boleh berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain.
Tetapi ke manakah perginya tenaga E St dan jisim Δm?
Apabila nukleus terbentuk daripada zarah, zarah ini meluru ke arah satu sama lain dengan pecutan yang hebat disebabkan oleh tindakan daya nuklear. γ-quanta yang dipancarkan dalam kes ini hanya mempunyai tenaga E St dan jisim
Δ m = E St. / c ² (7)
Seberapa hebat tenaga pengikat boleh dinilai dengan contoh berikut: pembentukan 4 g helium disertai dengan pembebasan tenaga yang sama seperti pembakaran 1.5-2 gerabak arang batu.
Isotop.
Hasil daripada pemerhatian sebilangan besar transformasi radioaktif, ternyata terdapat bahan yang sama sepenuhnya dalam sifat kimianya, tetapi mereput dengan cara yang sama sekali berbeza. Tidak ada cara untuk memisahkan mereka. Atas dasar ini, ahli fizik Soddy pada tahun 1911 mengemukakan teori tentang kewujudan unsur-unsur dengan sifat kimia yang sama, tetapi berbeza dalam keradioaktifannya. Unsur-unsur ini mesti diletakkan dalam sel yang sama dalam sistem berkala Mendeleev. Soddy memanggil mereka isotop (iaitu, menduduki tempat yang sama).
Andaian Soddy telah disahkan setahun kemudian, apabila Thomson membuat ukuran jisim ion neon yang tepat dengan memesongkannya dalam medan elektrik dan magnet. Thomson mendapati terdapat dua jenis atom neon. Kebanyakan daripada atom mempunyai jisim relatif 20. Tetapi terdapat sebilangan kecil atom dengan jisim atom relatif 22. Akibatnya, jisim atom relatif campuran ialah 20.2. Jadi ternyata atom dengan sifat kimia yang sama mempunyai jisim yang berbeza.
Isotop boleh sama ada radioaktif atau stabil. Selalunya ia adalah radioaktif. Tetapi terdapat juga biji yang stabil. Sebagai contoh, deuterium ialah isotop bukan radioaktif hidrogen yang mempunyai jisim atom sama dengan dua. Tetapi hidrogen juga mempunyai isotop lain, tritium, yang radioaktif dan mempunyai separuh hayat 12 tahun (ia mempunyai jisim atom tiga).
Kewujudan isotop membuktikan bahawa cas nukleus atom tidak menentukan semua sifat atom, tetapi hanya Sifat kimia dan mereka ciri-ciri fizikal, yang bergantung pada pinggiran kulit elektron seperti dimensi. Jisim atom dan sifat radioaktifnya tidak ditentukan oleh nombor siri dalam jadual berkala.
Jadi, isotop ialah atom unsur yang sama (kerana ia mempunyai bilangan proton dan elektron yang sama) dengan nombor yang berbeza neutron dan, akibatnya, dengan nombor jisim yang berbeza. Hampir semua unsur yang terdapat dalam alam semula jadi adalah campuran pelbagai isotop. Isotop unsur tertentu mempunyai sifat kimia yang sama tetapi sifat fizikal yang berbeza (ketumpatan, kadar resapan, dll.).
bab 2
Undang-undang pereputan radioaktif.
Rutherford, menyiasat transformasi bahan radioaktif, membuktikan secara empirik bahawa aktiviti mereka berkurangan dengan masa. Untuk setiap bahan radioaktif terdapat selang masa tertentu di mana aktiviti berkurangan sebanyak separuh. Selang ini dipanggil separuh hayat. Separuh hayat T ialah masa di mana separuh daripada bilangan atom radioaktif yang ada mereput, tk. mengurangkan separuh aktiviti dadah boleh dicapai dengan hanya membahagikannya kepada dua bahagian yang sama.
Rajah.2 Mari cari sekarang bentuk matematik undang-undang pereputan radioaktif. Biarkan bilangan atom radioaktif masuk detik awal masa (t=0) adalah sama dengan N 0 . Kemudian, selepas tempoh separuh hayat, nombor ini akan sama dengan N 0 /2. Selepas selang masa yang serupa, nombor ini akan menjadi sama dengan
½ * N 0 /2 = N 0 /4= N 0 /2 2 (8)
Selepas masa t = nT, i.e. selepas n separuh hayat T, atom radioaktif akan kekal:
N = N0. 1/2n(9)
Kerana ia
N = t/T (10)
N = N0. 2-t/T (11)
Ini adalah undang-undang asas pereputan radioaktif. Mengikut formula terakhir, bilangan atom yang tidak reput pada bila-bila masa dijumpai.
Separuh hayat ialah kuantiti utama yang menentukan kadar pereputan radioaktif. Semakin pendek separuh hayat, semakin sedikit masa atom hidup, semakin cepat pereputan berlaku. Untuk bahan yang berbeza, separuh hayat mempunyai nilai yang sangat berbeza. Separuh hayat radium ialah 1600 tahun. Terdapat unsur radioaktif dengan separuh hayat sepersejuta saat.
Untuk menentukan separuh hayat menggunakan formula, seseorang mesti mengetahui bilangan atom N 0 pada saat awal masa dan mengira bilangan atom tidak reput N selepas selang masa tertentu.
Undang-undang pereputan radioaktif adalah agak mudah. Tetapi makna fizikal undang-undang ini tidak mudah difahami. Sememangnya, mengikut undang-undang ini, pecahan yang sama daripada atom yang ada akan mereput dalam sebarang selang masa (separuh daripada atom sepanjang separuh hayat). Jadi, dari masa ke masa, kadar pereputan tidak berubah sama sekali. Atom radioaktif tidak "berumur". Oleh itu, atom radon yang timbul semasa pereputan radium mempunyai peluang yang sama untuk mengalami pereputan radioaktif sejurus selepas pembentukannya dan 10 minit selepas itu. Kebarangkalian pereputan satu nukleus dalam 1s dipanggil pemalar pereputan dan dilambangkan dengan λ. Bagi mana-mana nukleus isotop tertentu, pemalar pereputan adalah sama; nukleus isotop yang berbeza mempunyai pemalar pereputan yang berbeza.
Jika terdapat N nukleus isotop radioaktif dengan pemalar pereputan λ, maka dalam selang masa yang singkat dt daripadanya, bilangan nukleus dN yang berkadar dengan λ, N dan dt harus mengalami pereputan radioaktif:
d N= - λ . N . dt (12)
Pereputan mana-mana nukleus atom, boleh dikatakan, bukan "kematian dari usia tua" tetapi "kemalangan" dalam hidupnya. Untuk atom radioaktif (lebih tepat, nukleus) tidak ada konsep umur. Hanya purata seumur hidup τ boleh ditentukan.
Jangka hayat atom individu boleh berkisar daripada pecahan sesaat hingga berbilion tahun. Atom uranium, sebagai contoh, boleh berbaring senyap di bumi selama berbilion tahun dan tiba-tiba meletup, manakala jirannya selamat terus kekal dalam keadaan yang sama. Purata seumur hidup τ ialah purata aritmetik bagi seumur hidup yang cukup sebilangan besar atom jenis ini. Ia berkadar terus dengan separuh hayat. Adalah mustahil untuk meramalkan bila atom tertentu akan mereput. Hanya kenyataan tentang tingkah laku secara purata mempunyai makna tertentu. penduduk yang ramai atom. Hukum pereputan radioaktif menentukan purata bilangan atom yang mereput dalam selang masa tertentu. Tetapi sentiasa ada sisihan yang tidak dapat dielakkan daripada nilai purata, dan semakin kecil bilangan atom dalam penyediaan, semakin besar sisihan ini. Undang-undang pereputan radioaktif ialah undang-undang statistik.
Tidak masuk akal untuk bercakap tentang undang-undang pereputan radioaktif tertentu untuk sebilangan kecil atom. Undang-undang ini sah secara purata untuk sejumlah besar zarah.
Jenis pelepasan dan pereputan radioaktif .
Apabila sumber radiasi yang berkuasa muncul di tangan penyelidik, mereka dapat menjadi lebih biasa dengan sifat-sifat sinaran radioaktif. Dalam kajian pertama mengenai topik ini, yang paling Penyertaan aktif Ernest Rutherford diterima oleh pasangan Maria dan Pierre Curie, A. Becquerel dan ramai lagi. Pertama, kuasa penembusan sinar dan kesan medan magnet pada sinaran dikaji. Ternyata sinaran itu tidak homogen, tetapi merupakan campuran beberapa "sinar". Penemuan radioaktiviti secara langsung berkaitan dengan penemuan Roentgen. Dia mendapat tahu jenis baru sinaran, yang dipanggil sinar-X. Sehingga kini, di kebanyakan negara mereka dipanggil begitu, tetapi di Jerman dan Rusia, cadangan ahli biologi Jerman Rudolf Albert von Kölliker untuk memanggil sinar-X diterima. Sinar ini terhasil apabila elektron (sinar katod) bergerak dengan pantas dalam vakum berlanggar dengan halangan. Telah diketahui bahawa apabila sinar katod mengenai kaca, ia memancarkan cahaya yang boleh dilihat - pendaran cahaya hijau. Roentgen menyedari bahawa pada masa yang sama beberapa sinar ghaib lain terpancar dari bintik hijau pada kaca. Ini berlaku secara tidak sengaja: dalam bilik gelap, skrin berdekatan bercahaya, ditutup dengan barium tetracyanoplatinate Ba (sebelumnya ia dipanggil barium platinum sianida). Bahan ini memberikan cahaya kuning-hijau terang di bawah tindakan ultraviolet, serta sinar katodik. Tetapi sinaran katod tidak mengenai skrin, dan lebih-lebih lagi, apabila peranti ditutup dengan kertas hitam, skrin terus bersinar. Roentgen tidak lama kemudian mendapati bahawa sinaran melalui banyak bahan legap, menyebabkan kehitaman plat fotografi yang dibalut dengan kertas hitam atau diletakkan di dalam bekas logam. Sinar itu melalui buku yang sangat tebal, melalui papan cemara, melalui plat aluminium... Roentgen memahami kemungkinan penemuannya: "Jika anda memegang tangan anda di antara tiub pelepasan dan skrin," tulisnya, "maka anda dapat melihat bayang-bayang gelap tulang terhadap latar belakang garis besar tangan yang lebih ringan. ." Ia merupakan pemeriksaan X-ray pertama dalam sejarah.
Pierre Curie mendapati bahawa apabila medan magnet bertindak pada sinaran radium, beberapa sinar terpesong manakala yang lain tidak. Telah diketahui bahawa medan magnet membelokkan hanya zarah terbang bercas, kedua-dua positif dan negatif dalam sisi yang berbeza. Dengan arah pesongan, kami memastikan bahawa sinar-β terpesong bercas negatif. Eksperimen lanjut menunjukkan bahawa tidak ada perbezaan asas antara katod dan sinar β, dari mana ia diikuti bahawa ia mewakili aliran elektron. Sinaran pesongan mempunyai keupayaan yang lebih kuat untuk menembusi pelbagai bahan, dan tidak menyimpang, mudah diserap walaupun oleh kerajang aluminium nipis - ini adalah bagaimana, sebagai contoh, sinaran unsur baru polonium berkelakuan.
Rajah.3 penyelewengan pelbagai jenis sinaran dalam medan magnet. Apabila menggunakan magnet yang lebih kuat, ternyata sinar-α juga menyimpang, hanya lebih lemah daripada sinar-β dan ke arah lain. Oleh itu, mereka bercas positif dan mempunyai jisim yang besar (seperti yang kemudiannya diketahui, jisim zarah alfa ialah 7740 kali jisim elektron).
Fenomena ini pertama kali ditemui pada tahun 1899 oleh A. Becquerel dan F. Gisel. Kemudian ternyata zarah-α ialah nukleus atom helium dengan cas +2 dan jisim 4 a.m.u. Apabila, pada tahun 1900, ahli fizik Perancis Paul Villard menyiasat pesongan α- dan β-sinar dengan lebih terperinci, dia menemui dalam sinaran radium jenis sinar ketiga yang tidak menyimpang dalam medan magnet terkuat.
Sinaran jenis ini dipanggil sinar gamma. Sinar gamma ternyata serupa dengan sinar-X, i.e. ia adalah sinaran elektromagnet, tetapi dengan panjang gelombang yang lebih pendek dan lebih banyak tenaga.
Untuk masa yang lama tidak jelas dari mana datangnya semua sinar ini. Sepanjang beberapa dekad, sifat sinaran radioaktif dan sifatnya telah dijelaskan oleh kerja ramai ahli fizik, dan jenis radioaktiviti baharu telah ditemui.
Sinar alfa memancarkan terutamanya nukleus atom yang paling berat dan oleh itu kurang stabil (dalam jadual berkala mereka terletak selepas petunjuk). Biasanya terdapat beberapa kumpulan α-zarah, setiap satunya mempunyai tenaga yang ditentukan dengan ketat. Oleh itu, hampir semua zarah alfa yang dipancarkan daripada nukleus 226 Ra mempunyai tenaga 4.78 MeV * (megaelektron volt) dan pecahan kecil zarah alfa dengan tenaga 4.60 MeV. Satu lagi isotop radium, 221 Ra, mengeluarkan empat kumpulan zarah-α dengan tenaga 6.76, 6.67, 6.61 dan 6.59 MeV. Ini menunjukkan kehadiran dalam nukleus beberapa tahap tenaga, perbezaannya sepadan dengan tenaga sinar-γ yang dipancarkan oleh nukleus. Pemancar "tulen" α-zarah** juga diketahui (contohnya, 222 Rn).
Zarah alfa mempunyai kesan pengionan yang paling kuat: berlanggar dengan mana-mana atom lain dalam gas, cecair atau pepejal, mereka "mencabut" elektron daripadanya, menghasilkan zarah bercas. Dalam kes ini, zarah-α kehilangan tenaga dengan cepat: ia dikekalkan walaupun dengan sehelai kertas. Di udara, sinaran α radium bergerak hanya 3.3 cm, sinaran α torium - 2.6 cm, dsb. Akibatnya, zarah-α, yang telah kehilangan tenaga kinetiknya, "menangkap" dua elektron dan bertukar menjadi atom helium. Tenaga yang sangat besar dibebaskan semasa penangkapan elektron (lebih daripada 7600 kJ/mol).
Sangat besar tenaga kinetik zarah alfa membolehkan anda "melihat" mereka dengan mata kasar. Ini pertama kali ditunjukkan pada tahun 1903 ahli fizik Inggeris
*1eV =1,6 . 10 -19 J => 1MeV=1.6 . 10 -13 J
**"Bersih" Pemancar α-zarah - bahan yang mengeluarkan zarah-α sahaja.
dan ahli kimia William Crookes. Dia melekat pada hujung jarum hampir tidak nampak pada mata sebutir garam radium dan memasang jarum dalam tiub kaca lebar. Pada satu hujung tiub ini, tidak jauh dari hujung jarum, diletakkan plat yang disalut dengan lapisan fosfor (zink sulfida berfungsi sebagai lapisan), dan di hujung yang lain terdapat kaca pembesar. Jika anda melihat fosfor dalam gelap, anda boleh melihat: seluruh bidang pandangan dipenuhi dengan percikan berkelip dan mati serta-merta. Setiap percikan adalah hasil daripada kesan satu zarah-α. Crookes memanggil peranti ini sebagai spinthariscope (dari bahasa Yunani spintharis - percikan dan skopeo - saya lihat, saya perhatikan). Dengan bantuan ini kaedah mudah mengira zarah-α, beberapa kajian telah dijalankan, sebagai contoh, adalah mungkin untuk menentukan dengan agak tepat pemalar Avogadro * dengan kaedah ini.
Oleh kerana proton dan neutron disatukan dalam nukleus oleh daya nuklear, tidak jelas bagaimana zarah-α, yang terdiri daripada dua proton dan dua neutron, boleh meninggalkan nukleus. Jawapannya diberikan pada tahun 1928 oleh ahli fizik Amerika George Gamow. Mengikut undang-undang mekanik kuantumα-zarah, seperti mana-mana zarah berjisim kecil, mempunyai alam gelombang dan oleh itu mereka mempunyai beberapa kebarangkalian kecil untuk berada di luar teras, pada yang kecil (kira-kira 6 . 10–12 cm) jarak darinya. Sebaik sahaja ini berlaku, tolakan Coulomb daripada nukleus bercas positif yang sangat berdekatan mula bertindak ke atas zarah itu.
Pereputan alfa adalah terutamanya nukleus berat. Lebih daripada 200 diketahui. Pemancar alfa yang lebih ringan juga diketahui, terutamanya atom nadir bumi. Tetapi mengapa sebenarnya zarah-α, dan bukan proton individu, terbang keluar dari nukleus? Secara kualitatif, ini dijelaskan oleh perolehan tenaga dalam pereputan α (zarah α adalah stabil). Teori kuantitatif pereputan α dicipta hanya pada tahun 1980-an.
Ia dipanggil peraturan sesaran dan berbunyi seperti ini: Semasa pereputan α, nukleus kehilangan cas positif 2e dan jisimnya berkurangan kira-kira 4 a.m.u. Akibatnya, unsur dialihkan oleh 2 sel ke permulaan sistem berkala. Secara simbolik, ia boleh ditulis seperti ini:
M Z X - M - 4 Z -2 Y + 4 2 Dia (12)
*Pemalar Avogadro bersamaan dengan 6.02 . 10 23 mol -1
Pereputan beta diperhatikan dalam kedua-dua nukleus berat dan ringan. Zarah cahaya (elektron cepat) mempunyai kuasa penembusan yang lebih tinggi. Jadi, di udara, zarah-β boleh terbang beberapa puluh sentimeter, dalam cecair dan pepejal- daripada pecahan milimeter hingga kira-kira 1 cm Tenaga elektron yang dipancarkan daripada nukleus boleh berbeza-beza hampir dari sifar kepada beberapa nilai, maksimum untuk radionuklid tertentu. Biasanya tenaga purataβ-zarah jauh lebih kecil daripada zarah-α. Untuk masa yang lama tidak jelas bagaimana zarah dengan kelajuan yang berbeza terbang keluar dari atom yang sama unsur yang sama. Apabila struktur atom dan nukleus atom menjadi jelas, teka teki baru: dari mana datangnya zarah-β yang dipancarkan daripada nukleus - lagipun, tiada elektron dalam nukleus. Selepas penemuan neutron pada tahun 1932 oleh ahli fizik Inggeris James Chadwick,
Ahli fizik Rusia Dmitry Dmitrievich Ivanenko dan Igor Evgenievich Tamm dan ahli fizik bebas Jerman Werner Heisenberg mencadangkan bahawa nukleus atom terdiri daripada proton dan neutron. Dalam kes ini, zarah-β harus terbentuk hasil daripada proses intranuklear transformasi neutron kepada proton dan elektron. Oleh itu, pereputan β diperhatikan terutamanya dalam nukleus dengan bilangan neutron yang berlebihan.
Transformasi neutron kepada proton semasa pereputan β secara praktikalnya tidak mengubah jisim nuklida, tetapi meningkatkan cas nuklear sebanyak satu. Oleh itu, unsur baru terbentuk, disesarkan sistem berkala satu sel ke kanan. Secara simbolik, ia boleh ditulis seperti ini:
M Z X - M Z +1 Y + 0 -1 e (13)
Kedua-dua pereputan alfa dan beta disertai dengan pancaran sinar gamma.
Sinaran gamma – Ia adalah sinaran elektromagnet gelombang pendek. Pada skala gelombang elektromagnet ia bersempadan dengan keras x-ray, menduduki kawasan frekuensi yang lebih tinggi. Sinaran gamma mempunyai panjang gelombang yang sangat pendek dan, sebagai hasilnya, sifat korpuskular yang ketara, iaitu, ia berkelakuan seperti aliran zarah (γ-quanta) . Sinaran gamma dihasilkan oleh pereputan nukleus radioaktif, zarah asas, serta semasa laluan zarah bercas pantas melalui jirim.
