Применение ядерной энергии в различных отраслях. Доза радиоактивного излучения. Развитие ядерной энергетики

Хронология событий
Впервые в истории человечества искусственное превращение ядер было осуществлено Резерфордом в 1919 году.
В 1932 году произошло важнейшее для всей ядерной физики событие: учеником Резерфорда, английским физиком Д.Чедвиком был открыт нейтрон.

Хронология событий
Первая ядерная реакция - 1932 год –
расщепление лития на две альфа-частицы.
В 1938 году немецкие ученые
Ган и Штрассман обнаружили, что
при облучении урана нейтронами
образуются элементы из середины
периодической системы
— барий и лантан.
Спонтанное деление ядер
урана было открыто Флеровым и Петржаком в 1940 году.

Развитие ядерной энергетики
АЭС г.Обнинск в 1954 году
Нововоронежская, Ленинградская, Курская, Кольская, Белоярская и др. АЭС. (Мощность 500-1000 МВт)
Атомные реакторы устанавливаются на подводных лодках и ледоколах

ПРЕИМУЩЕСТВА АЭС
Не потребляют дефицитного органического топлива
Не загружают перевозками железнодорожный транспорт
Не потребляют атмосферный кислород
Не засоряют среду золой и продуктами сгорания
В нормальном режиме эксплуатации биосфера надежно защищена от радиационного воздействия.

Потенциальная угроза
В реакторах на тепловых медленных нейтронах уран используется лишь на 1-2%
В реакторах на быстрых нейтронах полностью используется уран и обеспечивается воспроизводство нового ядерного горючего в виде плутония
Проблемы с захоронением радиоактивных отходов, радиоактивное загрязнение
Демонтаж отслуживших свой срок (20 лет) АЭС
Риск разрушения активной зоны реактора из-за ошибок персонала и просчетов в конструкции реактора

ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ
Неуправляемая ядерная реакция с большим коэффициентом размножения нейтронов в атомной бомбе
Реакция на быстрых нейтронах с мгновенным выделением энергии (без замедлителя) U или Pu
Размеры делящегося вещества превышают критические (быстрое соединение двух кусков делящегося вещества, либо резкое сжатие)
То и другое осуществляется с помощью обычных взрывчатых веществ
При взрыве атомной бомбы температура достигает десятков миллионов кельвин. Резко повышается давление и образуется мощная взрывная волна

Одновременно возникает мощное излучение
Продукты цепной реакции при взрыве атомной бомбы сильно радиоактивны и опасны для жизни живых организмов (Применили США в 1945 году против Японии, Хиросима и Нагасаки)
В термоядерной (водородной) бомбе для реакции синтеза используется взрыв атомной бомбы, помещенной внутри термоядерной, он повышает температуру и сильно сжимает термоядерное топливо излучением
С созданием ядерного оружия победа в войне стала невозможной
Ядерная война способна привести человечество к гибели

Какие два направления применения ядерной энергии существуют?
1. В мирных целях ядерные реакторы на АЭС, подводных лодках, ледоколах
2. В военных целях – ядерное оружие

ПОЛУЧЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
В атомной индустрии всевозрастающую ценность для человечества представляют радиоактивные изотопы
С помощью ядерных реакций в атомных реакторах и на ускорителях элементарных частиц получены радиоактивные изотопы всех химических элементов, не существующие в природе
Меченые атомы (они по химическим свойствам не отличаются от нерадиоактивных, но легко обнаруживаются по их излучению) в биологии, физиологии, медицине для исследования обмена веществ в организмах, кровообращения, постановки диагноза, для терапевтических целей
Источники гамма-лучей в науке, медицине и технике (кобальтовая пушка)

В промышленности как способ контроля износа деталей (поршневых колец) ДВС
Контроль процессов диффузии металлов в доменных печах
Исследование внутренней структуры металлических отливок, деталей с целью обнаружения в них дефектов

В сельском хозяйстве облучение семян небольшими дозами гамма-лучей, приводит к заметному повышению урожайности
Исследование усвоения удобрений
Большие дозы вызывают мутации у растений и живых организмов, появление мутантов с новыми ценными свойствами, высокая продуктивность
Получение высоко продуктивных микроорганизмов для производства антибиотиков
Для борьбы с вредными насекомыми
Для консервации продуктов

В археологии для определения возраста древних предметов органического происхождения (дерева, угля, тканей и т.д.)
После гибели растения или животного пополнение его радиоактивным углеродом прекращается. Имеющееся количество убывает за счет радиоактивности. По процентному содержанию радиоактивного углерода можно определить возраст археологических находок.

Что такое радиоактивные изотопы и как их используют?
Ядра атомов, имеющие одинаковое количество протонов (заряд), но отличающиеся количеством нейтронов (массой). Химические свойства их не отличаются, а радиоактивность является своеобразной меткой. Метод меченных атомов.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Радиоактивное излучение, даже слабое, нарушает жизнедеятельность клеток, вызывает лучевую болезнь
При большой интенсивности живые организмы погибают
В первую очередь излучение поражает костный мозг, из-за чего нарушается процесс образования крови
Далее наступает поражение клеток пищеварительного тракта и других органов
Сильное влияние облучение влияет на наследственность, поражая гены в хромосомах
Облучение живых организмов может оказывать и определенную пользу. Облучение раковых опухолей гамма-лучами радиоактивных препаратов, которые для этих целей более эффективны, чем рентгеновские

Доза излучения
Поглощенная доза излучения –отношение поглощенной энергии Е ионизирующего излучения к массе m облучаемого вещества
E 1Дж
D = 1Гр=
m 1кг
Измеряется в грэях (Гр). 1Гр равен поглощенной дозе излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг. Передается энергия 1Дж
Предельно допустимая доза в год 0,05 Гр - (5 Р)
Доза излучения 3 – 10 Гр за короткое время, смертельна

Рентген
Р - мера ионизирующей способности рентгеновского и гамма-излучения
Число образующихся ионов связано с поглощаемой веществом энергией
1Р ≈ 0,01 Гр
Характер воздействия излучения зависит не только от дозы поглощенного излучения, но и от его вида
Коэффициент качества – k
- рентгеновское и гамма излучение k = 1
- альфа-излучение k = 20 (самое
опасное)

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ДОЗА ПОГЛОЩЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
ДЛЯ ОЦЕНКИ ДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ
Произведение дозы поглощенного излучения на коэффициент качества:
H = D k
Единица эквивалентной дозы ЗИВЕРТ
1 Зв – эквивалентная доза, при которой поглощенного гамма-излучения равна 1Гр
Максимальная доза, после которой происходит поражение организма 0,5 Зв
За счет естественного радиоактивного фона (космические лучи и радиоактивные изотопы в земной коре) –
2 мЗв в год