31)Радиоактивность и ее разновидности. Понятие критической массы. Принципы получения атомной и термоядерной энергии.

Радиоактивность (от лат. radio — излучаю, radius — луч и activus — действенный), самопроизвольное (спонтанное) превращение неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп (обычно — изотоп другого элемента). Сущность явления Р. состоит в самопроизвольном изменении состава атомного ядра, находящегося в основном состоянии либо в возбуждённом долгоживущем (метастабильном) состоянии.

Альфа-излучение. В воздухе при атмосферном давлении альфа-излучение преодолевает лишь небольшое расстояние, как правило, от 2,5 до 7,5 см. В условиях вакуума электрическое и магнитное поля заметно отклоняют его от первоначальной траектории. Направление и величина отклонений указывают на то, что альфа-излучение - это поток положительно заряженных частиц, для которых отношение заряда к массе (e/m) в точности соответствует дважды ионизированному атому гелия (He++). Эти данные и результаты спектроскопического исследования собранных альфа-частиц позволили Резерфорду сделать вывод о том, что они являются ядрами атома гелия. Бета-излучение. Это излучение обладает большей проникающей способностью, чем альфа-излучение. Как и альфа-излучение, оно отклоняется в магнитном и электрическом полях, но в противоположную сторону и на большее расстояние. Это указывает на то, что бета-излучение является потоком отрицательно заряженных частиц малой массы. По отношению e/m Резерфорд идентифицировал бета-частицы как обычные электроны. Гамма-излучение. Гамма-излучение проникает в вещество гораздо глубже, чем альфа- и бета-излучения. Оно не отклоняется в магнитном поле и, следовательно, не имеет электрического заряда. Гамма-лучи были идентифицированы как жесткое (т.е. имеющее очень высокую энергию) электромагнитное излучение. Разделение радиоактивного излучения в магнитном поле на альфа-, бета- и гамма-лучи схематично показано на рисунке.

Атомная энергия – это энергия, получаемая из атома. Каждый атом состоит из частичек энергии. Эта энергия объединяет все частицы атома вместе. Поэтому в атомной энергии ядро атома является источником энергии. Эта энергия выделяется при расщеплении атома.

В действительности существует два способа получения энергии из атома.

Первый – это реакция синтеза, другой – реакция деления. При реакции синтеза два атома сливаются вместе и образуют единый атом. При соединении атомов выделяется огромная энергия в виде тепла. Большая часть солнечной энергии получается в результате реакции синтеза, происходящей на Солнце. Это один из видов атомной энергии.

Второй способ – это реакция деления, или расщепления. Расщепление происходит при делении одного атома на два. Это происходит при бомбардировке атомов частицами атомов, например нейтронами (он входит в состав атома).

Приставка «термо» определяет способ освобождения этой энергии. «Термос» по-гречески означает тепло. Термоядерная энергия — это энергия, получаемая при помощи тепла.

32)Влияние радиоактивных излучений на биосферу. Параметры излучений. Дозы. Способы защиты. Проблемы утилизации радиоактивных отходов.

 Несколько лет назад ученые сделали вывод: возникновение и развитие жизни на нашей планете (по Дарвину) потребовало бы много больше времени, нежели действительная история. Тут пришлось вспомнить Ж.Кювье и Ж.Сент-Илера. Они выдвинули теорию, что какие-то грандиозные силы вмешивались в эволюцию жизни, и в результате этого появлялись более совершенные формы животных. Казалось, эволюция время от времени подвергалась действию какого-то ускорителя. Такую же роль мог сыграть и тормоз. О действии некоего тормоза говорит по существу и палеонтология. Но что же могло служить ускорителем или замедлителем эволюции? В последние годы все новые гипотезы пополняют арсенал природных сил, способных повлиять на ход эволюции. Пожалуй, первое место среди них принадлежит метеоритной гипотезе. Недавно опубликована гипотеза, в основе кот положен более полный учет влияния космических сил на жизнь, развивавшуюся на Земле. На вопрос об исчезновении были выдвинуты гипотезы о том, что в то время была повышенная активность вулканов - газы и пепел затянули небо и ослабили солнечную радиацию - динозавры не вынесли похолодания. Или вспышка сверхновой звезды, близкой к Земле, и животные не выдержали облучения. Некот ученые считают, что Земля - дитя Космоса - находится в окружении космических сил, многие из кот время от времени кардинально влияют на развитие земной жизни. Примечательно, что два величайших в истории Земли вымирания живого не совпадают по времени с крупными метеоритными ударами. По мнению других ученых, катастрофы в биосфере зарождались в ней самой, то есть имели земное происхождение. К сожалению, все это лишь гипотезы.