Mengiringi pereputan nukleus radioaktif, sinaran gamma dipancarkan semasa peralihan nukleus daripada keadaan tenaga yang lebih teruja kepada keadaan kurang teruja atau tanah.
DALAM ruang antara bintang sinaran gamma berlaku akibat perlanggaran kuanta sinaran elektromagnet gelombang panjang yang lebih lembut, seperti cahaya, dengan elektron yang dipercepatkan oleh medan magnet. objek angkasa. Dalam kes ini, elektron pantas memindahkan tenaganya radiasi elektromagnetik dan cahaya nampak ditukar kepada sinaran gamma yang lebih keras.
Fenomena serupa Ia juga berlaku di Bumi apabila elektron bertenaga tinggi yang dihasilkan pada pemecut berlanggar dengan foton cahaya yang boleh dilihat dalam pancaran cahaya sengit yang dicipta oleh laser. Elektron memindahkan tenaga kepada foton cahaya, yang bertukar menjadi γ-kuantum. Ia adalah mungkin dalam amalan untuk menukar foton individu cahaya kepada kuanta sinar gamma bertenaga tinggi.
Sinaran gamma tidak dipesongkan oleh elektrik dan medan magnet, mempunyai keupayaan mengion yang agak lemah dan kuasa penembusan yang sangat tinggi (contohnya, ia melalui lapisan plumbum setebal 5 cm). Proses utama yang berlaku semasa interaksi sinaran gamma dengan jirim ialah penyerapan fotoelektrik (kesan fotoelektrik *) dan pembentukan pasangan elektron-positron.
Contoh pereputan: 1) α-reputan 235 92 U- 231 90 Th + 4 2 He
2) pereputan β 14 6 C - 14 7 N + 0 -1 e
3) γ-pereputan 1 0 n + 238 92 U - 239 92 U + γ
*Dalaman f otoeffect ialah proses di mana atom menyerap sinar gamma dan memancarkan elektron. Oleh kerana elektron tersingkir daripada salah satu petala dalam atom, ruang kosong diisi dengan elektron daripada petala di atasnya. Dan kesan fotoelektrik disertai dengan sinaran sinar-x ciri.
Jadual 1. Parameter sinaran
| alam semula jadi |
caj |
Salah satu sumber |
Diserap |
Pengionan |
penyelewengan dalam elektrik dan medan magnet |
bahaya kesihatan |
|
| teras helium (2 proto-on, 2 neutron-on) |
Americium-241 |
sehelai kertas |
sangat lemah |
rendah sehingga ke dalam badan |
|||
| Elektron tenaga tinggi |
Strontium-90 |
kepingan aluminium 5mm |
Merosakkan sel dan DNA |
||||
| Gelombang elektromagnet |
kobalt-60 |
Lembaran plumbum 25 mm (kurangkan separuh keamatan) |
sangat lemah |
berbahaya pada intensiti tinggi |
*Pengionan- proses pembentukan ion negatif dan positif dan elektron bebas daripada atom dan molekul neutral elektrik.
Bab 3
radioaktiviti semula jadi.
Radioaktiviti semulajadi (atau sinaran latar belakang) adalah akibat daripada pereputan spontan radioisotop semula jadi yang terdapat dalam batuan dan bahan hidup. Ia tumbuh dengan kedalaman disebabkan oleh batu di sekeliling dan dengan ketinggian kerana pengaruh sinaran kosmik. Sesetengah kawasan mungkin mempunyai radioaktiviti semula jadi yang tinggi disebabkan oleh batu (cth, batu igneus seperti granit) yang mengeluarkan gas radon.
Radionuklid semula jadi boleh dibahagikan kepada dua kumpulan besar- primer, iaitu yang terbentuk serentak dengan jirim stabil Bumi, dan kosmogenik, yang sentiasa terbentuk akibat tindak balas nuklear di bawah pengaruh sinaran kosmik atau datang dengan bahan luar angkasa. Jelas sekali, pada masa ini hanya radionuklid primer yang terdapat dalam persekitaran, separuh hayatnya adalah sepadan dengan umur Bumi.
Jadual 2. Radionuklid primer utama
| Radionuklid |
Berkongsi dalam campuran semula jadi isotop, % |
|
| 5 10 10 |
||
Tiga radionuklid primer - 238 U, 235 U dan 232 Th - adalah nenek moyang siri radioaktif semulajadi*. Dari masa ke masa, keseimbangan sekular telah ditubuhkan dalam siri radioaktif semula jadi - keadaan di mana
Rajah.4 Contoh pembentukan siri radioaktif semula jadi. Radioaktiviti yang manakah (! Tetapi bukan bilangan nukleus!) Semua ahli siri adalah sama antara satu sama lain.
Keseimbangan sekular antara radionuklid diwujudkan jika separuh hayat radionuklid induk adalah besar berbanding separuh hayat anak perempuan.
Pengumpulan radionuklid anak perempuan mematuhi undang-undang
A \u003d A 0 (1 -λ t ) (14)
di mana A - aktiviti radionuklid anak perempuan, A 0 - aktiviti radionuklid induk, λ - pemalar pereputan radioaktif radionuklid anak perempuan, t - masa berlalu sejak permulaan pengumpulan radionuklid anak perempuan (diandaikan bahawa hanya nuklida induk hadir pada saat awal).
radioaktiviti buatan.
Isotop yang mereput dengan pelepasan positron tidak berlaku di alam semula jadi. begitu
*pangkat radioaktif(keluarga radioaktif) - deretan nuklida radioaktif yang berkaitan secara genetik, di mana setiap satu berikutnya timbul akibat pereputan α- atau β yang sebelumnya.
isotop pertama kali diperoleh secara buatan pada tahun 1934 oleh F. dan I. Joliot-Curie. Mereka mendapati bahawa apabila disinari dengan fluks zarah alfa, nukleus isotop aluminium 27 13 Al ditukar kepada nukleus isotop fosforus 30 15 P, manakala neutron bebas dipancarkan:
27 13 Al + 4 2 Dia = 30 15 P + 1 0 n (15)
Isotop fosforus 30 15 P yang diperoleh secara buatan ternyata radioaktif; nukleusnya mereput dengan pelepasan positron:
30 15 P = 30 14 Si + 0 1 e + 0 0 v e (16)
Eksperimen seterusnya mengenai pengeboman nukleus atom isotop stabil dengan zarah alfa, proton, neutron dan zarah lain menunjukkan bahawa isotop radioaktif tiruan boleh diperolehi daripada hampir semua unsur.
Antara isotop unsur cahaya (sehingga kalsium), yang kandungan proton dan neutronnya lebih kurang sama adalah stabil. Nukleus di mana bilangan neutron ketara lebih besar daripada bilangan proton ternyata tidak stabil berkenaan dengan pereputan beta elektronik. Isotop dengan lebihan proton melebihi bilangan neutron dalam nukleus mengalami pereputan beta positron.
Radionuklid tiruan masuk persekitaran akibat ujian senjata nuklear, letupan nuklear dijalankan untuk tujuan damai, serta aktiviti perusahaan kitaran bahan api nuklear. Kemalangan pesawat dengan senjata nuklear di atas kapal, kematian kapal selam yang dilengkapi dengan nuklear loji kuasa dan senjata nuklear. Selama beberapa tahun, banyak negara, termasuk USSR, membuang sisa radioaktif cecair ke laut dan sungai dan membanjiri pemasangan nuklear yang telah digunakan. Kemalangan juga menyumbang kepada radioaktiviti teknogenik alam sekitar satelit buatan Tanah dengan sumber tenaga nuklear. Pembangunan tenaga nuklear juga telah membawa kepada fakta bahawa radionuklid telah memasuki dan terus memasuki alam sekitar, baik semasa operasi biasa loji kuasa nuklear dan akibat kecemasan, yang mana kemalangan di Loji kuasa nuklear Chernobyl 26 April 1986
Senjata nuklear.
Mana-mana neutron yang dipancarkan daripada nukleus semasa proses pembelahan seterusnya boleh menyebabkan pembelahan nukleus jiran, yang juga mengeluarkan neutron yang boleh menyebabkan pembelahan selanjutnya. Akibatnya, bilangan nukleus fisil meningkat dengan sangat cepat. Tindak balas berantai berlaku. Tindak balas rantai nuklear ialah tindak balas di mana zarah-zarah yang menyebabkannya (neutron) terbentuk sebagai hasil tindak balas ini.
Rajah.5 Tindak balas nuklear rantai. Tindak balas berantai disertai dengan pembebasan tenaga yang sangat besar. Semasa pembelahan setiap nukleus, kira-kira 200 MeV dilepaskan. Dengan pembelahan lengkap semua nukleus yang terdapat dalam 1 g uranium, tenaga sebanyak 2.3 x 10 4 kWj dibebaskan. Ini bersamaan dengan tenaga yang diperoleh dengan membakar 3 tan arang batu atau 2.5 tan minyak.
Tetapi untuk pelaksanaan tindak balas berantai, anda tidak boleh menggunakan mana-mana nukleus yang pembelahan di bawah pengaruh neutron. Untuk beberapa sebab, daripada nukleus yang terdapat di alam semula jadi, hanya nukleus isotop uranium dengan nombor jisim 235 yang sesuai, i.e. 23892U.
Untuk tindak balas berantai diteruskan, tidak semestinya setiap neutron mesti menyebabkan pembelahan nuklear. Ia hanya perlu bahawa purata bilangan neutron yang dibebaskan dalam jisim uranium tertentu tidak berkurangan dengan masa.
Keadaan ini akan dipenuhi jika faktor pendaraban neutron k lebih besar daripada atau sama dengan satu. Faktor pendaraban neutron ialah nisbah bilangan neutron dalam mana-mana "generasi" kepada bilangan neutron "generasi" sebelumnya. Perubahan generasi difahami sebagai pembelahan nuklear, di mana neutron "generasi" lama diserap dan neutron baru dilahirkan.
Jika k1, maka bilangan neutron bertambah dengan masa atau kekal malar dan tindak balas berantai berterusan. Untuk k<1 число нейтронов убывает и цепная реакция невозможна.
Faktor pendaraban ditentukan oleh empat faktor berikut:
1) penangkapan neutron perlahan oleh nukleus uranium dengan pembelahan seterusnya dan penangkapan neutron pantas (juga dengan pembelahan berikutnya);
2) penangkapan neutron oleh nukleus uranium tanpa pembelahan;
3) penangkapan neutron oleh produk pembelahan, penyederhana dan elemen struktur kemudahan;
4) pelepasan neutron dari bahan boleh belah ke luar.
Hanya proses pertama disertai dengan peningkatan bilangan neutron (terutamanya disebabkan oleh pembelahan 235 92 U). Semua yang lain membawa kepada kerugian mereka. Tindak balas berantai dalam isotop tulen 238 92 U adalah mustahil, kerana dalam kes ini k<1 (число нейтронов, поглощаемых ядрами без деления, больше числа нейтронов, вновь образующихся за счет деления ядер).
Untuk tindak balas rantai seragam diteruskan, faktor pendaraban neutron mesti dikurangkan kepada perpaduan. Kesaksamaan ini mesti dikekalkan dengan ketepatan yang tinggi. Sudah pada k=1.01, letupan akan berlaku hampir serta-merta.
Tindak balas berantai yang tidak terkawal dengan faktor pendaraban neutron yang tinggi berlaku dalam bom atom.
Untuk pembebasan tenaga yang hampir serta-merta (letupan) berlaku, tindak balas mesti diteruskan pada neutron pantas (tanpa menggunakan penyederhana). Bahan letupan adalah uranium tulen atau plutonium. Untuk letupan berlaku, dimensi bahan pembelahan mesti melebihi dimensi kritikal. Ini dicapai sama ada dengan mencantumkan dua keping bahan fisil dengan cepat dengan dimensi subkritikal, atau dengan memampatkan secara mendadak satu keping kepada saiz di mana kebocoran neutron melalui permukaan menurun dengan begitu banyak sehingga dimensi kepingan itu menjadi superkritikal.
nasi. 6 Skema bom atom.
Kedua-duanya dilakukan dengan bahan letupan konvensional. Dalam letupan nuklear, hasil pembelahan, pelakuran nuklear dan pengaktifan neutron terbentuk.
Semasa pembelahan nukleus berat di bawah tindakan neutron, beratus-ratus radionuklid yang berbeza terbentuk dengan separuh hayat yang berbeza. Nisbah hasil pembelahan bergantung pada sifat radionuklid fisil dan tenaga neutron. Taburan produk anak perempuan mengikut nombor jisim mempunyai dua maksima, terletak dalam selang 85-105 dan 130-150. Tindak balas pelakuran nuklear berlaku semasa letupan senjata termonuklear. Dalam kes ini, khususnya, gabungan nukleus deuterium dan tritium berlaku dengan pembentukan zarah alfa dan neutron. Apabila bom meletup, suhu mencecah puluhan juta kelvin. Pada suhu ini, tekanan meningkat dengan mendadak dan gelombang letupan yang kuat terbentuk. Pada masa yang sama, sinaran yang kuat dihasilkan. Hasil tindak balas berantai letupan bom adalah sangat radioaktif dan berbahaya kepada organisma hidup.
Bom atom digunakan oleh Amerika Syarikat pada akhir Perang Dunia II menentang Jepun. Pada tahun 1945 mereka dijatuhkan di bandar Hiroshima dan Nagasaki Jepun.
Tindakan pemusnahan besar-besaran orang ini bukan disebabkan oleh keperluan ketenteraan, kerana pada masa itu penyerahan Jepun sudah menjadi kesimpulan yang tidak dapat dielakkan. Dengan penciptaan senjata nuklear, kemenangan dalam peperangan menjadi mustahil. Perang nuklear mampu membawa manusia kepada kemusnahan, oleh itu rakyat di seluruh dunia gigih memperjuangkan larangan senjata nuklear. Ujian senjata nuklear di atmosfera telah menjadi sumber utama radioaktiviti buatan di alam sekitar (sehingga 95%). Kejatuhan radionuklid berlaku secara tidak homogen di atas permukaan planet. Kira-kira 76% daripada kejatuhan global strontium-90 berlaku di hemisfera utara, di mana 90% daripada jumlah ujian telah dijalankan. Kejatuhan global maksimum berlaku pada 40-50°U.
Semasa letupan nuklear bawah tanah, kebanyakan radionuklid kekal dalam rongga letupan, walau bagaimanapun, dalam banyak kes, gas radioaktif dan produk meruap lain letupan dilepaskan ke atmosfera.
Dalam bom termonuklear (hidrogen), sumber suhu tinggi, yang diperlukan untuk pelakuran termonuklear, ialah letupan bom atom (uranium atau plutonium) yang diletakkan di dalam bom termonuklear. Kemungkinan teknikal untuk meningkatkan tenaga letupan bom ini tidak terhad dalam apa cara sekalipun.
Contoh tindak balas rantai: 239 92 U → 239 93 Np + 0 -1 e
239 93 Np → 239 9 4 Pu + 0 -1 e
Reaktor atom.
Nukleus uranium, terutamanya isotop 235 92 U, menangkap neutron perlahan dengan paling cekap. Kebarangkalian penangkapan neutron perlahan dengan pembelahan nuklear berikutnya adalah ratusan kali lebih besar daripada neutron yang cepat. Oleh itu, dalam reaktor nuklear yang didorong oleh uranium semulajadi, moderator neutron digunakan untuk meningkatkan "faktor pendaraban neutron
Rajah.7 Reaktor atom.
Unsur utama reaktor nuklear: bahan api nuklear (235 92 U, 239 92 Pu, 238 92 U, dsb.), penyederhana neutron (air berat atau biasa, grafit, dsb.), penyejuk untuk mengeluarkan tenaga yang dijana semasa operasi daripada reaktor (air, natrium cecair, dll.) dan peranti untuk mengawal kadar tindak balas (rod yang mengandungi kadmium atau boron, bahan yang menyerap neutron dengan baik, dimasukkan ke dalam ruang kerja reaktor).
Di luar, reaktor dikelilingi oleh cangkerang pelindung yang tertunda
γ-radiasi dan neutron. Cangkerang diperbuat daripada konkrit dengan pengisi besi.
Moderator terbaik adalah air yang berat. Air biasa itu sendiri menangkap neutron dan bertukar menjadi air berat. Grafit, yang nukleusnya tidak menyerap neutron, juga dianggap sebagai penyederhana yang baik.
Faktor pendaraban k boleh menjadi sama dengan perpaduan hanya jika dimensi reaktor dan, dengan itu, jisim uranium melebihi nilai kritikal tertentu. Jisim kritikal ialah jisim terkecil bahan fisil di mana tindak balas rantai nuklear boleh diteruskan.
Pada saiz yang kecil, kebocoran neutron melalui permukaan teras reaktor (isipadu di mana rod uranium terletak) adalah terlalu besar.
Dengan pertambahan saiz sistem, bilangan nukleus yang terlibat dalam pembelahan meningkat mengikut perkadaran dengan isipadu, dan bilangan neutron yang hilang akibat peningkatan kebocoran berkadaran dengan luas permukaan.
Oleh itu, dengan meningkatkan saiz sistem, adalah mungkin untuk mencapai nilai faktor pendaraban k lebih kurang sama dengan 1. Sistem akan mempunyai dimensi kritikal jika bilangan neutron yang hilang akibat penangkapan dan kebocoran adalah sama dengan bilangan neutron yang diperolehi dalam proses pembelahan. Dimensi kritikal dan, dengan itu, jisim kritikal ditentukan oleh jenis bahan api nuklear, penyederhana, dan ciri reka bentuk reaktor.
Untuk uranium tulen (tanpa moderator) 235 92 U, mempunyai bentuk bola, jisim genting adalah lebih kurang sama dengan 50 kg. Dalam kes ini, jejari bola adalah lebih kurang 9 cm (uranium adalah bahan yang sangat berat). Dengan menggunakan penyederhana neutron dan cangkang berilium yang memantulkan neutron, jisim kritikal boleh dikurangkan kepada 250 g.
Reaktor dikawal oleh rod yang mengandungi kadmium atau boron. Dengan rod dilanjutkan dari teras reaktor k>1, dan dengan rod ditarik balik sepenuhnya k<1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.
Kemalangan.
Pada masa ini, lima kapal selam nuklear mati (dua Amerika dan tiga kapal domestik) sedang berehat di dasar Lautan Atlantik, yang merupakan sumber berpotensi radionuklid buatan manusia. Walau bagaimanapun, seperti yang ditunjukkan oleh pemerhatian jangka panjang kapal selam nuklear "Komsomolets" yang tenggelam di Laut Norway, aliran radionuklid keluar dari badan kapal adalah sangat perlahan, di samping itu, banyak radionuklid diserap dengan kuat oleh sedimen dasar, jadi bahawa kapal selam nuklear yang tenggelam, nampaknya, adalah bahaya yang serius kepada alam sekitar. tidak mewakili.
Pada tahun 1968, 11 km ke barat pangkalan udara Thule, berhampiran pantai Greenland, sebuah pesawat B-52 Amerika yang membawa empat kepala peledak nuklear terhempas. Akibat letupan pesawat, plutonium yang terkandung dalam peluru bercampur dengan ais, dan juga sebahagiannya masuk di bawah ais dengan serpihan kepala peledak. Akibatnya, kira-kira 1 TBq plutonium masuk ke dalam sedimen bawah. Pada tahun 1966, dua pesawat Tentera Udara AS berlanggar di udara di pantai Sepanyol. Akibatnya, empat bom termonuklear jatuh: tiga jatuh di pantai, satu jatuh ke Laut Mediterranean. Walau bagaimanapun, kejadian ini tidak membawa kepada akibat yang serius kepada alam sekitar, kerana kebanyakan plutonium telah dialih keluar akibat kerja dekontaminasi tepat pada masanya.
