Ktoré jadro v rádioaktívnej látke sa rozpadne ako prvé, ktoré sa rozpadne ako ďalšie, ktoré bude posledné? Fyzici tvrdia, že to nie je možné zistiť: rozpad jedného alebo druhého jadra rádionuklidu je náhodná udalosť. Správanie rádioaktívnej látky ako celku sa zároveň riadi jasnými zákonmi.
Zistenie o polčase rozpadu
Ak vezmeme uzavretú sklenenú banku obsahujúcu určité množstvo radónu-220, ukáže sa, že asi po 56 s sa počet atómov radónu v banke zníži o polovicu, počas nasledujúcich 56 s - o ďalšiu polovicu atď. , je jasné, že prečo sa časový interval 56 s nazýva polčas rozpadu Radónu-220.
polčas rozpadu T 1/2 je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje rádionuklid a rovná sa času, za ktorý sa rozpadne polovica dostupného počtu jadier daného rádionuklidu.
Polčas rozpadu niektorých rádionuklidov
Jednotka pre polčas rozpadu v SI je druhá:
Každý rádionuklid má svoj vlastný polčas rozpadu (pozri tabuľku).
Vzorka obsahuje 6,4 × 1020 atómov jódu-131. Koľko atómov jódu-131 bude vo vzorke za 16 dní?
Uvádzame definíciu aktivity rádioaktívneho zdroja
Urán-238 aj rádium-226 sú α-rádioaktívne (ich jadrá sa môžu spontánne rozpadnúť na α-časticu a zodpovedajúce dcérske jadro).
Z ktorej vzorky vyletí viac α-častíc za 1 s, ak je počet atómov uránu-238 a rádia-226 rovnaký?
Dúfame, že ste na otázku odpovedali správne a vzhľadom na to, že polčasy rozpadu týchto rádionuklidov sa líšia takmer 3 milióny krát, zistili sme, že vo vzorke rádia nastane oveľa viac α-rozpadov ako vo vzorke uránu.
Fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná počtu rozpadov, ku ktorým dôjde v rádioaktívnom zdroji za jednotku času, sa nazýva aktivita rádioaktívneho zdroja.
Aktivita rádioaktívneho žiariča sa označuje symbolom A. Jednotkou aktivity SI je becquerel.
Ryža. 24.1. Graf závislosti aktivity rádia-226 na čase. Polčas rozpadu rádia-226 - 1600 rokov
História objavu umelých rádioaktívne izotopy
Prvý umelý rádioaktívny izotop (15P) získali v roku 1934 manželia Fredericomi Irene Joliot-Curie. Ožarovaním hliníka α-časticami pozorovali emisiu neutrónov, čiže prebehla nasledujúca jadrová reakcia:
Taliansky fyzik Enrico Fermi je známy viacerými úspechmi, no jeho najvyššie ocenenie je Nobelová cena- dostal za objav umelej rádioaktivity spôsobenej ožiarením hmoty pomalými neutrónmi. Teraz je metóda ožarovania neutrónmi široko používaná v priemysle na výrobu rádioaktívnych izotopov.
1 Bq je aktivita takého rádioaktívneho zdroja, v ktorom za 1 s nastane 1 rozpad:
1 Bq je veľmi nízka aktivita, preto sa používa mimosystémová jednotka aktivity - curie (Ki):
Na počesť ktorých vedcov sú tieto jednotky pomenované? Aké objavy urobili?
Ak vzorka obsahuje atómy iba jedného rádionuklidu, potom aktivitu tejto vzorky možno určiť podľa vzorca:
kde N je počet rádionuklidových atómov vo vzorke v danom čase; λ je konštanta rádioaktívneho rozpadu rádionuklidu (fyzikálna veličina, ktorá je charakteristická pre rádionuklid a je spojená s polčasom rozpadu v pomere:
Postupom času sa počet nerozpadnutých rádionuklidových jadier v rádioaktívnej vzorke znižuje, preto klesá aj aktivita vzorky (obr. 24.1).
Získajte informácie o používaní rádioaktívnych izotopov
Prítomnosť rádionuklidov v objekte sa dá zistiť žiarením. Už ste zistili, že intenzita žiarenia závisí od typu rádionuklidu a jeho množstva, ktoré sa časom znižuje. To všetko je základom používania rádioaktívnych izotopov, ktoré sa fyzici naučili získavať umelo. Teraz pre každý chemický prvok nachádzajúci sa v prírode boli získané umelé rádioaktívne izotopy.
Existujú dva spôsoby použitia rádioaktívnych izotopov.
Ryža. 24.2. Aby sa zistilo, ako rastliny asimilujú fosforečné hnojivá, do týchto hnojív sa pridá rádioaktívny izotop fosforu, potom sa rastliny skúmajú na rádioaktivitu a stanoví sa množstvo asimilovaného fosforu.
Ryža. 24.3. Použitie y-žiarenia na liečbu rakoviny. Aby γ-lúče neničili zdravé bunky, používa sa niekoľko slabých lúčov γ-lúčov, ktoré sú zamerané na nádor.
