Фізіка
Выдавец: Народная асвета
Памер: 286с.
Мінск 1991
што такое радыеактыуныя ізатопы і як іх выкарыстоўваюць?
§ 92. БІЯЛАГІЧНАЕ ДЗЕЯННЕ РАДЫЕАКТЫУНЫХ ВЫПРАМЕНЬВАННЯЎ
Выпраменьванні радыеактыўных рэчываў аказваюць вельмі моцнае ўздзеянне на ўсе жывыя арганізмы. Нават слабае выпраменьванне, якое пры поўным паглынанні павышае тэмпературу цела толькі на 0,001 °C, парушае жыццядзейнасць клетак.
Жывая клетка — гэта складаны механізм, не здольны працягваць нармальную дзейнасць нават пры малых пашкоджаннях асобных яго ўчасткаў. Між тым нават слабыя выпраменьванні здольныя нанесці клеткам істотныя пашкоджанні і выклікаць небяспечныя захворванні (прамянёвая хвароба). Пры вялікай інтэнсіўнасці выпраменьвання жывыя арганізмы гінуць. Небяспека выпраменьванняў павялічваецца ад таго, што яны не выклікаюць ніякіх адчуванняў болю нават пры смяротных дозах.
Механізм паражаючага біялагічныя аб’екты дзеяння выпра
250
меньвання яшчэ недастаткова вывучаны. Але зразумела, што яно зводзіцца да іанізацыі атамаў і малекул і гэта прыводзіць да змянення іх хімічнай актыўнасці. Найбольш адчувальныя да выпраменьванняў ядры клетак, асабліва клетак, якія хутка дзеляцца. Таму ў першую чаргу выпраменьванні пашкоджваюць касцявы мозг, зза чаго парушаецца працэс утварэння крыві. Далей наступае паражэнне клетак стрававальнага тракта і іншых органаў.
Моцна ўплывае абпраменьванне на спадчыннасць, пашкоджваючы гены ў храмасомах. У большасці выпадкаў гэты ўплыў з’яўляецца неспрыяльным.
Абпраменьванне жывых арганізмаў можа аказваць і пэўную карысць. Клеткі, якія хутка размнажаюцца ў злаякасных (ракавых) пухлінах, больш адчувальныя да абпраменьвання, чым нармальныя. На гэтым заснавана падаўленне ракавай пухліны упраменямі радыеактыўных прэпаратаў, якія для гэтай мэты больш эфектыўныя, чым рэнтгенаўскія прамені.
Доза выпраменьвання. Уздзеянне выпраменьванняў на жывыя арганізмы характарызуецца дозай выпраменьвання. Паглынутай дозай выпраменьвання D называецца адносіна паглынутай энергіі Е іанізуючага выпраменьвання да масы m рэчыва, якое абпраменьваецца:
0=. (10.6)
У СІ паглынутую дозу выпраменьвання выражаюць у грэях (скарочана: Гр). 1 Гр роўны паглынутай дозе выпраменьвання, пры якой абпрамененаму рэчыву масай 1 кг перадаецца энергія іанізуючага выпраменьвання 1 Дж:
, Дж
Натуральны фон радыяцыі (касмічныя прамені; радыеактыўнасць навакольнага асяроддзя і цела чалавека) складае за год дозу выпраменьвання каля 2 10—3 Гр на чалавека. Міжнародная камісія па радыяцыйнай ахове ўстанавіла для асоб, што працуюць з выпраменьваннем, гранічна дапушчальную за год дозу 0,05 Гр. Доза выпраменьвання ў 3—10 Гр, атрыманая за кароткі час, смяротная.
Рэнтген. На практыцы шырока выкарыстоўваецца пазасістэмная адзінка экспазіцыйнай дозы выпраменьвання — рэнтген (скарочана: Р). Гэта адзінка з’яўляецца мерай іанізуючай здольнасці рэнтгенаўскага і гамавыпраменьванняў. Доза выпраменьвання роўна аднаму рэнтгену (1 Р), калі ў 1 см2 сухога паветра пры тэмпературы 0 °C і ціску 760 мм рт. сл. утвараецца столькі іонаў, што іх сумарны зарад кожнага знака паасобку роўны 310”10 Кл. Пры гэтым атрымліваецца прыкладна 2 • 109 пар іонаў. Лік іонаў, што ўтвараюцца, звязаны з энергіяй, якая паглынаецца рэчывам. У практычнай дазіметрыі можна лічыць
251
1 Р прыблізна эквівалентным паглынутай дозе выпраменьвання 0,01 Гр.