Pada tahun 1964, satelit navigasi Amerika terhempas: ia tidak memasuki orbit dan jatuh ke Lautan Hindi. Satelit itu dikuasakan oleh sumber tenaga isotop. Kemalangan satelit mengakibatkan penyebaran 629 TBq 238 Pu ke atmosfera. Kira-kira 95% daripada plutonium ini jatuh ke permukaan Bumi menjelang akhir tahun 1970. Kejatuhan satelit membawa kepada perubahan ketara dalam nisbah isotop plutonium dalam kejatuhan global.
Kemalangan satelit Soviet Kosmos-954 pada tahun 1978 menyebabkan pembebasan produk pembelahan dari reaktor nuklear atas kapal ke alam sekitar. Kira-kira tiga perempat daripada jumlah keseluruhan radionuklid yang hilang di atmosfera atas. Kejatuhan serpihan berlaku di Amerika Utara.
Beberapa kemalangan diketahui di perusahaan kitar bahan api nuklear. Sebagai contoh, di Sellafield pada tahun 1957 berlaku kemalangan di reaktor penyelidikan dengan keruntuhan teras.
Pada 27 September 1957, satu kemalangan berlaku di Kyshtym (wilayah Chelyabinsk) di loji pemprosesan sisa radioaktif, di mana terdapat kira-kira 60 tangki keluli tahan karat yang disejukkan dengan air dengan isipadu 250 m 3 setiap satu dengan sisa radioaktif yang tinggi. Akibat gangguan bekalan air penyejuk, letupan dengan kuasa 5-10 kt berlaku. 23 penempatan dengan populasi 10,180 orang telah dipindahkan. Awan radioaktif naik ke ketinggian 1 km dan mula bergerak ke timur laut.
Rajah 8 Gambar rajah loji tenaga nuklear.
Bagaimanapun, kemalangan paling serius berlaku di loji kuasa nuklear Chernobyl pada malam 26 April 1986. Di RFN Chernobyl, reaktor jenis RBMK (reaktor air mendidih berkuasa tinggi) telah dipasang, komponen utama pelepasan yang ke dalam alam sekitar ialah RG (gas radioaktif), yang tidak menimbulkan risiko pendedahan dalaman. Muatan standard RBMK ialah 192 tan bahan api nuklear (UO 2) dengan pengayaan 2% dan 1760 tan grafit. Untuk mengelakkan pengoksidaan grafit, campuran gas yang terdiri daripada 80% helium dan 20% hidrogen dibekalkan kepada selongsong reaktor. Kempen bahan api yang lengkap berlangsung selama 1080 hari. Pada masa ini, lebih daripada 500 radionuklid daripada tritium ke kurium dengan jumlah aktiviti 6.8 10 20 Bq terkumpul dalam bahan api. Di antara radionuklid ini, terdapat banyak radionuklida yang berumur pendek, aktivitinya berkurangan dengan cepat mengikut masa.
Kemalangan di loji tenaga nuklear Chernobyl berlaku akibat pelanggaran peraturan keselamatan yang teruk semasa penutupan unit ke-4 untuk penggantian elemen bahan api. Terjadi letupan. Taburan serpihan besar bahan api diperhatikan pada jarak sehingga ratusan meter. Kemudian grafit itu terbakar. Daripada jumlah jumlah radionuklid terkumpul dalam reaktor RBMK semasa kemalangan unit ke-4 loji kuasa nuklear Chernobyl, sebahagian besar telah dilepaskan ke alam sekitar. Apabila komponen grafit teras reaktor terbakar, ia membenarkan bahan api yang tinggal untuk menghakis perisai biologi bawah (BBS) dan bocor ke bahagian bawah bangunan reaktor. Sembilan hari kemudian, teras reaktor dengan cepat mengeras dan kemalangan dihentikan tanpa campur tangan manusia secara langsung (menjatuhkan pelbagai bahan dari helikopter tidak berkesan). Haba pereputan berkurangan dengan cepat disebabkan oleh terperangkapnya bahan sekeliling (keluli tahan karat dan serpentin NBZ) bersempena dengan penyebaran bahan api cair yang cepat ke jarak sehingga 40 m dari pusat pusat leburan.
Dalam tempoh 9 hari pertama selepas kemalangan, empat fasa proses diperhatikan:
Fasa ketiga (2-5 Mei) - teras dipanaskan pada suhu melebihi 2000°C; tindak balas berlaku antara oksigen dan grafit; bentuk aerosol produk pembelahan digabungkan dengan zarah grafit;
Fasa keempat (5-6 Mei) ialah penurunan pesat dalam pelepasan produk pembelahan yang berkaitan dengan pemberhentian proses pembelahan.
Pembebasan produk radioaktif ke atmosfera berterusan sehingga akhir Ogos pada kadar beberapa kueri setiap hari.
Sarkofagus yang dibina di sekeliling unit kecemasan mengandungi 1270 hingga 1350 tan bahan yang mengandungi bahan api (kira-kira 10.5% bahan api nuklear yang dibakar sebahagiannya), 64,000 m 3 bahan lain (simen, bahan binaan, dll.), kira-kira 10,000 tan bangunan struktur logam dan 800 hingga 1000 tan air tercemar. Sebilangan besar caesium-137 (35% daripada jumlah asalnya) kekal dalam sisa bahan api yang dipadatkan.
Tempat pencemaran utama di wilayah bekas USSR adalah kawasan dengan tahap radioaktiviti di atas tanah lebih daripada 560 kBq/m 2 . Kawasan besar di Ukraine dan Belarus mempunyai tahap radioaktiviti melebihi 40 kBq/m 2 . Yang paling tercemar ialah zon 30 km mengelilingi reaktor, di mana tahap pencemaran dengan caesium-137 biasanya melebihi 1500 kBq/m 2 . Di tempat Bryansk-Belarusia yang paling tercemar, terletak 200 km ke utara-timur-timur blok ke-4, tahap pencemaran dengan cesium-137 mencapai 5 MBq/m 2 .
Tahap pemendapan yang sangat tinggi, termasuk di tempat-tempat yang terletak beribu-ribu kilometer dari lokasi kemalangan, dikaitkan terutamanya dengan hujan. Kejatuhan kering memainkan peranan yang lebih kecil dalam penyebaran radionuklid Chernobyl berbanding kes kejatuhan selepas ujian senjata nuklear.
Semua kemalangan ini adalah contoh yang jelas tentang betapa bahayanya radiasi.
Bahagian 3
Kesan sinaran dos rendah ke atas organisma hidup.
Topik ini bukan topik utama untuk esei saya, jadi saya akan bercakap sedikit tentangnya.
Mekanisme sinaran yang mempengaruhi objek biologi masih belum cukup dikaji. Tetapi jelas bahawa ia dikurangkan kepada pengionan atom dan molekul, dan ini membawa kepada perubahan dalam aktiviti kimia mereka. Yang paling sensitif kepada sinaran ialah nukleus sel, terutamanya sel yang cepat membahagi. Oleh itu, pertama sekali, sinaran menjejaskan sumsum tulang, yang mengganggu proses pembentukan darah. Seterusnya berlaku kerosakan pada sel-sel saluran penghadaman dan organ-organ lain.
Penyinaran mempunyai kesan kuat ke atas keturunan, menjejaskan gen dalam kromosom. Dalam kebanyakan kes, kesan ini tidak menguntungkan.
Penyinaran organisma hidup juga boleh memberi faedah tertentu. Sel-sel yang cepat membesar dalam tumor malignan (kanser) lebih sensitif kepada sinaran daripada yang normal. Ini adalah asas untuk penindasan tumor kanser oleh γ-ray sediaan radioaktif, yang lebih berkesan untuk tujuan ini daripada x-ray.
Kesan sinaran ke atas organisma hidup dicirikan oleh dos sinaran. Dos sinaran yang diserap ialah nisbah tenaga yang diserap E sinaran mengion kepada jisim m bahan yang disinari:
D=E/m (17)
Dalam SI, dos sinaran yang diserap dinyatakan dalam warna kelabu (disingkat: Gy). 1 Gy adalah sama dengan dos sinaran yang diserap di mana 1 J tenaga sinaran mengion dipindahkan ke bahan sinaran seberat 1 kg.
Latar belakang sinaran semula jadi (sinar kosmik, radioaktiviti alam sekitar dan badan manusia) adalah kira-kira 2-10 -3 Gy setiap orang setahun. Suruhanjaya Antarabangsa mengenai Perlindungan Sinaran telah menetapkan dos tahunan maksimum yang dibenarkan sebanyak 0.05 Gy untuk orang yang bekerja dengan sinaran. Dos sinaran 3-10 Gy yang diterima dalam masa yang singkat adalah membawa maut.
Radon dan produk pereputannya memberi sumbangan besar kepada pendedahan manusia. Dialah yang menjadi perhatian khusus kepada saintis. Menurut pakar kerajaan, disebabkan radon dan produk pereputannya, orang ramai menerima 3/4 daripada dos jumlah sinaran yang datang dalam proses pendedahan kepada sumber sinaran semula jadi. Oleh itu, kesan negatif radon terhadap kesihatan manusia adalah lebih besar daripada kesan sinaran yang dibebaskan ke alam sekitar oleh loji tenaga nuklear.
Sumber utama gas lengai radioaktif ini ialah kerak bumi, di mana ia terbentuk akibat daripada pereputan radioaktif semula jadi. Menembusi melalui retakan dan celah pada asas, lantai dan dinding, radon memasuki tingkat pertama bangunan dan ruang bawah tanah dan berlarutan dan terkumpul di dalamnya (radon adalah 7.5 kali lebih berat daripada udara). Akibatnya, kepekatan radon di tingkat atas bangunan berbilang tingkat biasanya lebih rendah daripada di tingkat pertama.
Satu lagi sumber radon dalaman ialah bahan binaan itu sendiri (konkrit, bata, dll.) yang mengandungi radionuklid semula jadi. Kami menghabiskan sehingga 80% masa kami di dalam rumah - di rumah atau di tempat kerja. Di satu pihak, bangunan melindungi daripada sinaran luar, tetapi jika bahan dari mana ia dibina mengandungi radionuklid semula jadi, maka bangunan itu bertukar dari struktur pelindung menjadi sumber bahaya. Itulah sebabnya sangat penting untuk membeli bahan binaan yang tidak berbahaya kepada kesihatan. Terutama apabila ia datang untuk membina atau menyiapkan rumah anda sendiri, yang direka untuk berkhidmat lebih daripada satu generasi.
Seseorang menerima sebahagian besar dos sinaran daripada radon semasa berada di dalam bilik yang tertutup dan tidak berventilasi. Pengudaraan yang kerap mengurangkan kepekatan radon beberapa kali.
Pendedahan jangka panjang kepada radon dan produknya dalam tubuh manusia meningkatkan risiko kanser paru-paru. Oleh itu, Agensi Perlindungan Alam Sekitar Amerika menganggap bahawa radon mengambil tempat kedua selepas merokok dalam beberapa punca penyakit ini.
Kesan pendedahan manusia kepada sinaran secara amnya terbahagi kepada dua kategori:
1) Somatik (badan) - timbul dalam tubuh manusia, yang terdedah kepada radiasi.
2) Genetik - dikaitkan dengan kerosakan pada alat genetik dan dimanifestasikan dalam generasi seterusnya atau seterusnya: ini adalah anak, cucu dan keturunan yang lebih jauh daripada seseorang yang telah terdedah kepada radiasi.
Jadual3. Kesan sinaran pendedahan manusia.
Bahagian 4. Kaedah untuk mendaftarkan zarah.
kaunter pelepasan gas.
Sehubungan dengan penyebaran kawalan automatik pelbagai proses pengeluaran menggunakan sumber sinaran radioaktif, kaunter pelepasan gas yang mendaftarkan sinaran ini telah digunakan secara meluas. Kerja beliau adalah berdasarkan kesan pengionan sinaran radioaktif.
Rajah.9 kaunter pelepasan gas.
Kaunter pelepasan gas ialah bekas kaca atau logam dengan dua elektrod - luaran (katod (2)) dan dalaman (anod (1)). Katod adalah sama ada bekas logam atau lapisan konduktif yang didepositkan pada permukaan dalaman bekas kaca. Anod ialah dawai logam nipis yang diregangkan di dalam belon di sepanjang paksinya.
Meter biasanya diisi dengan campuran gas khas pada tekanan 100 mm Hg. Seni.
Apabila gas di dalam kaunter tidak diionkan oleh zarah nuklear, walaupun voltan dikenakan padanya, tiada arus mengalir antara elektrodnya. Sebaik sahaja gas di dalam kaunter diionkan oleh zarah nuklear yang telah memasukinya, arus elektrik akan muncul dalam litar kaunter.
Sumber pengionan gas boleh menjadi sinaran γ-, α- dan β, sinar-X dan sinaran ultraungu. Untuk mengendalikan pembilang, mod digunakan di mana arus dalam litar pembilang adalah berkadar dengan bilangan zarah pengion. Mod ini dipanggil "rantau Geiger" dan digunakan untuk pengendalian kaunter pelepasan gas. Dalam siri dengan kaunter, rintangan urutan 1 - 10 MΩ dihidupkan, yang merupakan beban, dari terminal yang mana denyutan voltan dikeluarkan. Kadar pengulangan nadi adalah berkadar dengan bilangan zarah yang menyebabkan pengionan.
Kaunter pelepasan gas melihat sinaran nuklear dan menukarkannya kepada impuls elektrik. Denyutan ini memasuki peranti rakaman. Bilangan denyutan masuk mencirikan tahap radioaktiviti.
Dalam amalan, pelbagai jenis kaunter digunakan, yang bertindak balas kepada pelbagai sinaran. Mereka direka untuk voltan operasi yang berbeza, mempunyai hayat perkhidmatan yang berbeza, dikira dalam berjuta-juta denyutan, serta saiz yang berbeza - panjang dan diameter.
Kaunter Geiger-Muller.
Ini ialah peranti pelepasan gas untuk mengira bilangan zarah pengion yang telah jatuh ke dalamnya. Ia adalah kapasitor berisi gas yang menembusi laluan zarah pengion melalui isipadu gas.
Litar elektronik tambahan menyediakan meter dengan kuasa (biasanya tidak kurang daripada 300 V), memastikan, jika perlu, penindasan nyahcas dan mengira bilangan nyahcas melalui meter.
Kaunter Geiger dibahagikan kepada bukan pemadam sendiri dan pemadam sendiri (tidak memerlukan litar penamatan nyahcas luaran).
Kepekaan kaunter ditentukan oleh komposisi gas, isipadunya, dan bahan (dan ketebalan) dindingnya.
Penggunaan meluas kaunter Geiger-Muller dijelaskan oleh sensitiviti yang tinggi, keupayaan untuk mendaftarkan pelbagai jenis sinaran, dan kesederhanaan perbandingan dan kos pemasangan yang rendah. Kaunter itu dicipta pada tahun 1908 oleh Geiger dan diperbaiki oleh Müller.
Rajah.10 Kaunter Geiger-Muller.
Pembilang Geiger-Muller berbentuk silinder terdiri daripada tiub logam atau tiub kaca yang dilogamkan dari dalam dan benang logam nipis yang diregangkan di sepanjang paksi silinder. Filamen berfungsi sebagai anod, tiub berfungsi sebagai katod. Tiub itu diisi dengan gas jarang, dalam kebanyakan kes gas mulia argon dan neon digunakan. Voltan kira-kira 1500 V dicipta antara katod dan anod.
Operasi kaunter adalah berdasarkan pengionan kesan. γ-quanta yang dipancarkan oleh isotop radioaktif, jatuh pada dinding kaunter, mengetuk elektron daripadanya. Elektron, bergerak dalam gas dan berlanggar dengan atom gas, mengetuk elektron daripada atom dan mencipta ion positif dan elektron bebas. Medan elektrik antara katod dan anod mempercepatkan elektron kepada tenaga di mana pengionan hentaman bermula. Terdapat runtuhan ion, dan arus melalui kaunter meningkat dengan mendadak. Dalam kes ini, nadi voltan terbentuk pada rintangan R, yang disalurkan ke peranti rakaman. Agar kaunter dapat mendaftarkan zarah seterusnya yang jatuh ke dalamnya, caj runtuhan salji mesti dipadamkan. Ini berlaku secara automatik. Pada masa ini nadi semasa muncul pada rintangan R, penurunan voltan yang besar berlaku, jadi voltan antara anod dan katod berkurangan dengan mendadak dan begitu banyak sehingga nyahcas berhenti dan kaunter bersedia untuk beroperasi semula.
Ciri penting kaunter ialah kecekapannya. Tidak semua γ-foton yang terkena kaunter akan memberikan elektron sekunder dan akan didaftarkan, kerana tindakan interaksi sinar-γ dengan jirim agak jarang berlaku, dan beberapa elektron sekunder diserap dalam dinding peranti sebelum mencapai isipadu gas
Kecekapan kaunter bergantung pada ketebalan dinding kaunter, bahannya, dan tenaga sinaran γ. Yang paling cekap ialah pembilang yang dindingnya diperbuat daripada bahan dengan nombor atom yang tinggi, kerana ini meningkatkan pengeluaran elektron sekunder. Di samping itu, dinding kaunter mestilah cukup tebal. Ketebalan dinding pembilang dipilih daripada keadaan kesamaannya kepada laluan bebas purata elektron sekunder dalam bahan dinding. Dengan ketebalan dinding yang besar, elektron sekunder tidak akan masuk ke dalam isipadu kerja pembilang dan penampilan nadi semasa tidak akan berlaku. Oleh kerana sinaran gamma lemah berinteraksi dengan jirim, kecekapan pembilang γ biasanya juga rendah dan berjumlah hanya 1-2%. Satu lagi kelemahan kaunter Geiger-Muller ialah ia tidak memungkinkan untuk mengenal pasti zarah dan menentukan tenaganya.
ruang gelembung
Ini adalah pengesan trek zarah bercas asas, di mana jejak (jejak) zarah membentuk rantaian gelembung wap di sepanjang trajektori pergerakannya. Dicipta oleh A. Glaser pada tahun 1952 (Hadiah Nobel pada tahun 1960).
Prinsip operasi ruang gelembung adalah serupa dengan ruang awan. Yang terakhir menggunakan sifat wap supertepu untuk terpeluwap menjadi titisan kecil di sepanjang trajektori zarah bercas. Ruang gelembung menggunakan sifat cecair panas lampau tulen untuk mendidih (membentuk gelembung wap) di sepanjang laluan penerbangan zarah bercas. Cecair panas lampau ialah cecair yang dipanaskan pada suhu yang lebih besar daripada takat didih untuk keadaan tertentu. Didih cecair sedemikian berlaku apabila pusat pengewapan, contohnya, ion, muncul. Oleh itu, jika dalam ruang awan zarah bercas memulakan perubahan wap menjadi cecair dalam perjalanannya, maka dalam ruang gelembung, sebaliknya, zarah bercas menyebabkan perubahan cecair menjadi wap.
nasi. sebelas ruang gelembung.
Keadaan panas lampau dicapai dengan penurunan tekanan luaran yang cepat (5–20 ms). Untuk beberapa milisaat, kamera menjadi sensitif dan dapat mendaftarkan zarah yang dicas. Selepas memotret trek, tekanan meningkat kepada nilai sebelumnya, buih "runtuh" dan ruang itu kembali bersedia untuk beroperasi. Kitaran operasi ruang gelembung besar ialah 1 s (iaitu, lebih kurang daripada ruang awan), yang memungkinkan untuk menggunakannya dalam eksperimen pada pemecut berdenyut. Ruang gelembung kecil boleh beroperasi pada kadar yang lebih cepat iaitu 10-100 pengembangan sesaat. Detik-detik berlakunya fasa sensitiviti ruang gelembung disegerakkan dengan detik-detik zarah memasuki ruang dari pemecut.
Kelebihan penting ruang gelembung berbanding ruang awan dan ruang resapan ialah ia menggunakan cecair sebagai medium kerja (hidrogen cecair, helium, neon, xenon, freon, propana, dan campurannya). Cecair ini, sebagai sasaran dan medium pengesan, mempunyai 2-3 urutan magnitud ketumpatan yang lebih tinggi daripada gas, yang sangat meningkatkan kebarangkalian berlakunya peristiwa yang patut dikaji di dalamnya dan memungkinkan untuk "memasukkan" trek sepenuhnya. zarah tenaga tinggi dalam isipadunya.