1. Použitie rádioaktívnych izotopov ako indikátorov. Rádioaktivita je druh označenia, pomocou ktorého môžete určiť prítomnosť prvku, sledovať správanie prvku počas fyzikálnych a biologických procesov atď. (pozri napr. obr. 24.2).
2. Použitie rádioaktívnych izotopov ako zdrojov γ-žiarenia (pozri napr. obr. 24.3).
Pozrime sa na pár príkladov.
Zistite, ako sa rádioaktívne izotopy používajú na diagnostiku chorôb
Ľudské telo má tendenciu akumulovať určité chemických látok... Je známe, že napríklad štítna žľaza akumuluje jód, kostné tkanivo - fosfor, vápnik a stroncium, pečeň - niektoré farbivá atď. Rýchlosť akumulácie látok závisí od zdravotného stavu orgánu. Napríklad pri Gravesovej chorobe sa prudko zvyšuje činnosť štítnej žľazy.
Množstvo jódu v štítnej žľaze je vhodné sledovať pomocou jej γ-rádioaktívneho izotopu. Chemické vlastnosti rádioaktívny a stabilný jód sa nelíšia, preto sa rádioaktívny jód-131 bude akumulovať rovnakým spôsobom ako jeho stabilný izotop... Ak je štítna žľaza normálna, potom nejaký čas po zavedení jódu-131 do tela bude mať γ-žiarenie z nej určitú optimálnu intenzitu. Ale ak štítna žľaza funguje s odchýlkou od normy, potom bude intenzita γ-žiarenia abnormálne vysoká alebo naopak nízka. Podobná metóda sa používa na štúdium metabolizmu v tele, detekciu nádorov atď.
Je zrejmé, že pri použití týchto diagnostických metód je potrebné opatrne dávkovať množstvo rádioaktívneho prípravku tak, aby vnútorné ožiarenie malo minimálny negatívny vplyv na ľudský organizmus.
Určte vek starých predmetov
Ryža. 24.4. 1 g uhlíka získaného z mladého stromu má aktivitu 14-15 Bq (vydáva 14-15 β-častíc za sekundu). 5700 rokov po smrti stromu sa počet β-rozpadov za sekundu zníži na polovicu
Ryža. 24.5. Najbežnejšie medicínske produkty: injekčné striekačky, krvné transfúzne systémy atď. sú pred odoslaním spotrebiteľovi starostlivo sterilizované pomocou γ-žiarenia.
V zemskej atmosfére sa vždy nachádza určité množstvo β-rádioaktívneho uhlíka-14 (^ C), ktorý vzniká z dusíka v dôsledku jadrovej reakcie s neutrónmi. V zložení oxidu uhličitého je tento izotop absorbovaný rastlinami a prostredníctvom nich - zvieratami. Pokiaľ je živočích alebo rastlina nažive, obsah rádioaktívneho uhlíka v nich zostáva nezmenený. Po ukončení životnej činnosti sa množstvo rádioaktívneho uhlíka v organizme začína znižovať a znižuje sa aj aktivita β-žiarenia. S vedomím, že polčas rozpadu uhlíka-14 je 5700 rokov, je možné určiť vek archeologických nálezov (obr. 24.4).
V technike využívame gama žiarenie
V technike sú obzvlášť dôležité gama defektoskopy, pomocou ktorých sa kontroluje napríklad kvalita zvarových spojov. Ak majster, zváranie pántov k bráne, dovolil manželstvo, po chvíli pánty spadnú. Je to nepríjemné, ale situácia je riešiteľná. Ak by ale k manželstvu došlo pri zváraní konštrukčných prvkov mosta resp nukleárny reaktor, tragédia je nevyhnutná. Vzhľadom na to, že γ-lúče sú absorbované rôznymi spôsobmi masívnou oceľou a oceľou s dutinami, defektoskop gama „vidí“ praskliny vo vnútri kovu, a preto zisťuje chyby už vo fáze výroby konštrukcie.
Ničenie mikróbov žiarením
Je známe, že určitá dávka žiarenia zabíja organizmy. Ale nie všetky organizmy sú užitočné pre ľudí. Takže lekári neustále pracujú na tom, aby sa zbavili mikróbov spôsobujúcich choroby. Pamätajte: v nemocniciach umývajú podlahu špeciálnymi roztokmi, ožarujú miestnosť ultrafialovým svetlom, spracovávajú lekárske nástroje atď. Takéto postupy sa nazývajú dezinfekcia a sterilizácia.
Vlastnosti γ-žiarenia umožnili postaviť sterilizačný proces na priemyselnú úroveň (obr. 24.5). Takáto sterilizácia sa vykonáva v špeciálnych zariadeniach.
so spoľahlivou ochranou pred prenikavým žiarením. Ako zdroj γ-lúčov sa využívajú umelo vytvorené izotopy kobaltu a cézia.
Naučiť sa riešiť problémy
Úloha. Určte hmotnosť rádia-226, ak je jeho aktivita 5 Ci. Konštanta rádioaktívneho rozpadu rádia-226 je 1,37 · 10 11 s 1.