Ахова арганізмаў ад выпраменьвання. Пры рабоце з любой крыніцай радыяцыі (радыеактыўныя ізатопы, рэактары і інш.) неабходна прымаць меры па радыяцыйнай ахове ўсіх людзей, якія могуць трапіць у зону дзеяння выпраменьвання.
Самы просты метад аховы — гэта вывад персаналу з крыніцы выпраменьвання на дастаткова вялікую адлегласць. Нават без уліку паглынання ў паветры інтэнсіўнасць радыяцыі ўбывае адваротна прапарцыянальна квадрату адлегласці ад крыніцы. Таму ампулы з радыеактыўнымі прэпаратамі не рэкамендуецца браць рукамі. Трэба карыстацца спецыяльным'і шчыпцамі з доўгім дзяржаннем.
У тых выпадках, калі аддаленне ад крыніцы выпраменьвання на дастаткова вялікую адлегласць немагчыма, выкарыстаўваюць для аховы ад выпраменьвання перашкоды з паглынаючых матэрыялаў.
Найбольш складаная ахова ад упраменяў і нейтронаў зза іх вялікай пранікальнай здольнасці. Лепшым паглынальнікам упраменяў з’яўляецца свінец. Павольныя нейтроны добра паглынаюцца борам і кадміем. Хуткія нейтроны папярэдне запавольваюцца з дапамогай графіту.
Пасля аварыі на Чарнобыльскай АЭС Міжнародным агенцтвам па атамнай энергіі (МАГАТЭ) па прапанове нашай краіны прыняты рэкамендацыі па дадатковых мерах бяспекі энергетычных рэактараў. Гэтыя дадатковыя меры прывядуць да некаторага павышэння расх’одаў на атрыманне адной кілаватгадзіны электраэнергіі. Устаноўлены больш жорсткія рэгламенты працы персаналу АЭС.
Аварыя на Чарнобыльскай АЭС паказала вялікую небяспеку радыеактыўных выпраменьванняў. Усе людзі павінны мецьуяўленне аб гэтай небяспецы і мерах аховы ад яе.
■ 1. Што такое доза выпраменьвання? 2. Чаму (у рэнтгенах) роўны натуральны фон радыяцыі? 3. Чаму (у рэнтгенах) роўна гранічна дапушчальная за год доза выпраменьвання для асоб, якія працуюць з радыеактыўнымі прэпаратамі?
ПРАКТЫКАВАННЕ 10
1. У выніку паслядоўнай серыі радыеактыўных распадаў уран !j*U ператвараецца ў свінец "вгРЬ. Колькі а і pператварэнняў ён пры гэтым зведвае?
2. Перыяд паўраспад/ радыю Т = 1600 гадоў. Праз які час лік атамаў паменшыцца ў 4 разы?
3. У колькі разоў паменшыцца лік атамаў аднаго з ізатопаў радону за 1,91 сут? Перыяд паўраспаду гэтага ізатопу роўны Т = 3,82 сут.
4. Карыстаючыся перыядычнай сістэмай элементаў Д. I. Мендзялеева, вызначце лік пратонаў і лік нейтронаў у ядрах атамаў фтору, аргону, брому, цэзію і золата.
252
5. Чаму роўна энергія сувязі ядра цяжкага вадароду — дэйтрона? Адносная атамная маса дэйтрона тс = 2,01355, пратона тр = 1,00728, нейтрона т„ = = 1,00866; маса атама вугляроду me = 1,995 10 кг.
6. Пры бамбардзіроўцы ядзер бору "В пратонамі атрымліваецца берылій |Ве. Якое яшчэ ядро атрымліваецца пры гэтай рэакцыі?
7. У выніку дзялення ядра урану “ІО, які захапіў нейтрон, утвараюцца ядры барыю 'ббВа і крыптону звКг, а таксама тры свабодныя нейтроны. Удзельная энергія сувязі ядзер барыю 8,38 МэВ/нуклон, крыптону — 8,55 МэВ/нуклон і урану — 7,59 МэВ/нуклон. Чаму роўна энергія, якая вылучаецца пры дзяленні аднаго ядра урану?
КАРОТКІЯ ВЫНІКІ РАЗДЗЕЛА 10'
1. У ядзернай фізіцы вывучаюцца структура і ператварэнні ядзер. Для рэгістравання і вывучэння сутыкненняў і ўзаемных ператварэнняў атамных ядзер і элементарных часціц выкарыстоўваюць спецыяльныя прыстасаванні. Да іх ліку адносяцца лічыльнік Гейгера, камера Вільсана, пузырковая камера, фотаэмульсіі.