Ruang gelembung boleh mencapai saiz yang sangat besar (sehingga 40 m3). Mereka, seperti ruang awan, diletakkan dalam medan magnet. Resolusi spatial ruang gelembung ialah 0.1 mm.
Kelemahan ruang gelembung ialah ia tidak boleh (tidak seperti ruang awan) dengan cepat "dihidupkan" oleh isyarat pengesan luaran yang melakukan pemilihan awal kejadian, kerana cecair itu terlalu inersia dan tidak meminjamkan dirinya dengan sangat cepat. (dalam 1 μs) pengembangan. Oleh itu, ruang gelembung, disegerakkan dengan operasi pemecut, mendaftarkan semua peristiwa yang dimulakan di dalam ruang oleh pancaran zarah. Kebanyakan acara ini tidak menarik minat.
ruang awan
Ruang awan ialah pengesan trek zarah bercas asas, di mana jejak (jejak) zarah membentuk rantaian titisan kecil cecair di sepanjang trajektori pergerakannya. Dicipta oleh C. Wilson pada tahun 1912 (Hadiah Nobel pada tahun 1927).
Rajah 12 Skema ruang awan. Langkah penting dalam kaedah memerhati jejak zarah ialah penciptaan ruang awan (1912). Untuk ciptaan ini, C. Wilson telah dianugerahkan Hadiah Nobel pada tahun 1927. Dalam ruang awan, jejak zarah bercas menjadi kelihatan disebabkan oleh pemeluwapan wap supertepu pada ion gas yang terbentuk oleh zarah bercas.
Titisan cecair terbentuk pada ion, yang membesar kepada saiz yang mencukupi untuk pemerhatian (10 -3 -10 -4 cm) dan fotografi dalam cahaya yang baik. Resolusi spatial ruang awan biasanya 0.3 mm. Medium kerja paling kerap adalah campuran wap air dan alkohol pada tekanan 0.1-2 atmosfera (wap air terpeluwap terutamanya pada ion negatif, wap alkohol pada ion positif). Supersaturasi dicapai dengan penurunan tekanan yang cepat disebabkan oleh pengembangan volum kerja. Masa kepekaan kamera, di mana supersaturasi kekal mencukupi untuk pemeluwapan pada ion, dan isipadu itu sendiri boleh diterima telus (tidak terlebih beban dengan titisan, termasuk titisan latar belakang), berbeza dari seperseratus saat hingga beberapa saat. Selepas itu, adalah perlu untuk membersihkan kelantangan kerja kamera dan memulihkan sensitivitinya. Oleh itu, ruang awan beroperasi dalam mod kitaran. Jumlah masa kitaran biasanya > 1 min.
Keupayaan ruang awan meningkat dengan ketara apabila diletakkan dalam medan magnet. Mengikut trajektori zarah bercas yang melengkung oleh medan magnet, tanda cas dan momentumnya ditentukan. Menggunakan ruang awan pada tahun 1932, K. Anderson menemui positron dalam sinar kosmik.
Peningkatan penting, yang dianugerahkan pada tahun 1948 oleh Hadiah Nobel (P. Blackett), ialah penciptaan ruang awan terkawal. Kaunter khas memilih acara yang harus didaftarkan oleh ruang awan, dan "mulakan" ruang hanya untuk memerhatikan peristiwa tersebut. Kecekapan ruang awan yang beroperasi dalam mod ini meningkat berkali-kali ganda. "Kebolehkawalan" ruang awan dijelaskan oleh fakta bahawa adalah mungkin untuk menyediakan kadar pengembangan medium gas yang sangat tinggi dan ruang mempunyai masa untuk bertindak balas kepada isyarat pencetus pembilang luaran.
Dosimeter dan radiometer.
Dosimeter - peranti untuk mengukur dos atau kadar dos sinaran mengion yang diterima oleh peranti (dan mereka yang menggunakannya) untuk tempoh masa tertentu, contohnya, untuk tempoh tinggal di wilayah tertentu atau untuk syif kerja.
Pengukuran kuantiti di atas dipanggil dosimetri.
Kadangkala "dosimeter" tidak begitu tepat dipanggil radiometer - peranti untuk mengukur aktiviti radionuklid dalam sumber atau sampel (dalam isipadu cecair, gas, aerosol, pada permukaan yang tercemar) atau ketumpatan fluks pengion.
nasi. 13 Dosimeter.
sinaran untuk memeriksa keradioaktifan objek yang mencurigakan dan menilai keadaan sinaran di tempat tertentu pada masa tertentu.
Pengukuran kuantiti di atas dipanggil radiometri.
Meter sinar-X - sejenis radiometer untuk mengukur kuasa sinaran gamma.
Perkakas rumah tangga, sebagai peraturan, digabungkan, mempunyai kedua-dua mod operasi dengan menukar "dosimeter" - "radiometer", penggera cahaya dan (atau) bunyi dan paparan untuk pengukuran bacaan. Jisim perkakas rumah adalah dari 400 hingga beberapa puluh gram, saiznya membolehkan anda memasukkannya ke dalam poket anda. Sesetengah model moden boleh dipakai pada pergelangan tangan seperti jam tangan. Masa operasi berterusan dari satu bateri dari beberapa hari hingga beberapa bulan.
Rajah 14. Skim dosimeter. Julat pengukur radiometer isi rumah, sebagai peraturan, adalah daripada 10 mikroroentgen sejam hingga 9.999 milliroentgen sejam (0.1 - 99.99 mikrosieverts sejam), ralat pengukuran ialah ±30%.
Pengesan (elemen sensitif dosimeter atau radiometer, yang digunakan untuk menukar fenomena yang disebabkan oleh sinaran mengion kepada isyarat elektrik atau lain-lain yang mudah dicapai untuk pengukuran) boleh menjadi ruang pengionan (dosimeter bacaan langsung tentera "DP-50 ", serupa dengan pen mata air dengan tingkap di hujungnya), scintillator (radiometer carian geologi "SRP-88"), kaunter Geiger (radiometer tentera "DP-12", gabungan isi rumah "Bella", "Pine", "Pakar " (membolehkan anda mengukur beta lembut
Rajah 15 Radiometer.
sinaran), "RKSB-104" (radiometer dengan keupayaan untuk bekerja dalam mod siap sedia, memberikan isyarat apabila tahap yang ditetapkan oleh pengguna melebihi), "Master" (meter X-ray ekonomik kecil, dan sebagainya) atau diod semikonduktor khas.
Kesimpulan.
Jadi, kerja saya pada abstrak adalah betul-betul separuh siap. Seperti yang saya jangkakan pada awalnya, malangnya, tidak cukup masa untuk mengukur tahap keradioaktifan dan menyusun jadual.
Bahan di atas adalah apa yang saya fahami sepanjang tahun, dan, saya harap, selepas membaca, anda juga memahaminya.
Saya merancang untuk menyelesaikan bahagian praktikal kerja saya tahun depan dan menyusun jadual dengan pasport radiasi gimnasium.
Bibliografi.
Prescott K. Buku Panduan Budak Sekolah Oxford. - ed. LLC Astrel Publishing House, 2008, -p.200.
Radioaktiviti alam sekitar. / Sapozhnikov Yu.A., Aliev R.A., Kalmykov S.N. – M.: BINOM. Makmal Pengetahuan, 2006. - p32.
1. A.A. Pinsk. Buku teks fizik darjah 11.
2. G.Ya. Myakishev. Buku teks fizik darjah 11.
3. Yu.B. Kudryashov. Biofizik sinaran.
4. Kamus ensiklopedia fizikal.
Hantar kerja baik anda di pangkalan pengetahuan adalah mudah. Gunakan borang di bawah
Pelajar, pelajar siswazah, saintis muda yang menggunakan pangkalan pengetahuan dalam pengajian dan kerja mereka akan sangat berterima kasih kepada anda.
Disiarkan pada http://www.allbest.ru/
pengenalan
1. Pembebasan radionuklid ke alam sekitar
1.1. radioaktiviti semula jadi
1.2.Radioaktiviti buatan
2. Radionuklid dalam hidrosfera
2.1. Radioaktiviti semula jadi hidrosfera
2.2. Radioaktiviti buatan hidrosfera
2.3. Aktinida dalam hidrosfera
Senarai sastera terpakai
pengenalan
Penentuan radionuklid semula jadi dan teknogenik dalam objek alam sekitar (di udara, di perairan semula jadi dan tanah, dalam bahan makanan) memungkinkan untuk menilai kemungkinan bahaya pendedahan radiasi kepada kesihatan manusia. Pada masa yang sama, kajian tentang pengedaran radionuklid dalam persekitaran boleh memberikan maklumat berharga tentang proses yang berlaku di dalamnya. Kaedah radionuklida digunakan untuk mengkaji pergerakan jisim air dan udara, menentukan jangka hayat aerosol, dan tarikh objek geologi dan arkeologi.
Pencemaran air permukaan bermula di Rusia tengah seawal abad ke-16, apabila ladang dibaja dengan baja. Sejak itu, pertanian telah menjadi pencemar air utama di kawasan tengah negara. Di kawasan yang lebih utara, arung jeram, terutamanya arung jeram, memainkan peranan penting, di mana kayu balak tenggelam dan reput di dalam air. Dengan perkembangan industri dan pertumbuhan bandar, peranan pencemaran perbandaran dan industri mula berkembang.
Peningkatan mendadak dalam pencemaran berlaku pada abad kedua puluh. Bahaya tertentu dikaitkan dengan kebetulan tempoh pertumbuhan dalam pembuangan air sisa tercemar dan trend berabad-abad peningkatan kekeringan iklim, dan penurunan kandungan air badan air. Di bawah keadaan ini, kepekatan bahan pencemar dalam larutan meningkat dan, akibatnya, tahap kesan berbahayanya terhadap sistem semula jadi dan kesihatan manusia.
Tujuan kerja adalah untuk mempertimbangkan radioaktiviti semula jadi dan buatan air semula jadi.
1. PELEPASAN RADIONUKLIDA KE ALAM SEKITAR
1.1 RADIOAKTIVITI SEMULAJADI
Radionuklid semula jadi boleh dibahagikan kepada dua kumpulan besar - utama, iaitu mereka yang terbentuk serentak dengan jirim stabil Bumi, dan kosmogenik, yang sentiasa terbentuk akibat tindak balas nuklear di bawah tindakan sinaran kosmik atau datang dengan bahan luar angkasa. Jelas sekali, pada masa ini hanya radionuklid primer yang terdapat dalam persekitaran, yang separuh hayatnya adalah sepadan dengan umur Bumi (Jadual 1)
Jadual 1. Radionuklid primer utama
|
Radionuklid |
T 1 / 2, tahun |
Berkongsi dalam campuran semula jadi isotop, % |
|
Tiga radionuklid primer - 238 U, 235 U dan 232 Th - adalah nenek moyang siri radioaktif semula jadi. Dari masa ke masa, keseimbangan sekular telah ditubuhkan dalam siri radioaktif semula jadi - keadaan di mana radioaktiviti (tetapi bukan bilangan nukleus) semua ahli siri adalah sama antara satu sama lain. Keseimbangan sekular antara radionuklid diwujudkan jika separuh hayat radionuklid induk adalah besar berbanding separuh hayat anak perempuan. Pengumpulan radionuklid anak perempuan mematuhi undang-undang
A= A 0 (1-e - lt)
di mana A ialah aktiviti radionuklid anak perempuan, A 0 ialah aktiviti radionuklid induk, l ialah pemalar pereputan radioaktif radionuklid anak perempuan, t ialah masa berlalu sejak permulaan pengumpulan radionuklid anak perempuan.
Untuk mewujudkan keseimbangan radioaktif, tempoh masa yang sama dengan 10 separuh hayat radionuklid anak perempuan adalah mencukupi. Pelbagai proses geokimia boleh membawa kepada pecahan ahli siri radioaktif, jadi keseimbangan sekular hanya dikekalkan dalam sistem yang tertutup berkenaan dengan radionuklid induk dan anak perempuan.
Apabila Bumi terbentuk, campuran semula jadi isotop uranium termasuk sejumlah uranium-238, dan satu bilion tahun yang lalu, bahagian uranium-235 dalam uranium semula jadi adalah lebih tinggi. Untuk mengekalkan operasi stabil reaktor nuklear, 3% uranium-235 adalah mencukupi.
Pada masa ini, radionuklid semula jadi yang membentuk asas beban dos pada manusia.
A. Becquerel, mengkaji pendarfluor sebatian uranium, ditubuhkan kira-kira 100 hari selepas penemuan sinar-X bahawa plat fotografi, walaupun dibalut dengan kertas hitam, menjadi gelap apabila bersebelahan dengan garam uranium. Fenomena itu dipanggil "radioaktiviti"
Selepas itu, ditunjukkan bahawa radioaktiviti- ini ialah pereputan spontan nukleus atom bahan dengan pancaran sinaran nuklear: b-zarah (nukleus helium), b-zarah (elektron) dan g-quanta. Kemudian, jenis pereputan lain yang lebih jarang ditemui: pembelahan nukleus spontan, pereputan berganda, pelepasan gugusan nuklear, dsb.
b-Zarah dan r-kuanta yang dipancarkan oleh nukleus semasa transformasi radioaktif mempunyai nilai tenaga diskret, kerana ia timbul semasa peralihan nukleus dari satu keadaan tenaga tertentu kepada yang lain. Pengagihan tenaga zarah atau kuanta dipanggil spektrum. Spektrum zarah b dan g-quanta adalah diskret.
Semasa pereputan-β, neutrino dipancarkan serentak dengan zarah-β, dan tenaga pereputan diagihkan antara zarah-β dan neutrino. Akibatnya, zarah-β tidak mempunyai diskret, tetapi spektrum berterusan.
Untuk menilai kesan sinaran mengion pada bahan dan organisma hidup, konsep ini digunakan "dos". Dos yang diserap ialah nisbah tenaga yang dipindahkan kepada bahan melalui sinaran kepada jisim bahan. Unit dos yang diserap ialah kelabu (1 Gy=1 J/kg). Untuk menilai kesan sinaran pada organisma hidup, dos yang setara digunakan, pengiraan yang mengambil kira hakikat bahawa sinaran mengion pelbagai jenis dan tenaga mempengaruhi badan dengan cara yang berbeza. Unit SI bagi dos setara ialah sievert (Sv). Dos yang diserap adalah sukar untuk diukur secara langsung, oleh itu, untuk mengira dos yang setara dan diserap, dos pendedahan digunakan, yang merupakan ukuran pengionan, i.e. kuantiti yang boleh diukur secara langsung. Unit dos pendedahan ialah roentgen (R).
1.2 RADIONUKLIDA TIRUAN DALAM PERSEKITARAN
Radionuklid tiruan memasuki alam sekitar akibat ujian senjata nuklear, letupan nuklear yang dilakukan untuk tujuan damai, serta aktiviti perusahaan kitaran bahan api nuklear. Sumber tempatan adalah kemalangan pesawat dengan senjata nuklear di dalamnya, kematian kapal selam yang dilengkapi dengan loji kuasa nuklear dan senjata nuklear. Selama beberapa tahun, banyak negara, termasuk USSR, membuang sisa radioaktif cecair ke laut dan sungai dan membanjiri pemasangan nuklear yang telah digunakan. Kemalangan satelit bumi buatan dengan sumber tenaga nuklear juga menyumbang kepada radioaktiviti teknogenik alam sekitar. Pembangunan tenaga nuklear juga telah membawa kepada fakta bahawa radionuklid telah memasuki dan terus memasuki alam sekitar, baik semasa operasi biasa loji janakuasa nuklear dan sebagai akibat daripada situasi kecemasan, di mana kemalangan di loji kuasa nuklear Chernobyl pada 26 April 1986 mempunyai akibat yang paling serius. Jadual 2. Membentangkan data umum mengenai pelepasan radionuklid teknogenik ke dalam alam sekitar akibat ujian senjata nuklear (termasuk yang di bawah tanah), aktiviti perusahaan kitaran bahan api nuklear dan situasi kecemasan pada mereka .
Jadual 2. Anggaran pelepasan radionuklid teknogenik
|
Sumber |
Aktiviti pelepasan, Pbq |
||||||
|
Radioak. bangsawan gas. |
|||||||
|
Letupan nuklear atmosfera |
|||||||
|
Letupan nuklear bawah tanah |
|||||||
|
Operasi reaktor |
|||||||
|
Kitar semula |
|||||||
|
Pengeluaran dan penggunaan radionuklid |
|||||||
|
Pulau Tiga Batu |
|||||||
|
Chernobyl |
|||||||
|
Sellafield |
|||||||
|
Kosmos-954 |
2. Radionuklid dalam hidrosfera
Konsep hidrosfera merangkumi lautan, laut, tasik, sungai, paya, ais, air bawah tanah, dan kelembapan atmosfera.
Peranan penting dalam radioaktiviti hidrosfera kini dimainkan oleh radionuklid semula jadi dan tiruan, taburannya di atmosfera, lajur air dan sedimen bawah ditentukan oleh keseluruhan proses geokimia dan biogeokimia yang telah berlaku dalam hidrosfera semasa ia. kewujudan.
Peranan radionuklid tiruan dalam keseimbangan keseluruhan radioaktiviti dalam hidrosfera adalah agak kecil. Walau bagaimanapun, tahap pencemaran radioaktif tempatan, dikaitkan terutamanya dengan operasi perusahaan kitar bahan api nuklear, khususnya dengan pembuangan sisa peringkat rendah melalui saluran paip terus ke laut (Pusat Nuklear di Sellafield, UK; loji Cogema di Cape Ague, Perancis), dengan pelupusan kontena dengan sisa peringkat tinggi (Lautan Pasifik dan Atlantik, Amerika Syarikat dan UK; laut Artik), serta kemalangan dengan kapal dengan loji kuasa nuklear, boleh melebihi tahap radioaktiviti disebabkan oleh sebab semula jadi.
Radioaktiviti daripada takungan stratosfera, di mana produk pembelahan terkumpul untuk masa yang lama akibat ujian senjata nuklear, terus menyumbang pada skala global. Sebahagian besar radionuklid yang memasuki alam sekitar di benua, lambat laun, dengan air sungai atau larian bawah tanah, berakhir di persekitaran marin.
2.1 Keradioaktifan semula jadi hidrosfera
Sumbangan utama kepada radioaktiviti semula jadi hidrosfera dibuat sebanyak 40 K. Sumbangan yang ketara, tetapi sumbangan yang jauh lebih kecil dibuat oleh 87 Rb, serta radionuklid primer uranium-238, uranium-235 dan torium-232 dengan produk pereputannya yang membentuk siri radioaktif semula jadi. Di samping itu, radionuklid sentiasa memasuki permukaan bumi, yang terbentuk semasa interaksi sinaran kosmik dengan nukleus atom gas dan wap yang membentuk lapisan atas atmosfera. Kepekatan dalam perairan semula jadi beberapa radionuklid yang memberi sumbangan penting kepada radioaktiviti hidrosfera diberikan dalam Jadual 3.
Jadual 3. Purata aktiviti spesifik beberapa radionuklid semula jadi (Bq/l) di perairan semula jadi
|
Radionuklid |
Air hujan |
Tasik, sungai |
air tanah |
Air minuman |
air permukaan lautan |
|
|
Radionuklid hebat |
||||||
|
Radionuklid kosmogenik |
||||||
Radioaktiviti perairan bawah tanah. Air bawah tanah, dalam erti kata yang paling umum, dipanggil kelembapan yang memenuhi lompang kerak bumi. Dari sudut pandangan radioaktiviti alam sekitar, yang paling menarik adalah hanya bahagian lembapan yang terletak di kawasan pemotongan hakisan dalam badan air permukaan dan mengambil bahagian dalam peredaran lembapan am dan intrabenua.