Analýza fyzikálneho problému, hľadanie matematického modelu
Na vyriešenie úlohy použijeme vzorec na určenie aktivity: A = AN. Keď poznáme aktivitu, zistime počet N atómov rádia. Hmotnosť látky možno určiť vynásobením počtu atómov hmotnosťou jedného atómu: m = N ■ m 0.
Z kurzu chémie viete:
1 mol látky obsahuje N A = 6,02 10 atómov;
molárna hmotnosť látky (hmotnosť 1 mol).
Hmotnosť atómu
Zhrnutie
Čas, za ktorý sa rozpadne polovica dostupného počtu jadier daného rádionuklidu, sa nazýva polčas T 1/2. Polčas rozpadu je charakteristikou daného rádionuklidu. Fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná počtu rozpadov, ktoré nastanú v danom rádioaktívnom zdroji za jednotku času, sa nazýva aktivita rádioaktívneho zdroja. Ak zdroj obsahuje atómy len jedného rádionuklidu, aktivitu A zdroja možno určiť podľa vzorca A = AN, kde N je počet atómov rádionuklidu vo vzorke; λ je konštanta rádioaktívneho rozpadu rádionuklidu. Jednotkou aktivity SI je becquerel (Bq).
Postupom času aktivita rádioaktívnej vzorky klesá a to sa využíva na určenie veku archeologických nálezov.
Umelé izotopy sa používajú na sterilizáciu zdravotníckych pomôcok, diagnostiku a liečbu chorôb, zisťovanie defektov kovov atď.
Kontrolné otázky
1. Uveďte definíciu polčasu rozpadu. Čo charakterizuje táto fyzikálna veličina? 2. Aká je aktivita rádioaktívneho žiariča? 3. Čo je jednotka aktivity SI? 4. Ako súvisí aktivita rádionuklidu s jeho neustálym rádioaktívnym rozpadom? 5. Mení sa aktivita vzorky rádionuklidu v čase? Ak sa to zmení, tak prečo a ako? 6. Uveďte príklady použitia rádioaktívnych izotopov.
Cvičenie číslo 24
1. Existuje rovnaký počet jadier Yoda-131, Radónu-220 a Uránu-235. Ktorý rádionuklid má najdlhší polčas rozpadu? Ktorá vzorka je v danom čase najaktívnejšia? Vysvetlite odpoveď.
2. Vzorka obsahuje 2 · 10 20 atómov jódu-131. Určte, koľko jódových jadier vo vzorke sa rozpadne za hodinu. Zvážte aktivitu jódu-131 ako nezmenenú počas tejto doby. Konštanta rádioaktívneho rozpadu Yoda-131 sa rovná 9,98 · 10 -7 s -1.
3. Polčas rozpadu rádioaktívneho uhlíka-14 je 5700 rokov. Koľkokrát sa znížil počet atómov uhlíka 14 v borovici, ktorá bola vyrúbaná pred 17 100 rokmi?
4. Stanovte polčas rozpadu rádionuklidu, ak v časovom intervale 1,2 s dosiahol počet rozpadnutých jadier 75 % ich pôvodného množstva.
5. Rádioaktívna vzorka momentálne obsahuje 0,05 mol radónu-220. Určte aktivitu radónu-220 vo vzorke.
6. Dnes je jedným z najdôležitejších štúdium metabolizmu v ľudskom tele pomocou rádioaktívnych izotopov. Najmä sa ukázalo, že v relatívne krátkom čase je telo takmer úplne obnovené. Využite ďalšie zdroje informácií a zistite viac o týchto štúdiách.
Fyzika a technika na Ukrajine
Národné vedecké centrum "Fyzikálny a technologický inštitút v Charkove"
(KIPT) je svetovo preslávené vedecké centrum. Bol založený v roku 1928 z iniciatívy akademika A.F.Ioffeho ako Ukrajinský inštitút fyziky a techniky za účelom výskumu v oblasti jadrovej fyziky a fyziky pevných látok.
Už v roku 1932 sa v ústave dosiahol vynikajúci výsledok - uskutočnilo sa štiepenie jadra atómu lítia. Neskôr sa v laboratórnych podmienkach získal kvapalný vodík a hélium, postavil sa prvý trojrozmerný radar, uskutočnili sa prvé štúdie vysokovákuovej techniky, čo poslúžilo ako impulz pre rozvoj nového fyzikálno-technologického smeru – vákua hutníctvo. Vedci ústavu zohrali dôležitú úlohu pri riešení problémov využívania atómovej energie.
V rôzne roky v NSC KIPT pôsobili vynikajúci fyzici: I. V. Obreimov, L. D. Landau, I. V. Kurčatov, K. D. Sinelnikov, L. V. Shubnikov, A. I. Leipunsky, E. M. Lifshits, I. M. Lifshits, AK Walter, BG Lazarev, AI DD Ivanovenko, DD Ivanovenko Ya. B. Fainberg, DV Volkov a ďalší.. inštitút založil vedecké školy známe po celom svete.