2. У канцы мінулага стагоддзя А. Бекерэль адкрыў з’яву радыеактыўнасці. Такія хімічныя элементы, як уран, торый і іншыя, самаадвольна (без знешніх уздзеянняў) выпраменьваюць а, р і упрамені. Прырода гэтых праменяў розная: упрамені — гэта электрамагнітныя хвалі малой даўжыні (1О~10—1013 м); рпрамені — гэта паток электронаў, а апрамені ўяўляюць сабой паток ядзер атамаў гелію.
3. Рэзерфорд устанавіў, што радыеактыўны распад ёсць самаадвольнае ператварэнне атамных ядзер, якое суправаджаецца выпраменьваннем розных часціц. Згодна з законам радыеактыўнага распаду для кожнага радыеактыўнага рэчыва існуе пэўны інтэрвал часу, на працягу якога яго актыўнасць убывае ў два разы. Гэты інтэрвал часу называюць перыядам паўраспаду. У залежнасці ад рэчыва перыяд паўраспаду мяняецца ў шырокіх межах: ад мільярдаў гадоў да доляў секунды.
4. Рэзерфорд упершыню выканаў штучнае ператварэнне атамных ядзер, бамбардзіруючы іх ачасціцамі, выпраменьваемымі радыеактыўнымі рэчывамі. Д. Чэдвік з дапамогай падобных доследаў адкрыў новую элементарную часціцу — нейтрон. Зарад нейтрона роўны нулю, а маса прыблізна роўна масе пратона (толькі нязначна перавышае яе).
5. В. Гінзбург і Д. Д. Іваненка прапанавалі пратоннанейтронную мадэль атамнага ядра. Згодна з гэтай мадэллю ядро складаецца з пратонаў і нейтронаў. Масавы лік ядра А роўны суме ліку пратонаў Z і ліку нейтронаў А:
A^Z + N
1 Лік істотных пунктаў большы за 10.
253
Ядрьі з адным і тым жа лікам пратонаў Z, але з розным лікам нейтронаў N называюцца ізатопамі. Іх хімічныя ўласцівасці тоесныя.
6. Пратоны і нейтроны ўтрымліваюцца ўнутры ядра магутнымі караткадзеючымі сіламі. Гэтыя сілы называюцца ядзернымі.
7. Найважнейшым для ўсёй ядзернай фізікі з’яўляецца паняцце энергіі сувязі. Энергія сувязі Есув роўна той энергіі, якую неабходна затраціць, каб расшчапіць ядро на асобныя нуклоны. Энергія сувязі ядзер у мільёны разоў перавышае энергію іанізацыі атамаў.
8. Змяненні ядзер пры іх узаемадзеянні адно з адным (або з элементарнымі часціцамі) называюць ядзернымі рэакцыямі. Пры ядзерных рэакцыях адбываецца вылучэнне або паглынанне энергіі.
Большасць ядзерных рэакцый назіраецца пры сутыкненні ядзер з зараджанымі элементарнымі часціцамі або лёгкімі ядрамі вялікай энергіі. Такую энергію яны набываюць у паскаральніках элементарных часціц або іонаў. Нейтроны не адштурхваюцца ядрамі і таму могуць выклікаць ядзерныя рэакцыі пры невялікіх энергіях.
9. Ядры урану, торыю і іншых цяжкіх элементаў здольныя дзяліцца пад уплывам нейтронаў. Пры гэтым вылучаецца ў кожным акце дзялення энергія парадку 200 МэВ. Пры дзяленні ядра выпраменьваюцца дватры нейтроны. Гэта дазваляе ажыццявіць кіруемую ланцуговую рэакцыю ў ядзерных рэактарах. Некіруемая рэакцыя дзялення ядзер выкарыстоўваецца ў атамных бомбах.
10. Пры сутыкненнях лёгкіх ядзер яны могуць злівацца з вылучэннем энергіі. Такія ядзерныя рэакцыі могуць праходзіць толькі пры высокіх тэмпературах і таму называюцца тэрмаядзернымі. За кошт тэрмаядзерных рэакцый Сонца і зоркі вылучаюць энергію на працягу мільярдаў гадоў. Некіруемыя тэрмаядзерныя рэакцыі ажыццяўляюцца ў вадароднай бомбе. Ажыццявіць кіруемую тэрмаядзерную рэакцыю пакуль што не ўдаецца.
11. У нашай краіне была пабудавана першая ў свеце атамная электрастанцыя. Развіваецца будаўніцтва магутных атамных электрастанцый. Пасля аварыі на Чарнобыльскай АЭС прыняты дадатковыя меры па бяспецы атамных рэактараў.
12. Радыеактыўныя ізатопы, якія атрымліваюцца пры дапамозе ядзерных рэактараў і паскаральнікаў элементарных часціц, знаходзяць прымяненне ў навуцы, медыцыне, сельскай гаспадарцы і прамысловасці.
КНІГІ ОНЛАЙН