Isipadu air bawah tanah dunia mencapai lebih kurang 100 juta km 3 .e. 14 kali lebih kecil daripada isipadu air di lautan dan kira-kira 8,000 kali lebih banyak daripada isipadu lembapan atmosfera. Dalam peredaran radionuklid dalam biosfera, kelembapan bawah tanah mengambil bahagian yang lebih rendah daripada perairan lain. Jadi, jika jumlah lembapan di atmosfera berubah setiap 9 hari, dan di permukaan air lautan dan laut kira-kira setiap 2000 tahun, maka air bawah tanah berubah secara purata hanya selepas 8000 tahun. Di bahagian paling atas kerak bumi, air bawah tanah biasanya bergerak pada kelajuan 1-1000 m / tahun, dan pada kedalaman 1000-2000 m radioaktiviti sinaran hidrosfera bawah tanah
Mengikut keadaan kejadian, air bawah tanah dibahagikan kepada tanah, tanah, interstratal. Komposisi yang terakhir juga termasuk air mineral yang dipanggil, sering dicirikan oleh radioaktiviti yang agak tinggi. Sebagai peraturan, tahap aktiviti air bawah tanah bergantung kepada komposisi kimia mereka, yang ditentukan oleh faktor fizikokimia, fisiografi, geologi, hidrologi, fizikal, biologi dan buatan.
Oleh kerana air tanah terletak berhampiran permukaan bumi dan terbentuk akibat pemendakan atmosfera, aktivitinya bergantung kepada jumlah radionuklid larut yang terkandung dalam lapisan tanah. Keadaan yang sama juga menentukan komposisi radionuklid air bawah tanah, iaitu nama yang diberikan kepada air yang terkumpul pada lapisan kalis air pertama batuan dari permukaan.
Perairan interstratal ialah pengumpulan jisim air di antara lapisan kalis air dalam ketebalan batuan sedimen. Dalam kes di mana proses penyejatan mendominasi proses pelembab, keradioaktifan air tanah boleh mencapai nilai yang sangat tinggi.
Di perairan yang dalam dan bermineral tinggi, kandungan kalium biasanya meningkat. Peningkatan aktiviti perairan artesis adalah lebih kurang selari dengan peningkatan jumlah kepekatan garam yang terkandung di dalamnya. Kepekatan kalium yang tinggi juga ditemui di perairan mineral deposit Paleozoik purba Belarus.
Keradioaktifan air mineral. Menurut klasifikasi yang diterima pakai dalam radiohidrogeologi, semua perairan mata air mineral radioaktif, bergantung kepada penguasaan satu atau unsur radioaktif lain dalam komposisinya, dibahagikan kepada tiga kumpulan: radon, radium dan uranium. Di samping itu, terdapat jenis air perantaraan: air radon-radium dan radium-mesothorium. Dalam sesetengah mata air mineral, kepekatan radium mencapai nilai yang sangat tinggi.
Keradioaktifan air sungai ditentukan terutamanya oleh 40 K, kandungannya bergantung pada komposisi kimia batuan yang dibasuh oleh perairan ini dan pada beberapa faktor iklim dan meteorologi. Sebagai peraturan, air permukaan (salji, hujan, glasier, dll.) mengandungi jumlah bahan radioaktif yang agak kecil, dan oleh itu, semasa tempoh pencairan salji musim bunga atau hujan lebat, kemasukan jisim besar air asal ini ke dalam sungai. disertai dengan penurunan dalam aktiviti khusus air sungai. Semasa banjir, jumlah radioaktiviti air sungai agak berkurangan, dan semasa tempoh air rendah ia meningkat.
Dalam sesetengah kes, komposisi kimia bahan terlarut dalam air sungai berubah begitu banyak sepanjang tahun sehingga sungai berpindah dari satu kelas ke kelas yang lain (air semula jadi dikelaskan kepada bikarbonat, sulfat dan klorida). Turun naik yang tajam dalam komposisi kimia itu disertai dengan perubahan yang sepadan dalam tahap radioaktiviti di sungai.
Radioaktiviti air tasik. Aktiviti air tasik berkait rapat dengan komposisi kimia air sungai yang mengalir ke dalamnya dan air bawah tanah yang memberi makan kepada mereka. Sebagai peraturan, terdapat hubungan langsung antara tahap mineralisasi dan radioaktiviti air tasik. Tasik dengan tahap mineralisasi air yang rendah dan aktiviti yang rendah terdapat di Karelia, di Semenanjung Kola, di kawasan utara Siberia. Tasik dengan tahap purata mineralisasi dan tahap aktiviti yang sepadan terutamanya terletak di kawasan zon tengah bahagian Eropah di Rusia dan di Siberia.
Dalam kes di mana tasik terletak di zon kelembapan berlebihan dan aliran masuk air melebihi penyejatannya, terdapat larian air dari tasik. Hasil daripada nisbah tersebut, aktiviti air tasik berbeza sedikit daripada tahap aktiviti air sungai dan, sebagai peraturan, adalah rendah. Oleh kerana lebihan penyejatan ke atas aliran masuk, tiada larian dari tasik tersebut, dan garam terkumpul di dalamnya dan peningkatan yang sepadan dalam radioaktiviti air.
Radioaktiviti semulajadi air laut. Sumber utama radionuklid primer yang terkandung dalam air laut ialah larian sungai dan aliran hidroterma dari zon sesar kerak lautan. Radionuklid kosmik dan sebahagian besar teknogenik memasuki lautan dari atmosfera.
Potassium -40 kini memberikan sumbangan terbesar kepada radioaktiviti kerak bumi dan perairan lautan. Pereputan nukleus berlaku dalam dua arah utama: 89.5% daripada nukleus memancarkan zarah-β dengan tenaga maksimum 1.33 MeV, dan 10.5% daripada nukleus mengalami penangkapan K diikuti oleh pelepasan γ-quanta dengan tenaga 1.46 MeV. P-aktiviti spesifik kalium darat ialah 28.27±0.05 Bq/kg, dan aktiviti-g spesifik kalium ialah 3.26±0.05 Bq/kg. Oleh itu, kalium -40 menyumbang kepada kedua-dua B dan r-radioaktiviti dalam persekitaran.
Daripada radionuklid semula jadi di bahagian tengah Jadual Berkala, seterusnya selepas kalium-40 dari segi aktiviti khusus dalam air laut ialah rubidium-87, serta berkaitan dengan radionuklid primer. Dalam campuran semula jadi isotop rubidium, 87 Rb menyumbang 27.85%, separuh hayatnya ialah 6.5×10 10 tahun. Nukleus rubidium memancarkan sinaran beta dengan tenaga maksimum 0.394 MeV. Oleh kerana kadar pereputan yang rendah dan tenaga yang agak rendah dari sinaran β yang dipancarkan, sumbangan radionuklid ini kepada tahap beban dos dalam persekitaran adalah sangat tidak ketara.
Uranus. Komposisi campuran semula jadi isotop uranium termasuk uranium-234, uranium-235 dan uranium-238. Dua isotop terakhir ialah nenek moyang siri aktinium dan uranium, dan uranium-234 ialah hasil pereputan uranium-238.
Dalam larian sungai, perkadaran uranium dalam keadaan terampai dan terlarut adalah lebih kurang sama. Jisim utama uranium sungai terampai dimendapkan di zon pantai, di rak dan di cerun benua. Walau bagaimanapun, sebahagian daripadanya kekal dalam komposisi zarah terampai dalam bahan terampai lautan, dan di perairan permukaan terdapat perkadaran antara kandungan kalsium karbonat dalam ampaian dan kepekatan uranium terampai. .
Di perairan laut dan lautan, uranium kebanyakannya dalam bentuk terlarut dalam bentuk kompleks uranil karbonat 4- yang stabil.
Imbangan radioaktif antara 238 U dan 234 U dalam air laut terganggu kerana fakta bahawa 234 U dipegang teguh oleh kekisi kristal dalam produk awal luluhawa batu. Nilai purata nisbah 234 U / 238 U di perairan lautan ialah 1.15.
Torium. Thorium-232 memasuki lautan dengan larian sungai terutamanya dalam keadaan terampai dalam bentuk zarah terkecil terkecil, dalam komposisi kekisi kristal yang dimasukinya, dan sebahagian besarnya disimpan di kawasan muara dan di atas rak. Di permukaan perairan lautan terbuka, di mana kepekatan bahan terampai rendah, torium terampai biasanya tidak melebihi 10-20%.
Sumber isotop torium yang tinggal di perairan lautan adalah terutamanya daripada pereputan radionuklid ibu bapa. Input torium-238 dan torium-234 dengan larian sungai boleh diabaikan kerana jangka hayatnya yang singkat. Thorium mengalami proses hidrolisis, pembentukan kompleks, dan juga penjerapan pada zarah ampaian. Ini juga menentukan perubahan ketara dalam keseimbangan radioaktif thorium-230 dengan uranium: air laut mengandungi hanya 0.005-0.12% keseimbangan thorium-230, yang menunjukkan penyingkiran yang sangat cepat dari perairan lautan.
Peranan utama dalam penyingkiran torium-230 dari perairan lautan tergolong dalam proses penjerapan pada permukaan zarah terampai dan pemendapannya ke bahagian bawah, dan di lapisan permukaan, kepada pengekstrakan biogenik. Apabila ampaian bergerak melalui lajur air, perkadaran torium terampai -230 meningkat. Thorium-228 dan thorium-234, tidak seperti thorium-230, mempunyai separuh hayat yang pendek dan cara utama untuk mengeluarkannya dari perairan lautan ialah pereputan radioaktif.
Masa tinggal torium di perairan lautan dianggarkan beratus-ratus tahun. Untuk torium-238 jangka pendek, pengangkutan torium-234 dengan bahan terampai membawa kepada anjakan ketara dalam keseimbangan radioaktif dengan induk radium-228 dan uranium-238.
Nisbah kepekatan bentuk terampai dan terlarut torium-230 dan torium-228 adalah kira-kira 0.15-0.20.
Radium. Sumber utama radium yang memasuki perairan laut dan lautan adalah sedimen bawah. Peranan larian sungai dan pembentukan dalam ruang air akibat daripada pereputan isotop uranium dan torium yang terletak di situ adalah tidak ketara. Tempoh pereputan radium-226 ialah 1560 tahun, dan kepekatan bentuk radium terlarut secara beransur-ansur berkurangan dengan kedalaman yang semakin berkurangan. Hasil pereputan radium-226, gas mulia radon-222, sangat larut dalam air, dan kerana ia mempunyai separuh hayat yang agak pendek, profil menegak kepekatannya di lautan sebahagian besarnya mengikuti radium. Hasil pereputan radon-222 - polonium-218, plumbum-214 dan bismut-214 - mempunyai separuh hayat yang pendek. Mereka menyumbang kepada b-, c- dan g-radioaktiviti air laut, kerana ia boleh dikatakan dalam keadaan keseimbangan radioaktif dengan radon-222. Plumbum-210 sudah mempunyai separuh hayat yang agak panjang dan kelakuannya dalam persekitaran marin ditentukan oleh gabungan proses penyerapan dan desorpsi yang serupa dengan yang dipertimbangkan di atas untuk isotop torium.
Radium dalam perairan laut kebanyakannya dalam bentuk kationik, dan perairan laut tidak tepu dengan sebatian yang paling jarang larut. Peranan biota yang tidak penting dalam pengikatan radium disahkan oleh kekurangan korelasi antara kepekatan radium dan kandungan bahan organik dalam bahan terampai, serta oleh bahagian kecil radium yang dikaitkan dengan organisma planktonik. Perairan pantai dan dasar adalah yang paling diperkaya dengan radium-228. Oleh kerana pertukaran intensif dalam lapisan permukaan, ia diangkut ke kawasan tengah lautan melalui laluan advektif dan penyebaran, dan dalam proses pemindahan ini, kepekatannya berkurangan.
Kepekatan maksimum radium-238 diperhatikan di kawasan pycnocline (lapisan lajur air di mana perubahan ketumpatan mendadak berlaku), yang dikaitkan dengan pertukaran perlahan air permukaan dengan yang mendasari. Dalam lapisan semula jadi, radium-228, yang berasal dari sedimen bawah, meresap ke dalam lapisan atas air mengikut keamatan proses pertukaran menegak yang berlaku di sini, dan kepekatannya yang ketara ditemui pada jarak sehingga 1-1.5 km dari bahagian bawah.
Radon. Semua isotop radon gas mulia adalah hasil pereputan isotop radium yang sepadan. Yang paling lama hidup daripada mereka ialah radon-222.
Radon di lautan terbentuk terutamanya hasil daripada pereputan radium dan, disebabkan oleh separuh hayatnya yang pendek, berada dalam keseimbangan dengan radium-226. Sesetengah bahagian radon berasal dari sedimen bawah, dan kepekatannya di lapisan bawah air boleh melebihi nilai keseimbangan beberapa kali. Di permukaan air lautan terbuka, bahagian tertentu radon terlepas dari lautan ke atmosfera, dan defisit radon dalam lapisan campuran boleh mencapai separuh daripada kepekatan keseimbangan dengan radium. Pengaruh fluks radon melalui antara muka hanya mempengaruhi kawasan sempit bersebelahan dengan antara muka. Penyingkirannya dari lautan terutamanya disebabkan oleh pereputan radioaktif.
Plumbum-210. Sumber utamanya di lautan ialah pereputan radium-226 ibu bapa. Ia berasal dari larian sungai dan dari atmosfera. Pengagihan isotop plumbum di lautan sebahagian besarnya berkaitan dengan bahan terampai. Masa tinggal plumbum dalam lajur air lautan adalah 50-100 tahun, supaya dua pertiga daripada plumbum-210 dapat dikeluarkan dari perairan laut akibat pereputan radioaktif, dan selebihnya - akibat pemendapan graviti pada ampaian dan penjerapan oleh sedimen bawah.
Dalam lapisan permukaan air laut, kandungan plumbum-210 biasanya melebihi nilai keseimbangan dengan radium-226, yang merupakan akibat daripada kemasukannya dari atmosfera. Sistem ini terganggu di kawasan yang mempunyai bekalan atmosfera rendah plumbum-210 dan kandungan bahan terampai yang tinggi.
Dengan kedalaman, nisbah aktiviti plumbum-210 kepada aktiviti radium-226 berkurangan dan, bermula dari beberapa ratus meter, menjadi kurang daripada perpaduan. Walau bagaimanapun, di kawasan yang mempunyai aktiviti biologi rendah, keseimbangan antara plumbum-210 dan radium-226 boleh dikekalkan pada kedalaman yang agak dalam. Dalam lapisan dalam, kepekatan plumbum-210 mungkin berbeza daripada keseimbangan dengan radium-226 dengan faktor dua atau lebih. Apabila kita menghampiri bahagian bawah, nisbah aktiviti plumbum-210 dan radium-226 dengan cepat berkurangan kepada nilai minimum. Pengaruh proses ini, disebabkan oleh percampuran menegak, hanya mempengaruhi dalam 1000 m di atas permukaan bawah.
Polonium. Polonium-210 ialah produk pereputan plumbum-210, yang merupakan sumber utama polonium-210 di lautan. Sumbangan air larian sungai dan suasana adalah tidak ketara.
Polonium di lautan banyak dikaitkan dengan bahan terampai. Dalam lapisan campuran atas, nisbah aktiviti polonium-210 dan plumbum-210 hampir selalu kurang daripada perpaduan. Ini disebabkan oleh fakta bahawa masa tinggal polonium-210 di lapisan permukaan adalah kurang daripada plumbum-210, berjumlah 0.6 tahun untuk perairan Atlantik dan lautan Pasifik.
Di bawah lapisan permukaan, nisbah polonium-210 kepada plumbum-210 dengan cepat meningkat kepada nilai keseimbangan dan seterusnya turun naik dengan kedalaman, kekal agak kurang daripada perpaduan secara purata. Terdapat peningkatan dengan kedalaman kepekatan polonium-210 terampai berbanding plumbum-210, yang menunjukkan penyingkiran polonium-210 yang lebih cepat dari perairan dalam.
radionuklid kosmogenik. Radionuklid kosmogenik yang datang dari atmosfera termasuk dalam kitaran unsur-unsur yang sepadan di lautan. Disebabkan kewujudan variasi latitudin dalam pengagihan radionuklid kosmogenik di atmosfera yang lebih rendah, kesan yang sama untuk tritium, berilium-7 dan karbon-14 diperhatikan di perairan permukaan lautan.
Radionuklid yang dilepaskan ke permukaan lautan merebak ke dalam lapisan dasar air. Dalam kes ini, kedalaman penembusannya ditentukan (sebagai tambahan kepada proses pertukaran menegak yang biasa kepada semua isotop radioaktif pelbagai unsur) dengan kadar pereputan radioaktif, di mana masa penubuhan pengedaran menegak pegun juga bergantung.
Tritium dalam bentuk molekul, HTO adalah sebahagian daripada air, dan sebahagian kecil daripadanya adalah sebahagian daripada bahan organik (kandungan bahan organik dalam air permukaan adalah kira-kira 1 mg/l). Sebelum permulaan era nuklear, nisbah kepekatan tritium dan protium di perairan semula jadi ialah 1:10 18 . Kemudian ia mula memasuki perairan semula jadi hasil daripada ujian senjata nuklear dan aktiviti perusahaan kitaran bahan api nuklear.
Dalam lapisan campuran, kepekatan tritium berubah sedikit, maka terdapat lapisan dengan kecerunan yang tajam, dan kemudian, dengan peningkatan kedalaman, penurunan kepekatan secara beransur-ansur diperhatikan. Kesan pemindahan mendatar boleh ditindih pada gambaran umum sedemikian. Di latitud tinggi Atlantik Utara, kepekatan tritium yang tinggi diperhatikan di lapisan dalam, yang dikaitkan dengan penurunan air yang cepat.
Berilium-7 memasuki lautan dari atmosfera, terutamanya dengan pemendakan. Oleh kerana separuh hayatnya yang pendek, ia didapati terutamanya dalam lapisan campuran pycnoline. Pada kepekatan ultrarendah dalam larutan akueus, berilium nampaknya agak mudah diserap pada permukaan zarah terampai. Faktor kepekatan berilium oleh organisma laut mencapai 10 3 .
Karbon-14(dalam bentuk 14 CO 2) memasuki lautan dalam proses pertukaran karbon dioksida dengan atmosfera. Di lautan, ia termasuk dalam sistem karbon, yang terdiri daripada karbon organik terlarut dan terampai, sistem karbonat, dan karbonat terampai. Kebanyakan karbon dalam satu bentuk atau yang lain berada dalam larutan. Jadi, karbon terampai organik dalam lapisan permukaan hanyalah beberapa peratus daripada karbon terlarut, dengan kedalaman bahagian ini berkurangan. Kandungan karbon terlarut tak organik (?CO 2) di lautan adalah kira-kira 90-105 mg/l, dan, oleh itu, untuk karbon (dari segi CO 2) dalam komposisi kalsium dan magnesium karbonat dalam ampaian lautan permukaan, ia adalah beberapa persepuluh peratus atau kurang. Perkadaran ini berkurangan dengan kedalaman disebabkan oleh pembubaran karbonat dalam proses mendap bahan terampai. Perbandingan kandungan karbon tak organik dan karbon organik dalam larutan menunjukkan kandungan bahan organik mengandungi lebih kurang 30 kali ganda karbon. Sebahagian kecil daripada radiokarbon di perairan lautan mungkin berada dalam penggantungan. Disebabkan oleh separuh hayat karbon-14 yang panjang, radiokarbon kosmogenik diagihkan secara seragam di perairan lautan secara mendalam. Sejumlah besar karbon-14 yang datang daripada letupan nuklear telah membawa kepada peningkatan besar dalam kepekatan dalam lapisan permukaan dan kecerunan kepekatan yang besar di lapisan atas 1000 meter Lautan Pasifik.