V NSC KIPT sa nachádza najväčší lineárny elektrónový urýchľovač v SNŠ a súbor termonukleárnych komplexov "Uragan".
Generálnym riaditeľom centra je známy ukrajinský fyzik, akademik Národnej akadémie vied Ukrajiny Nikolaj Fedorovič Šulga.
Toto je výukový materiál
Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.
Uverejnené na http://allbest.ru
Práca na kurze
Na tému: "Rádioaktivita. Využitie rádioaktívnych izotopov v technike"
Úvod
1.Druhy rádioaktívneho žiarenia
2.Iné druhy rádioaktivity
3 rozpad alfa
4 beta rozpad
5 gama rozpad
6 zákon rádioaktívneho rozpadu
7.Rádioaktívne série
9.Aplikácia rádioaktívnych izotopov
Úvod
Rádioaktivita je premena atómových jadier na iné jadrá sprevádzaná emisiou rôznych častíc a elektromagnetického žiarenia. Odtiaľ pochádza aj názov javu: po latinsky rádio – vyžarujem, activus – účinný. Toto slovo zaviedla Marie Curie. Pri rozpade nestabilného jadra – rádionuklidu z neho veľkou rýchlosťou vyletí jedna alebo niekoľko vysokoenergetických častíc. Prúd týchto častíc sa nazýva rádioaktívne žiarenie alebo jednoducho žiarenie.
röntgenové lúče. Objav rádioaktivity priamo súvisel s objavom Roentgena. Navyše sa istý čas myslelo, že ide o jeden a ten istý typ žiarenia. Koniec 19. storočia vo všeobecnosti bol bohatý na objavy rôznych druhov dovtedy neznámeho „žiarenia“. V 80. rokoch 19. storočia anglický fyzik Joseph John Thomson začal študovať elementárne nosiče záporný náboj, v roku 1891 írsky fyzik George Johnston Stoney (1826-1911) nazval tieto častice elektróny. Nakoniec v decembri Wilhelm Konrad Roentgen oznámil objav nového druhu lúčov, ktoré nazval röntgenové. Doteraz sa tak vo väčšine krajín nazývali, ale v Nemecku a Rusku bol prijatý návrh nemeckého biológa Rudolfa Alberta von Köllikera (1817-1905) nazývať röntgenové lúče. Tieto lúče vznikajú, keď sa elektróny (katódové lúče) rýchlo letiace vo vákuu zrazia s prekážkou. Bolo známe, že keď katódové lúče dopadnú na sklo, vyžaruje viditeľné svetlo – zelenú luminiscenciu. Röntgenové lúče zistili, že v tom istom čase zo zelenej škvrny na skle vychádzajú nejaké ďalšie neviditeľné lúče. Stalo sa to náhodou: blízka obrazovka pokrytá tetrakyanoplatinatom bárnatým Ba žiarila v tmavej miestnosti, pridané 05.03.2014
Informácie o rádioaktívnom žiarení. Interakcia častíc alfa, beta a gama s hmotou. Štruktúra atómové jadro... Koncept rádioaktívneho rozpadu. Vlastnosti interakcie neutrónov s hmotou. Faktor kvality pre odlišné typyžiarenia.
abstrakt, pridaný 30.01.2010
Štruktúra hmoty, typy jadrového rozpadu: alfa rozpad, beta rozpad. Zákony rádioaktivity, interakcia jadrového žiarenia s hmotou, biologické účinky ionizujúceho žiarenia. Pozadie žiarenia, kvantitatívne charakteristiky rádioaktivity.
abstrakt, pridaný 4.2.2012
Jadrovo-fyzikálne vlastnosti a rádioaktivita ťažkých prvkov. Alfa a beta konverzie. Podstata gama žiarenia. Rádioaktívna transformácia. Spektrá rozptýleného gama žiarenia médií s rôznymi sériovými číslami. Fyzika nukleárnej magnetickej rezonancie.
prezentácia pridaná dňa 15.10.2013
Jadrové ionizujúce žiarenie, jeho zdroje a biologické účinky na orgány a tkanivá živého organizmu. Charakterizácia morfologických zmien na systémovej a bunkovej úrovni. Klasifikácia následkov ožiarenia človeka, prostriedky radiačnej ochrany.
prezentácia pridaná dňa 24.11.2014
Diela Ernesta Rutherforda. Planetárny model atómu. Objav alfa a beta žiarenia, krátkodobého izotopu radónu a vznik nových chemických prvkov pri rozpade ťažkých chemických rádioaktívnych prvkov. Vystavenie žiareniu na nádory.
prezentácia pridaná dňa 18.05.2011
Röntgenové lúče sú elektromagnetické vlny, ktorých spektrum je medzi ultrafialovým a gama žiarením. História objavov; laboratórne zdroje: RTG trubice, urýchľovače častíc. Interakcia s látkami, biologické účinky.
prezentácia pridaná dňa 26.02.2012
Pojem a klasifikácia rádioaktívnych prvkov. Základné informácie o atóme. Charakteristika druhov rádioaktívneho žiarenia, jeho penetračná schopnosť. Polčasy niektorých rádionuklidov. Schéma procesu neutrónmi indukovaného jadrového štiepenia.
prezentácia pridaná dňa 02.10.2014
Gama žiarenie - Krátkovlnné elektromagnetická radiácia... Na váhe elektromagnetické vlny hraničí s tvrdým röntgenovým žiarením, zaberajúcim oblasť vyšších frekvencií. Gama žiarenie má extrémne krátku vlnovú dĺžku.
abstrakt, pridaný 11.7.2003
Charakteristika korpuskulárneho, fotónového, protónového, RTG žiarenia. Vlastnosti interakcie častíc alfa, beta, gama s ionizujúcou látkou. Podstata Comptonovho rozptylu a efekt vzniku elektrón-pozitrónového páru.