Радиоактивные излучения. В последнее время радиоактивное воздействие на биосферу стало представлять серьезную экологическую опасность. При взрывах атомных бомб погибало до 100 тыс. человек мгновенно, десятки тысяч скончались в течение нескольких недель от острой лучевой болезни. До сих пор видны последствия аварии на Чернобыльской АЭС, но при нормальной эксплуатации АЭС практически не загрязняет окружающую среду радиоактивными в-вами.

Эквивалентная доза - бэр. При 25 бэр нет изменений в тканях и органах человека. 50 бэр - незначительные кратковременные изменения состава крови.

Выше - глубокие поражения или смертельный исход.

Многие ученые, работающие с радиоактивными в-вами, погибают.

Основные виды ионизирующих излучений: альфа и бета-частицы, фотоны рентгеновского излучения и нейтроны. Альфа частицы, например, повреждают кость и вызывают тяжелые заболевания крови и образование злокачественных опухолей.

Поступление радионуклидов в организм - вдыхание загрязненного воздуха. (оседание в носоглотке).

Защита от облучения - временем (ограничение продолжительности работы в поле излучения), расстоянием и экранировкой (использование процессов взаимодействия фотонов с в-вом.)

Считается, что в определенных дозах радиация полезна (дает стимул клеткам для последующего развития.

Экспозиционная доза – количественная характеристика поля ионизирующего излучения, основанная на величине ионизации сухого воздуха при атмосферном давлении. Единицей измерения экспозиционной дозы является рентген (Р).

1Р=2*109 пар ионов/см3 воздуха

Доза 1Р накапливается за 1ч на расстоянии 1м от источника радия массой 1г, т. е. активностью примерно 1Кюри (Ки).

В качестве меры глубинных доз и радиационного воздействия проникающих излучений было предложено определять энергию, поглощенную облучаемым в-вом. Поглощенная доза – количество энергии, поглощенной единицей массы облучаемого в-ва. Единицей поглощенной дозы является рад.

1рад=100эрг/г

В системе СИ новой единицей поглощенной дозы является грэй (Гр).

1Гр=100рад

Для мягких тканей в поле рентгеновского или гамма-излучения поглощенная доза 1рад примерно соответствует экспозиции 1Р, т. е. 1Р=0,88рад.

Поглощенная доза – характеризует результат взаимодействия поля ионизирующего излучения и среды, на которую оно воздействует, т. е. облучения. Чем больше поглощенная доза, тем больше радиационный эффект.

Действие ионизирующих излучений на живой организм сложнее, чем последствия облучения сравнительно простых неживых в-в. Радиобиологический эффект зависит не только от поглощенной дозы, т. е. энергии, переданной облучаемому в-ву, но и от других факторов.

При одной и той же поглощенной дозе радиобиологический эффект тем выше, чем плотнее ионизация, создаваемая излучением. Для количественной оценки такого влияния вводится понятие эквивалентной дозы, кот равна поглощенной дозе, умноженной на коэффициент качества, определяемый отношением поглощенной дозы эталонного измерения к дозе рассматриваемого излучения, вызывающей тот же радиобиологический эффект.

Единицей измерения эквивалентной дозы является биологический эквивалент рада – бэр. В системе СИ единица эквивалентной дозы – зиверт (Зв).

Анализ несчастных случаев позволил установить численное значение смертельной дозы гамма-излучения. Она оказалась равной 600100 Р.

При дозах облучения более 25 бэр никаких изменений в органах и тканях организма человека не наблюдается. Незначительные кратковременные изменения состава крови возникают только при дозе облучения 50 бэр. Дозы облучения, например, единовременно 600 рад для человека, вызывают поражения или даже гибель организма.

Внутреннее облучение – это процесс, при котором источники излучения находятся внутри человеческого организма, попадая туда при вдыхании, заглатывании, а также через повреждения кожного покрова.

Это отличие обусловливает ряд особенностей, кот делают внутреннее облучение во много раз более опасным, чем внешнее, при одних и тех же количествах радионуклидов.

Патологическое действие облучения на организм в значительной мере зависит от места локализации радиоактивного в-ва. Главная опасность радия заключается в том, что он откладывается в костях. Альфа-частицы повреждают как кость, так и особенно чувствительные к излучению клетки кроветворных тканей, вызывая тяжелые заболевания крови и образование злокачественных опухолей. Пыль, содержащая радиоактивные частицы, приводила к образованию радиоактивных отложений в легких и способствовала развитию рака.