Silikon-32 di lautan kebanyakannya dalam bentuk terlarut. Penapisan melalui penapis membran dengan diameter liang 0.45 μm menunjukkan bahawa kurang daripada 10% silikon berada dalam ampaian di perairan permukaan lautan Pasifik dan Atlantik. Nilai ini berkurangan dengan kedalaman. Sebahagian besar silikon-32 yang memasuki lautan dari atmosfera mestilah dalam bentuk terlarut.
2.2 RADIOAKTIVITI TIRUAN HIDROSFERA
Sejarah pencemaran radioaktif terhadap alam sekitar bermula dengan pelancaran loji pemprosesan uranium dan reaktor pertama di Hanford di Sungai Columbia (AS). Sehingga 1971, 8 reaktor beroperasi di sana. Sisa cecair aktiviti rendah telah dicairkan dengan air kepada aktiviti tertentu kira-kira 4 Bq/l dan dibuang ke dalam sungai. Sisa aktiviti yang lebih tinggi disimpan dalam bekas khas sehingga pereputan radionuklid jangka pendek.
Pada tahun 1958, 7×10 15 Bq sisa radioaktif telah dibuang ke sungai-sungai di Amerika Syarikat. Hasil daripada pelepasan radionuklid tiruan selama bertahun-tahun ke dalam sungai, kawasan yang luas dengan peningkatan radioaktiviti teknogenik telah terbentuk di mulut mereka.
Pelbagai radionuklid berkelakuan berbeza berhubung dengan bahan terampai dan sedimen dasar sungai. Strontium-90 membentuk kebanyakannya bentuk larut dan mudah diangkut oleh jisim air pada jarak yang jauh. Isotop radioaktif cesium dapat diserap pada juzuk tanah liat dan ampaian sungai, yang sangat merumitkan penghijrahannya dengan perairan sungai yang kaya dengan bahan terampai. Perbezaan asas dalam tingkah laku cesium-137 dan strontium-90 ini jelas ditunjukkan oleh banyak kajian tentang radioaktiviti teknogenik Danube dan Dnieper, yang dijalankan selepas kemalangan Chernobyl.
Perairan Danube membentuk kira-kira 60% daripada aliran sungai ke Laut Hitam, dan lembangannya hampir separuh daripada wilayah Eropah Barat. Oleh itu, Danube kini merupakan sumber radioaktiviti tiruan yang paling penting di Laut Hitam. Ciri ciri Danube ialah kandungan bahan terampai yang tinggi. .
Pada masa ini, Dnieper di bahagian tengah dan bawah adalah sistem takungan. Kadar aliran Dnieper adalah rendah, pergerakan jisim air dari bahagian atas ke mulut mengambil masa kira-kira setahun. Akibatnya, keadaan ideal dicipta untuk mengikat komponen terlarut dengan bahan terampai dan kemasukannya ke dalam sedimen bawah lata Dnieper. Kira-kira 94% daripada bahan terampai mendap di dalam takungan dan hanya 6% mencapai takungan seterusnya. Kadar pemindahan 90 Sr dengan perairan Dnieper adalah jauh lebih tinggi daripada 137 Cs.
Pencemaran radioaktif persekitaran marin mengambil ciri global dengan permulaan ujian senjata nuklear. Lebih daripada 350 amunisi telah diuji di atas tanah dan di lautan, termasuk 2 letupan dalam air, 11 di atas lautan terbuka. 113 - di atas atau di pulau karang, 79 - di pulau Artik.
Hasil letupan nuklear meningkat ke tahap yang tinggi ke dalam stratosfera dan tersebar ke seluruh dunia. Radionuklid tiruan dari takungan stratosfera, di mana ia didapati semasa ujian di atmosfera, di permukaan Bumi atau lautan, terus memasuki permukaan tanah dan lautan dengan kejatuhan atmosfera. Radionuklid yang memasuki permukaan tanah iaitu kawasan tadahan sungai juga boleh memasuki lautan dengan perairan sungai.
Lautan menyumbang kira-kira 70% daripada permukaan Bumi, kejatuhan langsung di permukaan lautan yang dicipta pada akhir 50-an dan awal 60-an. abad yang lalu, tahap ketara radioaktiviti buatan dalam lapisan permukaan air laut.
Proses pemendapan biogeokimia membawa kepada penyingkiran yang agak cepat bagi banyak radionuklid dari lapisan permukaan air laut melalui seluruh lajur air ke bahagian bawah. Taburan hasil pembelahan yang datang dari takungan stratosfera ke permukaan bumi adalah tidak sekata dan kejatuhan maksimum berlaku pada 40-50 darjah lintang utara. Khatulistiwa ternyata menjadi penghalang penting yang menghalang penembusan sebahagian besar radionuklid dari hemisfera utara, di mana kebanyakan ujian dijalankan, ke selatan.
Sungai membawa bentuk radionuklid terlarut dan terampai ke dalam lautan, yang dikumpulkan daripada burung hantu di lembangan ini. Di sempadan, transformasi geokimia berlaku, dikaitkan dengan perubahan mendadak pada halangan ini bagi banyak parameter hidrokimia: pH, suhu, kemasinan, potensi redoks. Akibatnya, sejumlah radionuklid yang terdapat dalam perairan sungai dalam bentuk terlarut pergi ke dasar dalam zon anjakan perairan tawar dan laut.
Tingkah laku radionuklid tiruan yang memasuki lautan dan pengedarannya di lautan ditentukan oleh sifat fizikal dan kimianya, termasuk keupayaannya untuk menghidrolisis, pertalian untuk bahan terampai, dan penyertaan dalam proses biogeokimia. Ciri penting kelakuan banyak radionuklid dalam persekitaran marin dikaitkan dengan interaksinya dengan bahan organik untuk membentuk sebatian kompleks. Permukaan lautan dilitupi dengan lapisan mikro paling nipis yang mengandungi surfaktan, di mana banyak unsur mikro tertumpu.
Gelembung udara yang sentiasa terbentuk di lapisan bawah permukaan pecah, naik ke permukaan, dan proses ini membawa kepada penyingkiran ke permukaan bukan sahaja ion utama komposisi garam air laut, tetapi juga, dengan kecekapan yang lebih besar, ion banyak unsur mikro. daripada lapisan mikro permukaan. Akibatnya, aerosol marin diperkaya dengan unsur mikro berbanding komponen utama garam laut. Radionuklid juga boleh mengambil bahagian dalam proses tersebut.
Kira-kira 80% daripada plutonium yang dibuang dalam bentuk terlarut oleh kemudahan pemprosesan semula bahan api nuklear Eropah telah dikeluarkan melalui pemendapan sebelum jisim air mencapai Laut Barents dan Greenland.
Di perairan permukaan lautan terbuka, fasa terampai mengandungi 12-35% plutonium, dan di perairan bawah permukaan, kira-kira 6% plutonium. Sumber utama plutonium-239,240 di perairan lautan adalah kejatuhan global, dan sumber plutonium-238 adalah perusahaan pemprosesan semula bahan api nuklear Eropah. Peranan penting dalam pencemaran alam sekitar oleh plutonium-238 dimainkan oleh kemalangan kapal angkasa dengan loji kuasa nuklear.
2.3 AKTINID DALAM HIDROSFERA
Dalam sistem akueus, aktinida dicirikan oleh beberapa keadaan pengoksidaan dari +3 hingga +6. +5+6 keadaan pengoksidaan sepadan dengan dioksokasi linear terhingga dan stabil secara termodinamik. Disebabkan halangan sterik, nombor koordinasi aktinida pentavalen dan heksavalen dalam larutan akueus ialah 4 dan 6, masing-masing. Untuk 3+ dan 4+, nombor koordinasi boleh berbeza dari 6 hingga 12.
Torium dalam larutan adalah tetravalen secara eksklusif. Keadaan pengoksidaan uranium yang paling ciri ialah +6. Bagi neptunium dan protaktinium, keadaan pentavalen adalah yang paling tipikal; neptunium boleh dioksidakan atau dikurangkan kepada keadaan enam dan tetravalen, masing-masing. Americium dan kurium hanya mempamerkan satu keadaan pengoksidaan, +3, dalam keadaan ambien. Plutonium mempamerkan kepelbagaian keadaan pengoksidaan yang paling besar: dalam keadaan semula jadi, nampaknya, empat keadaan pengoksidaan dari +3 hingga +6 boleh wujud bersama.
Dalam larutan akueus, aktinida dalam semua keadaan pengoksidaan mempamerkan sifat asid "keras" biasa, yang menentukan sifat elektrostatik interaksinya dengan anion dan pengikatan keutamaan kepada ligan yang mengandungi oksigen. Di perairan semula jadi, tingkah laku aktinida ditentukan oleh tindak balas hidrolisis dan pembentukan kompleks, terutamanya dengan ion karbonat.
Hidrolisis aktinida tetravalen bermula dalam larutan berasid, manakala bagi aktinida pentavalen ia tidak ketara sehingga pH 9. Plutonium yang diserap pada permukaan zarah terampai adalah dalam bentuk terkurang (+4). Dalam sedimen dan tanah dasar pantai, plutonium dikaitkan terutamanya dengan asid humik berat molekul yang agak tinggi dan asid fulvik ringan. .
Masa kediaman plutonium dalam lajur air berbeza-beza - dari berpuluh-puluh hari di perairan pantai yang kaya dengan bahan terampai hingga berpuluh-puluh tahun di lautan terbuka.
Dalam badan air tertutup, serta di kawasan pantai yang kaya dengan bahan terampai, perubahan dalam keadaan pengoksidaan plutonium boleh berlaku. Pengurangan plutonium juga boleh berlaku di bawah tindakan hidrogen sulfida, yang diperhatikan, khususnya, di Laut Hitam, di mana hidrogen sulfida ditemui di mana-mana pada kedalaman lebih daripada 100 meter, dan di fjord Norway. .
Untuk memisahkan plutonium dalam keadaan pengoksidaan yang lebih tinggi dan lebih rendah, perbezaan dalam tahap penyerapan pada lanthanum trifluorida telah digunakan. Untuk mengawal hasil kimia, kami menggunakan dua label isotop yang diperkenalkan dalam bentuk kimia yang berbeza. Plutonium mempamerkan tingkah laku konservatif dalam air laut, ini disebabkan oleh keadaan teroksidanya.
1. Masa tinggal plutonium dalam lajur air berbeza-beza - dari berpuluh-puluh hari di perairan pantai yang kaya dengan bahan terampai hingga berpuluh-puluh tahun di lautan terbuka.
2. Kelakuan radionuklid tiruan yang memasuki lautan dan pengedarannya di lautan ditentukan oleh sifat fizikal dan kimianya, termasuk keupayaan untuk menghidrolisis, pertalian untuk bahan terampai, penyertaan dalam proses biogeokimia.
3. Radionuklid tiruan dari takungan stratosfera, di mana ia mendapat semasa ujian di atmosfera, di permukaan Bumi atau lautan, terus memasuki permukaan tanah dan lautan dengan kejatuhan atmosfera.
4. Pelbagai radionuklid berkelakuan berbeza berhubung dengan bahan terampai dan sedimen dasar sungai.
5.Radioaktiviti- ini ialah pereputan spontan nukleus atom bahan dengan pancaran sinaran nuklear: b-zarah (nukleus helium), b-zarah (elektron) dan g-quanta.
6. Radionuklid tiruan memasuki alam sekitar akibat ujian senjata nuklear, letupan nuklear yang dilakukan untuk tujuan damai, serta aktiviti perusahaan kitaran bahan api nuklear.
7. Pencemaran air menunjukkan dirinya dalam perubahan sifat fizikal dan organoleptiknya (pelanggaran ketelusan, warna, bau, rasa), peningkatan kandungan garam (sulfat, klorida, nitrat, dll.), logam berat toksik, a pengurangan kandungan oksigen terlarut dalam air, peningkatan kandungan radionuklid, bakteria patogen dan bahan pencemar lain.
BIBLIOGRAFI
1. Pertsov L.A. Sinaran pengionan biosfera.- M.: Atomizdat, 1973.228 p.
2. Popov N.I., Fedorov K.N., Orlov V.M. Air laut. - Nauka, 1979.327 hlm.
3. Vinogradov A.P. Pengenalan kepada geokimia lautan. -M.: Nauka, 1967. 215 hlm.
4. Batrakov G.F., Eremeev V.N., Zemlyanoy A. Isotop radioaktif dalam penyelidikan oseanografi - Kyiv: Naukova Dumka, 1979. 180 p.
5. Gromov V.V., Moskvin A.I. Sapozhnikov Yu.A. Radioaktiviti teknogenik Lautan Dunia. - M: Energoatomizdat, 1985. 272 hlm.
6. Gedeonov L.I., Gritchenko Z.G., Ivanova L.M., Orlova T.E., Tishkov V.P., Toporkov V.P., Prokopenko V.F. Radionuklid strontium dan cesium di bahagian hilir Sungai Danube pada tahun 1985-1990. -Tenaga Atom, 1993, v.74, No. 1, hlm.58.
7. Sapozhnikov Yu.A., Aliev R.A., Kalmykov S.N. Radioaktiviti persekitaran. M: BINOM. Makmal Pengetahuan, 2006 -- 286 s:
8. Golitsyn A.N. Ekologi Industri dan Pemantauan Pencemaran Alam Sekitar: Buku Teks. Penerbit: ONIKS, 2010 - 335 p.
9. Eremin V.G., Safonov V.G. Asas ekologi pengurusan alam semula jadi. M. 2002 - 220 p.
10. Snakin, V.V. Ekologi dan pemuliharaan alam semula jadi: Buku rujukan kamus. / Ed. acad. A.L. Yanshin. - M.: Academia, 2000. - 384 p.
11. Zhukov A. I., Mongait I. L., Rodziller I. D. Kaedah pembersihan
air sisa industri M.: Stroyizdat. 1991. - 204 hlm.
12. Povyakalo A. D., Shangarev I. R. Masalah ekologi zaman kita - M.: Kvota, 2001. - 228 p.
13. Buku teks untuk universiti: "ECOLOGY" / N.I.Nikolaikin, N.E.Nikolaikina, O.P.Melekhova. - ed. ke-2, disemak. dan tambahan - M.: Bustard, 2003. - 624 p.
Dihoskan di Allbest.ru
Dokumen Serupa
Konsep sinaran dan radioaktiviti, jenis dan puncanya. Kategori barangan isi rumah yang mengeluarkan sinaran, walaupun dalam had yang boleh diterima. Kesan radioaktiviti terhadap organisma hidup. Kesan radiasi kepada manusia.
abstrak, ditambah 03/13/2017
Ciri-ciri operasi loji tenaga nuklear di Jerman: lokasi, bilangan unit kuasa, jenis reaktor, kuasa elektrik. Prinsip pembinaan sistem untuk memantau keradioaktifan alam sekitar, pencemaran permukaan bumi dan air.
abstrak, ditambah 14/12/2016
Aplikasi kaedah rawatan air asas untuk membuang radioaktiviti. Proses penyerapan daripada larutan akueus. Asal usul penjerap semula jadi. Penjanaan semula resin penukar ion. Keperluan asas untuk penukar anion yang digunakan untuk rawatan air sisa.
kertas penggal, ditambah 17/04/2014
kertas penggal, ditambah 11/03/2011
Pembentukan sisa radioaktif (RW), masalah dengan pengendalian dan pelupusan mereka. Kesan biologi sinaran mengion dan kaedah perlindungan utama terhadapnya. Unit ukuran keradioaktifan dan dos sinaran. Memastikan keselamatan kemudahan penyimpanan sisa radioaktif.
abstrak, ditambah 05/17/2010
Kaedah dan cara pendaftaran sinaran radioaktif (fotografik, pengionan, luminescent). Medan radiometrik kawasan galas minyak dan gas. Ciri-ciri sinaran radioaktif, peranti untuk pengukurannya. Kaedah dosimetri biologi.
pembentangan, ditambah 02/10/2014
Sumber pencemaran radioaktif objek alam sekitar oleh unsur radioaktif semula jadi. Contoh kawasan yang mempunyai kandungan unsur radioaktif semula jadi yang tinggi di dunia. Anomali radioaktiviti dalam strata sedimen, puncanya.
pembentangan, ditambah 02/10/2014
Konsep umum reaktor nuklear, kuasa nuklear dan ekologi. Unit ukuran yang digunakan dalam ekologi sinaran manusia. Ketoksikan radionuklid dan cara kemasukannya ke dalam tubuh manusia, pengumpulan dalam makanan dan makanan haiwan.
kertas penggal, ditambah 04/18/2011
Sisa radioaktif di SCC. Pelepasan radioaktiviti industri dan tidak sengaja di SKH. Kemalangan. Kemalangan Tomsk, 6 April 1993. Peranan media massa dalam membuat liputan akibat kemalangan tersebut.
abstrak, ditambah 05.10.2006
Sejarah penemuan fenomena pembelahan nuklear uranium-235 di bawah pengaruh neutron haba. Ciri dan sebab pembentukan radionuklid dalam alam semula jadi. Konsep reaktor nuklear semula jadi. Analisis penempatan lubang gerudi di padang Bogombo (Gabon).