Úvod ………………………………………………………………………… 3
Použitie rádioaktívnych zdrojov v rôznych
sféry ľudskej činnosti ……………………………………………………………… .3
Chemický priemysel
Mestská ekonomika
Lekársky priemysel
Radiačná sterilizácia výrobkov a materiálov
Výroba rádioizotopových kardiostimulátorov
Predsejbové ožarovanie semien a hľúz
Rádioizotopová diagnostika (vpravenie rádioaktívneho lieku do tela)
Rádioaktívne odpady, problémy ich zneškodňovania ………………… ..8
Nedostatočne vyvinutá metóda ………………………………………………………………… .... 12
Tlak vonkajších okolností ………………………………………………… .... 13
Rozhodovanie a technologická zložitosť problému ...................... 13
Neistota pojmu ………………………………………………………… ... 14
Úvod
V súčasnosti je ťažké nájsť odvetvie vedy, techniky, priemyslu, poľnohospodárstva a medicíny, kde by sa nevyužívali zdroje rádioaktivity (rádioaktívne izotopy). Umelé a prírodné rádioaktívne izotopy sú silným a delikátnym nástrojom na vytváranie citlivých metód analýzy a kontroly v priemysle, jedinečným nástrojom lekárskej diagnostiky a liečby zhubných nádorových ochorení, účinným prostriedkom na ovplyvňovanie rôznych látok, vrátane organických. Najdôležitejšie výsledky boli získané s použitím izotopov ako zdrojov žiarenia. Vytvorenie zariadení s výkonnými zdrojmi rádioaktívneho žiarenia umožnilo jeho využitie na monitorovanie a riadenie technologických procesov; technická diagnostika; terapia ľudských chorôb; získanie nových vlastností látok; premena energie rozpadu rádioaktívnych látok na teplo a elektrinu atď. Najčastejšie sa na tieto účely využívajú izotopy ako ⁶⁰CO, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs a izotopy plutónia. Aby sa zabránilo odtlakovaniu zdrojov, sú na ne kladené prísne požiadavky z hľadiska mechanickej, tepelnej a koróznej odolnosti. To poskytuje záruku zachovania tesnosti počas celej doby prevádzky zdroja.
Využitie rádioaktívnych žiaričov v rôznych oblastiach ľudskej činnosti.
Chemický priemysel
Radiačne-chemická modifikácia polyamidovej tkaniny, ktorá jej dodáva hydrofilné a antistatické vlastnosti.
Úprava textilných materiálov na získanie vlastností podobných vlne.
Získanie bavlnených tkanín s antimikrobiálnymi vlastnosťami.
Radiačná úprava kryštálu na získanie kryštálových produktov rôznych farieb.
Radiačná vulkanizácia gumotextilných materiálov.
Radiačná úprava polyetylénových rúr pre zvýšenie tepelnej stability a odolnosti voči agresívnym médiám.
Vytvrdzovanie náterov farieb a lakov na rôznych povrchoch.
Mäkké drevo v dôsledku ožiarenia získava výrazne nízku schopnosť absorbovať vodu, vysokú stálosť geometrických rozmerov a vyššiu tvrdosť (výroba mozaikových parkiet).
Mestská ekonomika
Radiačná úprava a dezinfekcia odpadových vôd.
Lekársky priemysel
Radiačná sterilizácia výrobkov a materiálov
Sortiment radiačne sterilizovaných produktov zahŕňa viac ako tisíc položiek vrátane jednorazových injekčných striekačiek, systémov pre krvné čerpanie, lekárskych nástrojov, stehov a obväzov, rôznych protéz používaných v kardiovaskulárnej chirurgii, traumatológii a ortopédii. Hlavnou výhodou radiačnej sterilizácie je, že sa môže vykonávať nepretržite pri vysokých rýchlostiach. Je vhodný na sterilizáciu hotových výrobkov balených v prepravných obaloch alebo sekundárnych obaloch, ako aj na sterilizáciu termolabilných výrobkov a materiálov.
Výroba rádioizotopových kardiostimulátorov s napájacími zdrojmi na báze ²³⁸Pu. Implantované do ľudského tela sa používajú na liečbu rôznych srdcových arytmií, ktoré nie sú prístupné liekom. Použitie rádioizotopového zdroja energie zvyšuje ich spoľahlivosť, zvyšuje ich životnosť až na 20 rokov, vracia pacientov do normálneho života znížením počtu opakovaných operácií na implantáciu kardiostimulátora.
