Ядерный распад

Тяжелые нестабильные нуклиды могут быть расщеплены для получе­ния энергии в процессе, называемом ядерным распадом. При естественном распаде урана испускаются а- и b-час­тицы. Вместе с тем когда уран-235 бомбардируется нейтронами, то он об­разует уран-236. Уран-236 нестабилен и расщепляется, распадаясь на две большие частицы и испуская три ней­трона:

₉₂²³⁵U+₀¹n → ₉₂²³⁶U → ₅₆¹⁴¹Ba + ₃₆⁹²Kr + ₀¹n +₀¹n +₀¹n

Если сложить точные массы конечного продукта, то обнаруживается, что по­лученная сумма меньше суммы точных масс урана-235 и исходного нейтрона. Эта разность масс Δm проявляется как энергия, определяемая по формуле

ΔE   = Δmc²

Появляется и другой важный момент. Три высвобожденных нейтрона могут столкнуться с другими нуклидами, расщепляя их в свою очередь. Обра­зованные девять нейтронов могут за­тем расщепить девять других нуклидов ит. д. (рис. 1). В этом случае мо­жет возникнуть цепная реакция, и в результате количество освобожденной энергии может быть очень велико. Несколько килограммов урана могут дать столько энергии, сколько образуется при сгорании тысячи тонн угля.

Эта энергия может быть высвобож­дена неконтролируемо, например в атомной бомбе. Высвобождается при этом не только очень большое коли­чество обычной энергии, но и разру­шительное излучение, которое имеет как краткосрочное, так и долгосрочное действие.

Эта энергия может также высво­бождаться и под контролем, например в ядерной силовой станции. Здесь стержни из боросодержащей стали (управляющие стержни), которые аб­сорбируют два из каждых трех ис­пускаемых нейтронов,позволяют реак­ции продолжаться на стабильном уровне (рис. 2). Высвобожденная тепловая энергия используется для приведения в действие паровых тур­бин, и образуется электрическая энер­гия.

Ядерный синтез

Когда более легкие нуклиды сли­ваются между собой в процессе, назы­ваемом ядерным синтезом, то высво­бождается энергия и теряется масса.

Например, два атома тяжелого водо­рода могут слиться друг с другом и образовать гелий и нейтрон:

₁²H + ₁²H = ₂³He +₀¹n

Сумма точных масс атома гелия и нейтрона меньше суммы точных масс двух атомов тяжелого водорода. Эта потеря массы также возмещается в виде энергии. Полагают, что энергия Солнца образуется вследствие ядер- ного синтеза. Эти два атома тяжелого водорода должны двигаться с очень большой скоростью, с тем чтобы пре­одолеть мощные силы отталкивания положительно заряженных ядер. Очень высокие температуры, необходимые для реакции синтеза, могут расплавить любой известный материал. Поэтому эти атомы удерживаются в виде плазмы (горячий ионизированный газ) в интенсивном магнитном поле, чтобы они не прикасались к стенкам кон­тейнера. До сих пор не стало возмож­ным проведение контролируемой реак­ции синтеза, но в будущем эта пробле­ма вполне может быть решена. Не­контролируемая реакция синтеза по­лучена при взрыве водородной бомбы.

Опасность радиации

Первыми и единственными атомны­ми бомбами, которые были применены в ходе войны, были те, что уничтожили в 1945 г. Хиросиму и Нагасаки. Об­ширные разрушения и повреждения были произведены непосредственно взрывом. Часть ущерба, причиненного испущенной радиацией, стала очевид­на через несколько дней, но часть его стала проявляться через годы пос­ле этого события. Некоторыми след­ствиями воздействия радиации на лю­дей, подвергшихся облучению в боль­ших или малых дозах, но в течение длительного времени, являются сле­дующие:

а)  ожоги;

б)  лейкемия (рак крови);

в)  стерильность (неспособность ро­жать детей);

г)   рождение детей с серьезными заболеваниями;

д)  воздействие на кровь может по­низить сопротивляемость обычным бо­лезням.

Меры предосторожности

Производство радиоактивных про­дуктов и их использование значи­тельно усиливаются начиная с 1930 г. Радиоактивный источник стал частью обычного школьного оборудования, и хотя эти источники весьма слабы, но важно принимать строгие меры предо­сторожности при работе с ними.

1. Эти источники должны браться исключительно пинцетом и никогда руками.
2. Их никогда не следует направ­лять на человека.
3. Нельзя принимать пищу там, где использовались эти источники, по­скольку она может быть заражена.
4. Никогда не курите вблизи ра­диоактивного источника.
5. Тот, кто ими пользуется, должен надеть резиновые перчатки, и, когда источники убраны в безопасное место, следует вымыть руки.

В тех местах, где используется большое количество радиоактивного материала, надевается специальная одежда и применяются фотографичес­кие эмульсии или другие средства обнаружения радиации. Альфа-части­цы вызывают интенсивную ионизацию, но они легко поглощаются защитной одеждой. Поэтому они не могут нане­сти значительного вреда, если только не поступают в тело с зараженной пищей и пр. В этом случае они при­несут большой вред, поскольку погло­щаются внутренне. Бета-частицы име­ют большую проникающую способность, но они также легко поглощают­ся, и для защиты от них может быть применен экран из плексигласа. Они также нанесут больше вреда при прие­ме внутрь. Гамма-лучи наиболее опас­ны вследствие их высокой проникаю­щей способности, и при их применении должна соблюдаться величайшая ос­торожность.

Радиоизотопы увеличивают уро­вень радиации, но их воздействие мо­жет быть сведено к минимуму, если применять те из них, которые имеют достаточно короткий период полурас­пада. Этот период должен быть доста­точно продолжителен, чтобы они мог­ли выполнить свою функцию, но и достаточно короток для того, чтобы уровень радиации значительно снизил­ся вскоре после этого.

Радиоактивные отходы

Радиоактивные отходы атомных электростанций становятся серьезной проблемой. Их следует помещать в те места, где радиация не может нанести вреда. К сожалению, отсутствует спо­соб остановки излучения радиоактив­ным ядром.