Radioaktiviti tiruan ditemui oleh pasangan Irene (1897–1956) dan Frederic (1900–1958) Joliot-Curie. Pada 15 Januari 1934, nota mereka telah dibentangkan oleh J. Perrin pada mesyuarat Akademi Sains Paris. Irene dan Frederick dapat memastikan bahawa selepas dihujani dengan zarah alfa, beberapa unsur cahaya - magnesium, boron, aluminium - mengeluarkan positron. Selanjutnya, mereka cuba mewujudkan mekanisme pelepasan ini, yang berbeza dalam watak daripada semua kes transformasi nuklear yang diketahui pada masa itu. Para saintis meletakkan sumber zarah alfa (persediaan polonium) pada jarak satu milimeter dari aluminium foil. Mereka kemudian mendedahkannya kepada radiasi selama kira-kira sepuluh minit. Kaunter Geiger-Muller menunjukkan bahawa kerajang memancarkan sinaran yang keamatannya menurun secara eksponen dengan masa dengan separuh hayat 3 minit 15 saat. Dalam eksperimen dengan boron dan magnesium, separuh hayat adalah 14 dan 2.5 minit, masing-masing. Tetapi dalam eksperimen dengan hidrogen, litium, karbon, berilium, nitrogen, oksigen, fluorin, natrium, kalsium, nikel dan perak, tiada fenomena sedemikian ditemui. Namun begitu, Joliot-Curies menyimpulkan bahawa sinaran yang disebabkan oleh pengeboman atom aluminium, magnesium dan boron tidak dapat dijelaskan dengan kehadiran sebarang kekotoran dalam penyediaan polonium. "Analisis sinaran boron dan aluminium dalam ruang awan menunjukkan," K. Manolov dan V. Tyutyunnik menulis dalam buku mereka "Biography of the Atom", "bahawa ia adalah aliran positron. Ia menjadi jelas bahawa saintis sedang berhadapan dengan fenomena baru yang berbeza dengan ketara daripada semua kes transformasi nuklear yang diketahui. Tindak balas nuklear yang diketahui setakat ini adalah bersifat letupan, manakala pelepasan elektron positif oleh unsur cahaya tertentu yang disinari dengan sinar alfa polonium berterusan untuk masa yang lebih lama selepas penyingkiran sumber sinar alfa. Dalam kes boron, sebagai contoh, masa ini mencapai setengah jam. The Joliot-Curies membuat kesimpulan bahawa di sini kita bercakap tentang radioaktiviti sebenar, yang ditunjukkan dalam pelepasan positron. Bukti baru diperlukan, dan, di atas semua, ia diperlukan untuk mengasingkan isotop radioaktif yang sepadan. Berdasarkan penyelidikan Rutherford dan Cockcroft, Irene dan Frederic Joliot-Curie berjaya menentukan apa yang berlaku kepada atom aluminium apabila ia dihujani dengan zarah alfa polonium. Pertama, zarah alfa ditangkap oleh nukleus atom aluminium, caj positifnya meningkat sebanyak dua unit, akibatnya ia bertukar menjadi nukleus atom fosforus radioaktif, yang dipanggil radiofosforus oleh saintis. Proses ini disertai dengan pelepasan satu neutron, itulah sebabnya jisim isotop yang terhasil meningkat bukan sebanyak empat, tetapi sebanyak tiga unit dan menjadi sama dengan 30. Isotop stabil fosforus mempunyai jisim 31. "Radiophosphorus" dengan caj 15 dan jisim 30 pereputan dengan separuh hayat 3 minit 15 saat, memancarkan satu positron dan menjadi isotop stabil bagi silikon. Satu-satunya bukti yang tidak dapat dipertikaikan bahawa aluminium bertukar menjadi fosforus dan kemudian menjadi silikon dengan cas 14 dan jisim 30 hanya boleh menjadi pengasingan unsur-unsur ini dan pengenalannya menggunakan tindak balas kimia kualitatif cirinya. Bagi mana-mana ahli kimia yang bekerja dengan sebatian stabil, ini adalah tugas yang mudah, tetapi bagi Irene dan Frederick, keadaannya berbeza sama sekali: atom fosforus yang mereka perolehi bertahan lebih sedikit daripada tiga minit. Ahli kimia mempunyai banyak kaedah untuk mengesan unsur ini, tetapi semuanya memerlukan penentuan yang panjang. Oleh itu, pendapat ahli kimia adalah sebulat suara: mustahil untuk mengenal pasti fosforus dalam masa yang singkat. Walau bagaimanapun, Joliot-Curies tidak mengenali perkataan "mustahil". Dan walaupun tugas "tidak dapat diselesaikan" ini memerlukan kerja yang berlebihan, ketegangan, ketangkasan virtuoso dan kesabaran yang tidak berkesudahan, ia telah diselesaikan. Walaupun hasil produk transformasi nuklear yang sangat rendah dan jisim bahan yang benar-benar diabaikan yang mengalami transformasi - hanya beberapa juta atom, adalah mungkin untuk mewujudkan sifat kimia fosforus radioaktif yang terhasil. Penemuan radioaktiviti buatan segera dianggap sebagai salah satu penemuan terbesar abad ini. Sebelum ini, radioaktiviti yang wujud dalam beberapa unsur tidak boleh disebabkan, dimusnahkan, atau entah bagaimana diubah oleh manusia. Joliot-Curies adalah yang pertama menyebabkan radioaktiviti buatan dengan mendapatkan isotop radioaktif baharu. Para saintis meramalkan kepentingan teori yang hebat tentang penemuan ini dan kemungkinan aplikasi praktikalnya dalam bidang biologi dan perubatan. Pada tahun berikutnya, penemu radioaktiviti buatan, Irene dan Frederic Joliot-Curie, telah dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Kimia. Meneruskan kajian ini, saintis Itali Fermi menunjukkan bahawa pengeboman neutron mendorong radioaktiviti buatan dalam logam berat. Enrico Fermi (1901–1954) dilahirkan di Rom. Walaupun semasa kecil, Enrico menunjukkan kebolehan yang tinggi untuk matematik dan fizik. Pengetahuan cemerlangnya dalam sains ini, yang diperoleh terutamanya hasil daripada pendidikan kendiri, membolehkannya menerima biasiswa pada tahun 1918 dan memasuki Sekolah Normal Tinggi di Universiti Pisa. Kemudian Enrico menerima jawatan sementara sebagai guru matematik untuk ahli kimia di Universiti Rom. Pada tahun 1923 dia pergi dalam perjalanan perniagaan ke Jerman, ke Göttingen, ke Max Born. Setelah kembali ke Itali, Fermi bekerja dari Januari 1925 hingga musim luruh 1926 di Universiti Florence. Di sini dia menerima ijazah pertamanya sebagai "profesor bersekutu bebas" dan, yang paling penting, mencipta karya terkenalnya mengenai statistik kuantum. Pada Disember 1926, beliau menjawat jawatan profesor di kerusi fizik teori yang baru ditubuhkan di Universiti Rom. Di sini dia menganjurkan satu pasukan ahli fizik muda: Rasetti, Amaldi, Segre, Pontecorvo dan lain-lain, yang membentuk sekolah fizik moden Itali. Apabila pengerusi pertama fizik teori ditubuhkan di Universiti Rom pada tahun 1927, Fermi, yang berjaya mendapat prestij antarabangsa, telah dipilih sebagai ketuanya. Di sini, di ibu kota Itali, Fermi berkumpul di sekelilingnya beberapa saintis terkemuka dan mengasaskan sekolah fizik moden yang pertama di negara itu. Dalam kalangan saintifik antarabangsa, ia mula dipanggil kumpulan Fermi. Dua tahun kemudian, Fermi telah dilantik oleh Benito Mussolini ke jawatan kehormat ahli Akademi Diraja Itali yang baru ditubuhkan. Pada tahun 1938, Fermi telah dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik. Keputusan Jawatankuasa Nobel menyatakan bahawa hadiah itu dianugerahkan kepada Fermi "atas buktinya tentang kewujudan unsur radioaktif baru yang diperoleh melalui penyinaran dengan neutron, dan penemuan tindak balas nuklear yang disebabkan oleh neutron perlahan berkaitan dengan ini." Enrico Fermi mengetahui tentang radioaktiviti buatan serta-merta, pada musim bunga tahun 1934, sebaik sahaja Joliot-Curies menerbitkan keputusan mereka. Fermi memutuskan untuk mengulangi eksperimen Joliot-Curie, tetapi pergi dengan cara yang sama sekali berbeza, menggunakan neutron sebagai zarah pengeboman. Kemudian, Fermi menjelaskan sebab-sebab ketidakpercayaan neutron di pihak ahli fizik lain dan tekaan bertuahnya sendiri: "Penggunaan neutron sebagai zarah pengeboman mengalami kelemahan: bilangan neutron yang boleh dilupuskan secara praktikal adalah kurang daripada bilangan zarah alfa yang diperoleh daripada sumber radioaktif, atau bilangan proton dan deuteron yang dipercepatkan dalam peranti voltan tinggi. Tetapi kelemahan ini sebahagiannya dikompensasikan oleh kecekapan neutron yang lebih besar dalam menjalankan transformasi nuklear tiruan.Neutron juga mempunyai kelebihan lain. Mereka berkemampuan tinggi menyebabkan transformasi nuklear. Bilangan unsur yang boleh diaktifkan oleh neutron jauh melebihi bilangan unsur yang boleh diaktifkan oleh jenis zarah lain. Pada musim bunga tahun 1934, Fermi mula menyinari unsur-unsur dengan neutron. "Senapang neutron" Fermi ialah tiub kecil sepanjang beberapa sentimeter. Mereka diisi dengan "campuran" serbuk berilium yang tersebar halus dan pancaran radium. Begini cara Fermi menerangkan salah satu sumber neutron ini: “Ia adalah tiub kaca bersaiz 1.5 cm sahaja ... di dalamnya terdapat butiran berilium; sebelum mematerikan tiub, perlu memasukkan sejumlah pancaran radium ke dalamnya. Zarah alfa yang dipancarkan oleh radon berlanggar dalam jumlah besar dengan atom berilium dan memberikan neutron ... Eksperimen dijalankan seperti berikut. Di sekitar sumber neutron, plat aluminium, atau besi, atau, secara umum, unsur yang ingin dikaji, diletakkan dan dibiarkan selama beberapa minit, jam atau hari (bergantung pada kes tertentu ). Neutron yang dipancarkan dari sumber berlanggar dengan nukleus jirim. Dalam kes ini, banyak tindak balas nuklear dari pelbagai jenis berlaku ... "Bagaimana semua ini kelihatan dalam amalan? Sampel yang dikaji berada di bawah pendedahan sengit kepada penyinaran neutron untuk masa tertentu, kemudian salah seorang pekerja Fermi benar-benar menjalankan sampel ke kaunter Geiger-Muller yang terletak di makmal lain dan merekodkan nadi kaunter. Lagipun, banyak radioisotop buatan baru berumur pendek. Dalam komunikasi pertama, bertarikh 25 Mac 1934, Fermi melaporkan bahawa dengan mengebom aluminium dan fluorin, dia memperoleh isotop natrium dan nitrogen yang memancarkan elektron (dan bukan positron, seperti dalam Joliot-Curie). Kaedah pengeboman neutron terbukti sangat berkesan, dan Fermi menulis bahawa kecekapan pembelahan yang tinggi ini "mengimbangi sepenuhnya kelemahan sumber neutron sedia ada berbanding dengan sumber zarah alfa dan proton." Malah, banyak yang diketahui. Neutron terkena nukleus atom bercengkerang, mengubahnya menjadi isotop yang tidak stabil, yang secara spontan reput dan terpancar. Yang tidak diketahui tersembunyi dalam sinaran ini: beberapa isotop yang diperoleh secara buatan mengeluarkan sinar beta, yang lain - sinar gamma, dan yang lain - zarah alfa. Setiap hari bilangan isotop radioaktif yang dihasilkan secara buatan meningkat. Setiap tindak balas nuklear baru perlu difahami untuk memahami transformasi kompleks atom. Bagi setiap tindak balas, adalah perlu untuk menentukan sifat sinaran, kerana hanya mengetahuinya, seseorang boleh membayangkan skema pereputan radioaktif dan meramalkan unsur itu. itu akan menjadi keputusan akhir. Kemudian tiba giliran ahli kimia. Mereka terpaksa mengenal pasti atom yang terhasil. Ini juga mengambil masa. Fermi membedil fluorin, aluminium, silikon, fosforus, klorin, besi, kobalt, perak dan iodin dengan "senjata neutron" miliknya. Semua unsur ini telah diaktifkan, dan dalam banyak kes Fermi boleh menunjukkan sifat kimia unsur radioaktif yang terhasil. Beliau berjaya mengaktifkan 47 daripada 68 elemen yang dipelajari dengan kaedah ini. Didorong oleh kejayaan itu, beliau, dengan kerjasama F. Razetti dan O. DAgostino, melakukan pengeboman neutron unsur berat: torium dan uranium. "Eksperimen telah menunjukkan bahawa kedua-dua unsur, yang sebelum ini disucikan daripada kekotoran aktif biasa, boleh diaktifkan dengan kuat apabila dihujani dengan neutron." Pada 22 Oktober 1934, Fermi membuat penemuan asas. Dengan meletakkan baji parafin di antara sumber neutron dan silinder perak yang diaktifkan, Fermi menyedari bahawa baji tidak mengurangkan aktiviti neutron, tetapi sedikit meningkatkannya. Fermi membuat kesimpulan bahawa kesan ini nampaknya disebabkan oleh kehadiran hidrogen dalam parafin, dan memutuskan untuk menguji bagaimana sejumlah besar unsur yang mengandungi hidrogen akan menjejaskan aktiviti membelah. Setelah menjalankan eksperimen dahulu dengan parafin, kemudian dengan air, Fermi menyatakan peningkatan aktiviti ratusan kali ganda. Eksperimen Fermi mendedahkan kecekapan besar neutron perlahan. Tetapi, sebagai tambahan kepada keputusan eksperimen yang luar biasa, pada tahun yang sama Fermi mencapai pencapaian teori yang luar biasa. Sudah dalam edisi Disember 1933, pemikiran awalnya tentang pereputan beta telah diterbitkan dalam jurnal saintifik Itali. Pada awal tahun 1934, makalah klasiknya "Mengenai Teori Sinar Beta" telah diterbitkan. Ringkasan pengarang artikel itu berbunyi: “Teori kuantitatif pereputan beta berdasarkan kewujudan neutrino dicadangkan: dalam kes ini, pelepasan elektron dan neutrino dianggap dengan analogi dengan pelepasan kuantum cahaya oleh atom tereksitasi dalam teori sinaran. Formula diperoleh daripada jangka hayat nukleus dan untuk bentuk spektrum berterusan sinar beta; formula yang terhasil dibandingkan dengan eksperimen. Fermi dalam teori ini memberi hayat kepada hipotesis neutrino dan model proton-neutron nukleus, juga menerima hipotesis putaran isotonik yang dicadangkan oleh Heisenberg untuk model ini. Berdasarkan idea yang dinyatakan oleh Fermi, Hideki Yukawa meramalkan pada tahun 1935 kewujudan zarah asas baru, kini dikenali sebagai pi-meson, atau pion. Mengulas mengenai teori Fermi, F. Razetti menulis: “Teori yang dibina atas dasar ini ternyata mampu bertahan hampir tidak berubah selama dua setengah dekad perkembangan revolusi fizik nuklear. Perlu diingatkan bahawa teori fizikal jarang dilahirkan dalam bentuk akhir sedemikian.
Radioaktiviti ialah. keupayaan nukleus atom beberapa unsur kimia untuk secara spontan berubah menjadi nukleus unsur kimia lain dengan pembebasan tenaga dalam bentuk sinaran. Bahan yang wujud di alam semula jadi dipanggil radioaktif semulajadi, manakala bahan yang telah memperoleh sifat ini secara buatan dipanggil radioaktif buatan. Fenomena radioaktiviti ditemui pada tahun 1896 oleh ahli fizik Perancis A. Becquerel semasa mengkaji fosforesensi garam uranium. Semasa pereputan spontan garam uranium, yang tidak bergantung kepada punca luaran, sinar yang serupa dengan sinar-X telah dipancarkan: ia menembusi melalui bahan legap, kertas fotografi yang diterangi, gas terion, dan tisu hidup yang terjejas. Pada tahun 1898 Maria Skłodowska-Curie menemui radioaktiviti torium. Beliau juga menunjukkan bahawa bijih uranium lebih radioaktif daripada uranium tulen. Marie dan Pierre Curie mencadangkan bahawa garam uranium mengandungi kekotoran bahan radioaktif lain, ia ternyata polonium dan radium.
Pelepasan daripada unsur radioaktif semula jadi, seperti yang ditunjukkan oleh ahli fizik Inggeris E. Rutherford (1911), mempunyai sifat fizikal yang berbeza. Sebahagian daripada sinar dalam medan elektrik terpesong ke arah konduktor bercas negatif, yang menunjukkan cas positifnya; ia dipanggil sinar-ά. Bahagian lain rasuk itu terpesong ke arah konduktor bercas positif. Sinar bercas negatif ini dipanggil sinar-β. Sinar neutral elektrik yang tidak menyimpang dalam medan elektrik dipanggil sinar-γ.
Kajian tentang intipati pereputan radioaktif semulajadi membawa E. Rutherford kepada kesimpulan tentang kemungkinan pembelahan buatan nukleus. Pada tahun 1919, apabila dia mengebom nukleus atom nitrogen dengan zarah ά, dia mengetuk keluar zarah bercas positif, proton, daripadanya. Pada masa yang sama, unsur kimia baru, oksigen, telah terbentuk.
Pada tahun 1932, data muncul mengenai kewujudan dalam nukleus atom, bersama-sama dengan proton, neutron yang serupa dengan saiznya. Ahli fizik Soviet D. D. Ieanenko, E. G. Gapon dan ahli fizik Jerman Goldhaber membangunkan teori tentang struktur proton-neutropik nukleus atom. Ahli fizik Inggeris Chadwick menemui neutron pada tahun 1933. Irene dan Frederic Joliot-Curie, apabila dihujani dengan ά-zarah aluminium, boron, magnesium, bersama-sama dengan neutron, menerima positron. Selain itu, positron telah dipancarkan walaupun selepas penyinaran aluminium dihentikan, iaitu, untuk pertama kalinya, unsur radioaktif diperoleh secara buatan.
2713А1 +42 ά→10n + 3015P→ e+ + 3014Si
Penjana neutron pertama, yang terbentuk dalam pemecut zarah bercas berat (cyclotron), telah direka pada tahun 1936 oleh Laurence.
Pada tahun 1940, ahli fizik Soviet G. N. Flerov dan K. A. Petrzhak menemui fenomena pembelahan spontan nukleus uranium menjadi serpihan besar dengan pembebasan 2-3 neutron bebas, yang seterusnya menyebabkan pembelahan nukleus lain dengan pembebasan neutron baru, dll. Kemungkinan tindak balas berantai ditunjukkan, yang boleh digunakan untuk menyinari unsur kimia yang stabil dengan neutron dan menukarkannya kepada unsur radioaktif. Berbeza dengan zarah-a, neutron, yang neutral secara elektrik, mudah menembusi ke dalam nukleus atom, memindahkannya ke keadaan teruja.
Pada tahun 1942, di Amerika Syarikat, ahli fizik Itali E. Fermi buat kali pertama menerima tindak balas berantai dalam amalan, mencipta reaktor atom yang berfungsi. Perkembangan sampel pertama senjata atom bermula sejak zaman Perang Dunia Kedua. Ia digunakan oleh Amerika Syarikat pada tahun 1945 semasa pengeboman bandar Jepun Hiroshima dan Nagasaki. Pada tahun 1954, operasi perindustrian loji tenaga nuklear pertama di dunia bermula di USSR.
Terima kasih kepada penciptaan reaktor atom dan pemecut zarah berkuasa, isotop radioaktif semua unsur kimia kini telah diperoleh yang boleh digunakan untuk keperluan ekonomi negara, termasuk perubatan.
Isotop radioaktif buatan diperolehi dengan membombardir nukleus atom unsur kimia yang stabil dengan neutron, proton, deuteron, dan juga daripada hasil pembelahan uranium atau plutonium dalam reaktor nuklear.
Contohnya ialah tindak balas untuk mendapatkan radiofosforus:
3115P + 10n → 3215Р atau 3115P + 11H → 3215P + e+ + n.
Semua unsur radioaktif yang diketahui dibahagikan kepada dua kumpulan: semula jadi dan buatan (teknogenik).
pendedahan dalaman.
Sinaran bumi.
Secara semula jadi, terdapat tiga siri (keluarga) bahan radioaktif: siri uranium-radium, siri torium dan siri aktinium. Dalam setiap baris, dari masa ke masa, atom mengalami pereputan radioaktif berturut-turut, memancarkan α- atau β-zarah pada setiap peringkat (dengan atau tanpa mengiringi sinaran γ) dan bertukar menjadi atom unsur kimia lain.
Kewujudan dalam sifat ketiga-tiga siri ini ditentukan oleh kehadiran dalam setiap kes nuklida induk, yang separuh hayatnya adalah setanding dengan umur Bumi. Dalam siri uranium-radium, isotop uranium -238 (238 U) dengan separuh hayat 4.5 · 10 9 tahun ialah moyang. Actinouranium (235 U) ialah progenitor siri uranium dengan separuh hayat 7.1 · 10 8 tahun. Isotop torium-232 (232 Th) dengan separuh hayat 1.4 · 10 10 tahun ialah unsur permulaan dalam siri torium. Hasil akhir yang stabil bagi setiap siri transformasi ialah isotop plumbum - 206 Pb, 207 Pb, 208 Pb, masing-masing.
Pada masa ini, 23 unsur radioaktif yang berumur panjang dengan separuh hayat 10 7 tahun dan lebih telah dipelihara di Bumi. Ciri-ciri fizikal sebahagian daripadanya dibentangkan dalam Jadual 11.1.
Jadual 11.1.
Ciri fizikal beberapa unsur radioaktif yang berumur panjang.
| Isotop radioaktif pada asalnya terdapat di Bumi. | |||
| Radionuklid | Kandungan berat dalam kerak bumi | Separuh hayat, tahun: | Jenis pereputan: |
| Uranium -238 | 3 10 -6 | 4.5 10 9 | -reput |
| Torium-232 | 8 10 -6 | 1.4 10 10 | - reput, - reput |
| Kalium-40 | 3 10 -16 | 1.3 10 9 | ( - reput, - reput |
| Vanadium -50 | 4.5 10 -7 | 5 10 14 | -reput |
| Rubidium -87 | 8.4 10 -5 | 4.7 10 10 | -reput |
| Indium-115 | 1 10 -7 | 6 10 14 | -reput |
| Lantan-138 | 1.6 10 -8 | 1.1 10 11 | - reput, - reput |
| Samaria -147 | 1.2 10 -6 | 1.2 10 11 | -reput |
| Lutetium-176 | 3 10 -8 | 2.1 10 10 | - reput, - reput |
Dalam tiga keluarga radioaktif: uranium (238 U), torium (232 Th) dan aktinium (235 As), 40 isotop radioaktif sentiasa terbentuk dalam proses pereputan radioaktif. Purata dos setara berkesan sinaran luaran yang diterima oleh seseorang setiap tahun daripada sumber daratan ialah kira-kira 0.35 mSv, i.e. lebih sedikit daripada purata dos individu disebabkan oleh pendedahan latar belakang kosmik di paras laut.