Poľnohospodárstvo a potravinársky priemysel
Poľnohospodárstvo je dôležitou oblasťou použitia ionizujúceho žiarenia. K dnešnému dňu sa v praxi poľnohospodárstva a vedecký výskum poľnohospodárskeho profilu možno rozlíšiť tieto hlavné oblasti použitia rádioizotopov:
Ožarovanie poľnohospodárskych objektov (predovšetkým rastlín) malou dávkou s cieľom stimulovať ich rast a vývoj;
Aplikácia ionizujúceho žiarenia na radiačnú mutagenézu a šľachtenie rastlín;
Použitie metódy radiačnej sterilizácie na boj proti hmyzím škodcom poľnohospodárskych rastlín.
Predsejbové ožarovanie semien a hľúz(pšenica, jačmeň, kukurica, zemiaky, repa, mrkva) zlepšuje výsevné vlastnosti semien a hľúz, urýchľuje procesy vývoja rastlín (skorá zrelosť), zvyšuje odolnosť rastlín voči nepriaznivé faktory streda.
V oblasti šľachtenia prebieha výskum mutagenézy. Cieľom je vybrať makromutácie pre vysokoúrodné odrody. Radiačné mutanty, ktoré sú predmetom záujmu, už boli získané pre viac ako 50 kultúr.
Použitie ionizujúceho žiarenia na sterilizáciu hmyzích škodcov vo výťahoch a sýpkach môže znížiť straty na úrode až o 20 %.
Je známeže ionizujúce γ-žiarenie zabraňuje klíčeniu zemiakov a cibule, používa sa na dezinsekciu sušeného ovocia, potravinových koncentrátov, spomaľuje mikrobiologické kazenie a predlžuje trvanlivosť ovocia, zeleniny, mäsa, rýb. Odhalila sa možnosť urýchlenia procesu starnutia vín a koňaku, zmena rýchlosti dozrievania plodov, odstránenie nepríjemného zápachu liečivých vôd. V konzervárenskom priemysle (ryby, mäso a mliečne výrobky, zelenina a ovocie) je sterilizácia konzervovaných potravín široko používaná. Treba poznamenať, že štúdia ožiarených potravinových produktov ukázala, že γ-ožiarené potraviny sú neškodné.
Uvažovali sme o použití rádioizotopov špecifických pre jednotlivé odvetvia. Okrem toho sa rádioizotopy používajú v celom priemysle na tieto účely:
Meranie hladín kvapalín v taveninách;
Meranie hustoty kvapalín a buničiny;
Počítanie položiek na kontajneri;
Meranie hrúbky materiálu;
Meranie hrúbky ľadu na lietadlách a iných vozidlách;
Meranie hustoty pôdy a vlhkosti;
Nedeštruktívna γ -defektoskopia materiálov produktu.
Klinické využitie rádioizotopových terapeutických prístrojov, ako aj klinická rádioizotopová diagnostika našla priamo v lekárskej praxi.
Gama-terapeutické zariadenia na vonkajšie gama-ožarovanie sú zvládnuté. Tieto prístroje výrazne rozšírili možnosti vzdialenej γ-terapie nádorov využitím možností statického a mobilného ožarovania.
Pre jednotlivé nádorové lokalizácie sa využívajú rôzne možnosti a spôsoby radiačnej liečby. Pretrvávajúce päťročné kúry v štádiách 1, 2 a 3 boli získané v
90-95, 75-85 a 55-60% pacientov. Známa je aj pozitívna úloha radiačnej terapie pri liečbe rakoviny prsníka, pľúc, pažeráka, ústnej dutiny, hrtana. močového mechúra a iné orgány.
Rádioizotopová diagnostika (vpravenie rádioaktívneho lieku do tela) sa stala neoddeliteľnou súčasťou diagnostického procesu vo všetkých štádiách vývoja ochorenia alebo hodnotenia funkčného stavu zdravého organizmu. Rádioizotopové diagnostické štúdie možno zhrnúť do nasledujúcich hlavných častí:
Stanovenie rádioaktivity celého tela, jeho častí, jednotlivých orgánov s cieľom identifikovať patologický stav orgánu;
Stanovenie rýchlosti pohybu rádioaktívneho prípravku v jednotlivých priestoroch kardiovaskulárneho systému;
Štúdium priestorovej distribúcie rádioaktívneho prípravku v ľudskom tele na vizualizáciu orgánov, patologických útvarov a pod.
Medzi najdôležitejšie aspekty diagnostiky patria patologické zmeny kardiovaskulárneho systému, včasná detekcia malígnych novotvarov, hodnotenie stavu kostí, krvotvorného a lymfatického systému tela, ktoré sú ťažko dostupnými objektmi na štúdium tradičnými klinickými a inštrumentálnymi metódami. .
Zavedené do klinickej praxe Nie, označené ¹³y na diagnostiku ochorení štítnej žľazy; NaCe označené ²⁴Na na štúdium lokálneho a celkového prietoku krvi;
Na₃PO₄, označený ³³P na štúdium procesov jeho akumulácie v pigmentových útvaroch kože a iných nádorových útvaroch.