Из всех путей поступления радионуклидов в организм наиболее опасно вдыхание загрязненного воздуха. Радиоактивное в-во, поступающее таким путем в организм человека, исключительно быстро усваивается. Пылевые частицы, на кот сорбированы радионуклиды, при вдыхании воздуха проходят через верхние дыхательные пути и частично оседают в полости рта и носоглотке. Отсюда они поступают в пищеварительный тракт. Остальные частицы вместе с воздухом попадают в легкие, где задерживаются легочными тканями. Естественный радиационный фон Земли необходим для развития жизни, для роста организмов.

Промышленность и транспорт ― основные виновники загрязнения городской среды.

Изменился в наше время и характер отходов ― раньше практически все отходы были естественного происхождения (кости, шерсть, натуральные ткани, дерево, бумага, навоз и т.д.), и они легко включались в кругооборот природы. Сейчас же значительная часть отходов ― синтетические в-ва. Их минерализация в естественных условиях практически невозможна.

Другая проблема связана с интенсивным ростом нетрадиционных «загрязнений», имеющих квантовую и волновую природу. Усиливаются электромагнитные поля линий передач высокого напряжения, радиотрансляционных и телевизионных станций, а также большого числа электромоторов. Повышается общий фон и уровень шума (из-за высоких скоростей транспорта, из-за работы различных механизмов и машин). Ультрафиолетовая радиация, наоборот, понижается (из-за загрязнённости воздуха). Растут затраты энергии на единицу площади, и, следовательно, увеличиваются отдача тепла, тепловое загрязнение. Под влиянием огромных масс многоэтажных домов меняются свойства геологических пород, на кот стоит город. Последствия этих явлений для людей и окружающей среды изучен недостаточно. Но они не менее опасны, чем загрязнения водного и воздушного бассейнов и почвенно-растительного покрова. Для жителей крупных городов всё это в комплексе оборачивается большим перенапряжением нервной сис-мы. Они быстро утомляются, подвержены различным заболеваниям и неврозам, страдают повышенной раздражительностью. Хронически плохое самочувствие значительной части городских жителей в некот западных странах считают специфическим заболеванием. Оно получило название «урбанит».

Одна из очень непростых современных экологических проблем связана с быстрым ростом городов, расширением их территории. Города меняются не только количественно, но и качественно. О появлении городских агломераций, мегаполисов, можно говорить как о качественно новом этапе во взаимоотношения города и природы. Городские агломерации, урбанизированные районы ― это весьма обширные территории, на кот природа глубоко изменена хозяйственной деятельностью. Причём коренные преобразования природы происходят не только в черте города, но и далеко за его пределами. Так, например, физико-геологические изменения почв, подземных вод проявляются в зависимости от конкретных условий на глубине до 800 м в радиусе 25―30 км. Это загрязнения, уплотнения и нарушения стр-ры почв и грунтов, образование воронок и пр. На больших расстояниях ощутимы биогеохимические изменения среды: обеднение растительного и животного мира, деградации лесов, закисление почв. Прежде всего от этого страдают люди, живущие в зоне влияния города или агломерации (дышат отравленным воздухом, пьют загрязнённую воду и т.д). Оздоровление городской среды ― одна из самых острых социальных задач. Первые действия при её решении ― создание прогрессивных малоотходных технологий, бесшумного и экологически чистого транспорта.

Экологические проблемы городов тесно связаны с проблемами градостроительства: планировка города, размещение крупных промышленных предприятий и иных комплексов с учётом их роста и развития, выбор транспортной сис-мы.

Во многих городах воздух загрязнён на 92―95% по вине автомобильного транспорта. Автомобильные выхлопы в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне человеческого роста. И люди дышат этими концентрированными выбросами. Человек потребляет в сутки 12 куб. м воздуха, автомобиль ― в тысячу раз больше. Таким образом автомобильный транспорт поглощает кислорода во много раз больше, чем все население города. При безветренной погоде и низком атмосферном давлении на оживлённых трассах содержание кислорода в воздухе нередко снижается до 15% ― величины, близкой к критической, при кот люди начинают задыхаться, падать в обморок. Особенно это опасно для детей и людей со слабым здоровьем. Обостряются сердечно-сосудистые и лёгочные заболевания, развиваются вирусные эпидемии. Люди нередко даже не подозревают, что это связано с отравлением автомобильными газами.