Walau bagaimanapun, tahap sinaran daratan tidak sama di kawasan yang berbeza. Jadi, sebagai contoh, 200 kilometer di utara Sao Paulo (Brazil) terdapat sebuah bukit kecil, di mana tahap sinaran adalah 800 kali lebih tinggi daripada purata dan mencapai 260 mSv setahun. Di barat daya India, 70,000 orang tinggal di jalur pantai sempit yang dipenuhi dengan pasir yang kaya dengan torium. Kumpulan orang ini menerima purata 3.8 mSv setiap orang setahun. Kajian telah menunjukkan bahawa di Perancis, Jerman, Itali, Jepun dan Amerika Syarikat, kira-kira 95% penduduk tinggal di tempat dengan dos pendedahan 0.3 hingga 0.6 mSv setahun. Kira-kira 3% menerima purata 1 mSv setahun dan kira-kira 1.5% lebih daripada 1.4 mSv setahun.
Struktur dan nilai purata setahun dos berkesan pendedahan penduduk Ukraine daripada sumber semula jadi sinaran mengion ditunjukkan dalam Rajah 11.1.
Purata dos pendedahan tahunan ialah 4.88 mSv, dan mengambil kira data terkini tentang kandungan radon - 220 (220 Rn) dalam udara kediaman, nilai purata dos pendedahan tahunan ialah 5.3 mSv setahun.
Di negara yang berbeza di dunia, purata dos berbeza daripada 2.0 mSv/tahun (England) hingga ~ 7.8 mSv/tahun (Finland). Tetapi secara umum, sumbangan terbesar kepada dos adalah disebabkan oleh kehadiran radon, gas radioaktif, produk pereputan radium semula jadi.
Sinaran kosmik.
Sinaran kosmik terdiri daripada zarah yang ditangkap oleh medan magnet Bumi, sinaran kosmik galaksi, dan sinaran korpuskular daripada Matahari. Ia terdiri terutamanya daripada elektron, proton dan zarah alfa. Ini adalah sinaran kosmik utama. Apabila berinteraksi dengan atmosfera Bumi, sinaran sekunder terbentuk.
Dos pendedahan daripada sinaran kosmik primer di aras laut ialah 2.4 nSv/j, dengan majoriti penduduk menerima dos kira-kira 0.35 mSv setahun.
Keamatan sinaran kosmik bergantung kepada aktiviti suria, lokasi geografi objek dan meningkat dengan ketinggian di atas paras laut. Ia paling sengit di Kutub Utara dan Selatan, kurang sengit di kawasan khatulistiwa. Sebabnya ialah medan magnet Bumi, yang memesongkan zarah bercas sinaran kosmik.
Jumlah dos sinaran yang diterima oleh seseorang bergantung pada lokasi geografi, gaya hidup dan sifat kerja. Sebagai contoh, pada ketinggian 8 km, kadar dos berkesan ialah 2 µSv/j, yang membawa kepada pendedahan tambahan semasa perjalanan udara.
Semasa penyinaran sekunder, akibat tindak balas nuklear, nukleus radioaktif terbentuk - radionuklid kosmogenik.
Contohnya, n + 14 N 3 H + 12 C , p + 14 N n + 14 C
Sumbangan terbesar kepada penciptaan dos dibuat oleh 3 H, 7 Be, 14 C dan 22 Na, yang memasuki tubuh manusia dengan makanan (Jadual 11.2.)
Jadual 11.2.
Purata pengambilan tahunan radionuklid kosmogenik ke dalam tubuh manusia.
Seorang dewasa menggunakan 95 kg karbon setahun dengan makanan, dengan purata aktiviti per unit jisim karbon sebanyak 230 Bq/kg. Jumlah sumbangan radionuklid kosmogenik kepada dos individu adalah kira-kira 15 μSv/tahun.
Radon.
Yang paling penting dari semua sumber semula jadi sinaran (Rajah 11.2.) Adalah gas berat yang tidak kelihatan, tidak berasa dan tidak berbau (7.5 kali lebih berat daripada udara) - radon - 222 (222 Rn). Seseorang terdedah kepada radon dan produk pereputannya terutamanya disebabkan oleh pendedahan dalaman apabila radionuklid memasuki badan melalui sistem pernafasan dan, pada tahap yang lebih rendah, dengan makanan. Memasuki badan semasa penyedutan, ia menyebabkan penyinaran tisu mukus paru-paru. Pendedahan jangka panjang kepada radon dan produknya dalam tubuh manusia meningkatkan risiko kanser paru-paru.
Seseorang menerima 3.8 mSv setahun disebabkan pendedahan dalaman kepada radon, iaitu 77.9% daripada purata dos pendedahan tahunan daripada sumber sinaran semula jadi.
Sumber utama gas lengai radioaktif ini ialah kerak bumi. Menembusi melalui rekahan dan celah asas, lantai dan dinding, radon berlegar di dalam premis. Satu lagi sumber radon di dalam rumah ialah bahan binaan itu sendiri (konkrit, bata, batu apung, granit, dll.) yang mengandungi radionuklid semula jadi, yang merupakan sumber radon. Radon juga boleh memasuki rumah dengan air (terutamanya jika ia dibekalkan dari telaga artesis), dengan membakar gas asli dan sumber lain.
Carta berikut akan membantu anda membandingkan kuasa sinaran pelbagai sumber radon.
nasi. 11.2. Gambar rajah kuasa sinaran pelbagai sumber radon.
Pendedahan dalaman daripada radionuklid asal daratan.
Dalam tubuh manusia, radionuklid yang berasal dari daratan sentiasa ada, masuk melalui organ pernafasan dan pencernaan. Sumbangan terbesar kepada pembentukan dos pendedahan dalaman dibuat oleh 40 K, 87 Rb, dan nuklida siri pereputan 238 U dan 232 Th (Jadual 11.3.).
Jadual 11.3.
Purata dos dalaman setara berkesan tahunan
Bagi Ukraine, purata dos tahunan pendedahan dalaman ialah 200 μSv, iaitu 4.1% daripada jumlah dos daripada sumber semula jadi.
radioaktiviti buatan.
Hasil daripada aktiviti manusia, radionuklid tiruan dan sumber sinaran telah muncul di persekitaran luaran.
Radionuklid semula jadi mula memasuki persekitaran semula jadi dalam kuantiti yang banyak, mineral dan sumber semula jadi organik yang diekstrak dari perut Bumi:
Loji kuasa geoterma menjana secara purata kira-kira 4 · 10 14 Bq daripada isotop 222 Rn setiap 1 GW tenaga elektrik yang dijana;
Baja fosfat yang mengandungi 226 Ra dan 238 U (sehingga 70 Bq/kg dalam Kola apatit dan 400 Bq/kg dalam fosforit);
Gas dan arang batu yang dibakar dalam bangunan kediaman dan loji kuasa mengandungi radionuklid semula jadi 40 K, 232 U dan 238 U dalam keseimbangan dengan produk pereputannya.
Sejak beberapa dekad yang lalu, manusia telah mencipta beberapa ribu radionuklid dan mula menggunakannya dalam penyelidikan saintifik, kejuruteraan, tujuan perubatan dan tujuan lain. Ini membawa kepada peningkatan dalam dos sinaran yang diterima oleh kedua-dua individu dan populasi umum. Kadangkala pendedahan daripada sumber yang dicipta oleh manusia adalah beribu-ribu kali lebih sengit daripada sumber semula jadi.
Pada masa ini, sumbangan utama kepada dos daripada sumber buatan manusia ialah pendedahan radiasi luaran semasa diagnosis dan rawatan.
Purata dos setara berkesan yang diterima daripada semua sumber sinaran dalam perubatan di negara perindustrian ialah 1 mSv setahun bagi setiap penduduk, i.e. kira-kira separuh dos purata daripada sumber semula jadi.
Peranan pelbagai sumber sinaran buatan dalam mencipta sinaran latar belakang digambarkan dalam Jadual 11.4.
Jadual 11.4.
Purata dos tahunan yang diterima daripada sinaran latar belakang semula jadi dan pelbagai sumber sinaran tiruan.
Ujian senjata nuklear.
Akibat radiologi ujian senjata nuklear ditentukan oleh bilangan ujian, jumlah pelepasan tenaga dan aktiviti serpihan pembelahan, jenis letupan (udara, tanah, bawah air, permukaan, bawah tanah) dan faktor persekitaran geofizik semasa tempoh ujian (kawasan, keadaan cuaca, penghijrahan radionuklid, dsb.). Ujian senjata nuklear, yang sangat sengit dalam tempoh 1954-1958 dan 1961-1962. menjadi salah satu sebab utama peningkatan latar belakang sinaran Bumi dan, sebagai akibatnya, peningkatan global dalam dos pendedahan luaran dan dalaman penduduk.
Secara keseluruhan, sekurang-kurangnya 2060 ujian cas atom dan termonuklear di atmosfera, di bawah air dan di dalam perut Bumi telah dijalankan di Amerika Syarikat, USSR, Perancis, Great Britain dan China, di mana 501 ujian telah dijalankan secara langsung di suasana.
Menurut organisasi antarabangsa, pada separuh kedua abad ke-20, 1.81 · 10 21 Bq produk pembelahan nuklear (NFP) memasuki persekitaran luaran akibat ujian nuklear, di mana ujian atmosfera menyumbang 99.84%. Pengagihan radionuklid telah mengambil pada skala planet (Rajah 11.3.-11.4.).
Hasil pembelahan nuklear ialah campuran kompleks lebih daripada 200 isotop radioaktif daripada 36 unsur (daripada zink kepada gadolinium). Kebanyakan aktiviti itu terdiri daripada radionuklid jangka pendek. Oleh itu, selepas 7, 49, dan 343 hari selepas letupan, aktiviti PND berkurangan sebanyak 10, 100, dan 1000 kali, masing-masing, berbanding dengan aktiviti sejam selepas letupan. Hasil radionuklid yang paling ketara secara biologi diberikan dalam Jadual 11.5.
Kepentingan ekologi bagi isotop radioaktif yang berbeza adalah berbeza sama sekali. Bahan radioaktif dengan separuh hayat pendek kurang daripada (2 hari) tidak menimbulkan bahaya besar, kerana ia mengekalkan tahap radiasi yang tinggi dalam biotop yang dijangkiti untuk masa yang singkat. Bahan dengan separuh hayat yang sangat panjang, seperti 238 U, juga hampir tidak berbahaya, kerana ia mengeluarkan radiasi yang sangat sedikit bagi setiap unit masa.
Radionuklid yang paling berbahaya adalah yang separuh hayatnya berbeza dari beberapa minggu hingga beberapa tahun (Jadual 11.5.). Masa ini adalah mencukupi untuk unsur-unsur yang disebutkan dapat menembusi ke dalam pelbagai organisma dan terkumpul dalam rantai makanan.
Ia juga harus diperhatikan radiotoksisiti yang tinggi bagi unsur-unsur yang merupakan analog unsur biogenik.
 nasi. 11.3. Kandungan strontium-90 dan cesium-137 dalam produk makanan dan jumlah kuasa tahunan letupan nuklear di atmosfera.  |
|||||||
| Rajah 11.4. Kandungan cesium-137 dalam pelbagai produk makanan: A - bijirin, B - daging, C - susu, D - buah-buahan, D - sayur-sayuran. | |||||||
| Jadual 11.5. Pengeluaran beberapa produk pembelahan dalam letupan nuklear. | |||||||
| unsur | caj | Separuh hayat | Output setiap bahagian,% | Aktiviti setiap 1 Mt, (10 15 Bq) | |||
| Strontium-89 | 50.5 hari | 2.56 | |||||
| Strontium-90 | 28.6 tahun | 3.5 | 3.9 | ||||
| Zirkonium-95 | 64 hari | 5.07 | |||||
| Rutenium-103 | 39.5 hari | 5.2 | |||||
| Rutenium-106 | 368 hari | 2.44 | |||||
| Iodin-131 | 8 hari | 2.90 | |||||
| Cesium-136 | 13.2 hari | 0.036 | |||||
| Cesium-137 | 30.2 tahun | 5.57 | 5.9 | ||||
| Barium-140 | 12.8 hari | 5.18 | |||||
| Cerium-141 | 32.5 hari | 4.58 | |||||
| Cerium-144 | 284 hari | 4.69 | |||||
| Hidrogen-3 | 12.3 tahun | 0.01 | 2.6 10 -2 | ||||
Kuasa nuklear.
Loji janakuasa nuklear adalah sumber sinaran di mana pertikaian paling sengit sedang dilancarkan. Kelebihan tenaga nuklear ialah ia memerlukan jumlah bahan mentah dan kawasan tanah yang jauh lebih kecil daripada loji janakuasa haba (Jadual 11.6.), tidak mencemarkan atmosfera dengan asap dan jelaga.
Bahayanya terletak pada kemungkinan kemalangan reaktor bencana, serta dalam masalah pembuangan sisa radioaktif yang benar-benar tidak dapat diselesaikan dan kebocoran ke dalam persekitaran sejumlah kecil radioaktiviti.
Jadual 11.6.
Penggunaan sumber asli untuk pengeluaran 1 GW setahun tenaga elektrik dalam kitaran arang batu dan bahan api nuklear
Untuk penyejukan langsung.
Menjelang akhir tahun 1984, 345 reaktor nuklear beroperasi di 26 negara, menjana tenaga elektrik. Kapasiti mereka ialah 220 GW atau 13% daripada jumlah kapasiti semua sumber elektrik. Menjelang tahun 1994, terdapat 432 reaktor nuklear yang beroperasi di dunia, jumlah kapasitinya ialah 340 GW.
Unjuran prospek pembangunan tenaga nuklear di dunia ditunjukkan dalam Jadual 11.7.
Jadual 11.7.
Prospek pembangunan tenaga nuklear di dunia.
Di bawah keadaan operasi biasa loji kuasa nuklear, pelepasan radionuklid ke alam sekitar adalah tidak ketara dan terdiri terutamanya daripada radionuklid iodin dan gas radioaktif lengai (Xe, Cr), yang separuh hayatnya secara amnya tidak melebihi beberapa hari. 90% daripada jumlah dos pendedahan, mungkin hasil daripada pelepasan di loji kuasa nuklear dan disebabkan isotop jangka pendek, populasi menerima dalam tempoh setahun selepas pelepasan, 98% - dalam tempoh 5 tahun. Hampir keseluruhan dos jatuh pada orang yang tinggal berhampiran loji tenaga nuklear. Dos pendedahan biasanya jauh di bawah had yang ditetapkan untuk individu dalam populasi (0.5 rem/tahun).
Produk pelepasan tahan lama (137 Cs, 90 Ce, 85 Kg, dll.) diedarkan di seluruh dunia. Anggaran setara dos kolektif komited daripada pendedahan kepada isotop tersebut ialah 670 man-Sv untuk setiap Gigawatt elektrik yang dijana.
Anggaran di atas adalah berdasarkan andaian bahawa reaktor nuklear beroperasi secara normal. Sumbangan pelbagai sumber pendedahan dalam kes ini ditunjukkan dalam Rajah 11.5. 
Rajah 11.5. Sumbangan daripada pelbagai sumber sinaran
Jumlah bahan radioaktif yang dilepaskan ke alam sekitar semasa kemalangan adalah lebih tinggi. Adalah diketahui bahawa untuk tempoh dari 1971 hingga 1984. di 14 negara di dunia terdapat 151 kemalangan di loji tenaga nuklear.
Pada 26 April 1986, satu kemalangan berlaku di loji kuasa nuklear Chernobyl dengan kemusnahan teras reaktor, yang membawa kepada pelepasan sebahagian daripada produk radioaktif yang terkumpul di teras ke atmosfera.
Akibat kemalangan itu, dari 5 hingga 30% bahan api nuklear dilepaskan ke alam sekitar. Di samping itu, sebahagian daripada kandungan reaktor cair dan bergerak melalui sesar di bahagian bawah kapal reaktor melebihi hadnya.
Sebagai tambahan kepada bahan api, teras pada masa kemalangan itu mengandungi produk pembelahan dan unsur transuranik - pelbagai isotop radioaktif terkumpul semasa operasi reaktor. Mereka mewakili bahaya sinaran terbesar.
Kebanyakannya kekal di dalam reaktor, tetapi bahan yang paling tidak menentu telah dibuang keluar, termasuk:
Semua gas mulia yang terkandung dalam reaktor;
Kira-kira 55% iodin dalam bentuk campuran wap dan zarah pepejal, serta dalam sebatian organik;
Cesium dan tellurium dalam bentuk aerosol.
Jumlah aktiviti bahan yang dilepaskan ke alam sekitar adalah, mengikut pelbagai anggaran, sehingga 14j 1018 Bq (14 EBq), termasuk:
1.8 EBq iodin-131,
0.085 EBq cesium-137,
0.01 EBq strontium-90 dan
0.003 EBq isotop plutonium;
Gas mulia menyumbang kira-kira separuh daripada jumlah aktiviti (Rajah 11. 6.).
Rajah 11.6 Dos sinaran gamma luaran yang diterima oleh seseorang berhampiran stesen Chernobyl.
Lebih daripada 200,000 km² telah tercemar, kira-kira 70% di wilayah Belarus, Rusia dan Ukraine. Bahan radioaktif tersebar dalam bentuk aerosol, yang secara beransur-ansur menetap di permukaan bumi. Kebanyakan strontium dan plutonium jatuh dalam jarak 100 km dari stesen, kerana ia terkandung terutamanya dalam zarah yang lebih besar. Iodin dan sesium tersebar di kawasan yang lebih luas.
Dari sudut pandangan kesan ke atas penduduk pada minggu pertama selepas kemalangan, bahaya terbesar diwakili oleh iodin radioaktif, yang mempunyai separuh hayat yang agak pendek (lapan hari) dan telurium. Pada masa ini (dan dalam dekad yang akan datang), bahaya terbesar ditimbulkan oleh isotop strontium dan sesium dengan separuh hayat kira-kira 30 tahun. Kepekatan tertinggi cesium-137 ditemui di lapisan permukaan tanah, dari mana ia memasuki tumbuhan dan kulat. Serangga dan haiwan yang memakannya juga tercemar. Isotop radioaktif plutonium dan americium akan kekal di dalam tanah selama beratus-ratus, dan mungkin beribu-ribu tahun.
Hutan telah tercemar teruk. Disebabkan fakta bahawa cesium sentiasa dikitar semula dalam ekosistem hutan dan tidak dikeluarkan daripadanya, tahap pencemaran hasil hutan, seperti cendawan, beri dan haiwan buruan, kekal berbahaya. Tahap pencemaran di sungai dan kebanyakan tasik pada masa ini adalah rendah. Walau bagaimanapun, di beberapa tasik "tertutup", yang tidak ada larian, kepekatan sesium dalam air dan ikan boleh berbahaya selama beberapa dekad.
Pencemaran tidak terhad kepada zon 30 kilometer. Peningkatan kandungan cesium-137 dicatatkan dalam lichen dan daging rusa di kawasan Artik Rusia, Norway, Finland dan Sweden.
"Jangan tangguh sehingga esok apa yang boleh anda tangguhkan sehingga lusa" - Mark Twain
"Rahsia untuk berubah adalah fokus untuk mencipta yang baru, bukan melawan yang lama" - Socrates
Tafsiran Heksagram 15 adalah yang paling tepat