Rozhodujúci význam má diagnostická metóda v neurológii a neurochirurgii s využitím izotopov ⁴⁴Tc, ¹333Xe a ¹⁶⁹Y. Je to nevyhnutné pre presnejšiu diagnostiku chorôb mozgu, ako aj chorôb kardiovaskulárneho systému. V nefrológii a urológii sa používajú rádioaktívne prípravky s obsahom ¹³¹Y, ¹⁹⁷Hg,
1⁶⁹Yb, ⁵1Cr a 1133Yn. Vďaka zavedeniu rádioizotopových vyšetrovacích metód sa zlepšila skorá chorobnosť obličiek a iných orgánov.
Vedecké a aplikované využitie izotopov p / je veľmi široké. Zastavme sa pri niektorých:
Z praktického hľadiska je zaujímavé použitie rádioizotopových elektrární (REU) s elektrickým výkonom od niekoľkých jednotiek až po stovky wattov. Najväčšia praktická aplikácia bola nájdená pre rádioizotopové termoelektrické generátory, v ktorých sa transformácia energie r / a rozpad na elektrickú uskutočňuje pomocou termoelektrických konvertorov, takéto elektrárne sa vyznačujú úplnou autonómiou, schopnosťou pracovať v akomkoľvek klimatické podmienky, dlhá životnosť a prevádzková spoľahlivosť.
Rádioizotopové napájacie zdroje zabezpečujú prevádzku v automatických systémoch meteorologické stanice; v systémoch navigačných zariadení v odľahlých a neobývaných oblastiach (napájanie majákov, navádzacie značky, navigačné svetlá).
Vďaka pozitívnym skúsenostiam s ich používaním v podmienkach nízkych teplôt bolo možné ich použiť v Antarktíde.
Je tiež známe, že izotop elektrárne s ²¹ºPo.
Použitie izotopov r / a vo vedeckom výskume nemožno preceňovať, pretože všetky praktické metódy sú výsledkom pozitívnych výsledkov výskumu.
Okrem toho treba spomenúť také veľmi úzke špecializácie, ako je kontrola škodcov v starovekých umeleckých predmetoch, ako aj použitie prírodných izotopov r/a v radónových kúpeľoch a bahne v kúpeľnej liečbe.
Po skončení životnosti rádioaktívneho žiariča sa musí predpísaným spôsobom odovzdať do špeciálnych závodov na spracovanie (úpravu) s následným uložením ako rádioaktívny odpad.
Rádioaktívne odpady, problémy ich likvidácie
Problém rádioaktívneho odpadu je špecifickým prípadom všeobecného problému znečisťovania životného prostredia odpadmi z ľudskej činnosti. Zároveň si však výrazná špecifickosť rádioaktívneho odpadu vyžaduje použitie špecifických metód na zaistenie bezpečnosti pre ľudí a biosféru.
Historická skúsenosť s nakladaním s priemyselným a domovým odpadom sa formovala v podmienkach, keď povedomie o nebezpečnosti odpadov a programy na ich neutralizáciu vychádzali z bezprostredných vnemov. Schopnosti toho druhého zabezpečovali primeranosť uvedomenia si súvislostí vplyvov priamo vnímaných zmyslovými orgánmi s nastávajúcimi dôsledkami. Úroveň poznania umožnila znázorniť logiku mechanizmov vplyvu odpadov na človeka a biosféru, ktorá pomerne presne zodpovedá reálnym procesom. K prakticky rozvinutým tradičným koncepciám spôsobov likvidácie odpadov sa historicky pripojili kvalitatívne odlišné prístupy vyvinuté s objavom mikroorganizmov, ktoré tvoria nielen empiricky, ale aj vedecky podloženú metodickú oporu bezpečnosti človeka a jeho životného prostredia. V medicíne a systéme sociálneho manažmentu sa vytvorili zodpovedajúce podsektory, napríklad hygienické a epidemiologické záležitosti, komunálna hygiena atď.
S rýchlym rozvojom chémie a chemického priemyslu sa v priemyselnom a domácom odpade vo veľkom množstve objavili nové prvky a chemické zlúčeniny, vrátane tých, ktoré v prírode neexistujú. Z hľadiska rozsahu sa tento jav stal porovnateľným s prírodnými geochemickými procesmi. Ľudstvo čelí potrebe prejsť na inú úroveň hodnotenia problémov, kde by sa mali brať do úvahy kumulatívne a oneskorené účinky, metódy na identifikáciu dávok expozície, potreba používať nové metódy a špeciálne vysoko citlivé zariadenia na zisťovanie nebezpečenstva atď. .
Kvalitatívne iné nebezpečenstvo, aj keď v niektorých znakoch podobné chemikáliám, prinieslo na človeka "rádioaktivita" ako jav, ktorý nie je priamo vnímaný zmyslovými orgánmi človeka, nie je ničený metódami známymi ľudstvu a vo všeobecnosti ešte nie je dostatočne preskúmaný: nemožno vylúčiť objavenie nových vlastností, vplyvov a dôsledkov tohto javu. Preto pri vytváraní všeobecných a špecifických vedeckých a praktických úloh „eliminovať nebezpečenstvo rádioaktívneho odpadu“ a najmä pri riešení týchto problémov vznikajú neustále ťažkosti, ktoré ukazujú, že tradičná formulácia presne neodráža skutočnú, objektívnu povahu. „problém rádioaktívneho odpadu“. Napriek tomu je ideológia takéhoto tvrdenia rozšírená v právnych i mimoprávnych dokumentoch celoštátneho a medzištátneho charakteru, ktoré, ako možno predpokladať, pokrývajú široké spektrum moderných vedeckých názorov, smerov, výskumov a praktických aktivít; zohľadňovať vývoj všetkých známych domácich a zahraničných organizácií zaoberajúcich sa „problémom rádioaktívnych odpadov“.
Federálny cieľový program „Nakladanie s rádioaktívnym odpadom a vyhoretým jadrovým materiálom, ich využitie a uloženie na roky 1996-2005“ bol schválený uznesením vlády Ruskej federácie č. 1030 z 23.10.1995.
Rádioaktívny odpad sa v ňom považuje „za látky, ktoré nie sú predmetom ďalšieho použitia (v žiadnom stav agregácie), materiály, výrobky, zariadenia, predmety biologického pôvodu, v ktorých obsah rádionuklidov prekračuje hodnoty ustanovené regulačnými predpismi. Program zdôraznil osobitnú časť „Stav problému“, ktorá obsahuje popis konkrétnych zariadení a verejných priestorov, v ktorých prebieha „nakladanie s rádioaktívnym odpadom“, ako aj všeobecné kvantitatívne charakteristiky „problému s rádioaktívnym odpadom“ v Rusku.
„Veľké množstvo nahromadeného neupraveného rádioaktívneho odpadu, nedostatočné technické prostriedky na zabezpečenie bezpečnej manipulácie s týmto odpadom a vyhoretým jadrovým palivom, nedostatok spoľahlivých skladovacích zariadení na ich dlhodobé skladovanie a (alebo) ukladanie zvyšuje riziko radiačných havárií a vytvára reálnu hrozbu rádioaktívnej kontaminácie životného prostredia, nadmerného ožiarenia obyvateľstvo a personál organizácií a podnikov, ktorých činnosť súvisí s využívaním atómovej energie a rádioaktívnych materiálov“.
Hlavnými zdrojmi vysokoaktívneho rádioaktívneho odpadu (RW) sú jadrová energetika (vyhoreté jadrové palivo) a vojenské programy (plutónium z jadrových hlavíc, vyhorené palivo z transportných reaktorov jadrových ponoriek, kvapalný odpad z rádiochemických závodov a pod.).
Vynára sa otázka: treba RW považovať len za odpad alebo za potenciálny zdroj energie? Od odpovede na túto otázku závisí, či ich chceme skladovať (v prístupnej forme) alebo zlikvidovať (t.j. zneprístupniť). V súčasnosti je všeobecne akceptovaná odpoveď, že rádioaktívny odpad je naozaj odpad, možno s výnimkou plutónia. Plutónium môže teoreticky slúžiť ako zdroj energie, hoci technológia získavania energie z neho je zložitá a dosť nebezpečná. Mnohé krajiny, vrátane Ruska a Spojených štátov, sú teraz na križovatke: „spustiť“ plutóniovú technológiu pomocou odzbrojovacie plutónium alebo zlikvidovať toto plutónium? Nedávno ruská vláda a Minatom oznámili, že chcú spoločne so Spojenými štátmi spracovať plutónium na výrobu zbraní; to znamená možnosť rozvoja plutóniovej energetiky.
Vedci už 40 rokov porovnávajú možnosti likvidácie rádioaktívneho odpadu. Hlavná myšlienka- musia byť umiestnené na takom mieste, aby sa tam nemohli dostať životné prostredie a ublížiť človeku. Táto schopnosť poškodzovať rádioaktívny odpad je zachovaná desiatky a stovky tisíc rokov. ožiarené jadrové palivo, ktoré extrahujeme z reaktora obsahuje rádioizotopy s polčasmi rozpadu od niekoľkých hodín po milión rokov (polčas rozpadu je čas, počas ktorého sa množstvo rádioaktívnej látky zníži na polovicu a v niektorých prípadoch sa objavia nové rádioaktívne látky). Celková rádioaktivita odpadu však časom výrazne klesá. Pre rádium je polčas rozpadu 1620 rokov a je ľahké vypočítať, že po 10 tisíc rokoch zostane asi 1/50 pôvodného množstva rádia. Predpisy väčšiny krajín zabezpečujú bezpečnosť odpadu na obdobie 10 tisíc rokov. To samozrejme neznamená, že po tomto čase už rádioaktívny odpad nebude nebezpečný: jednoducho presúvame ďalšiu zodpovednosť za rádioaktívny odpad na vzdialených potomkov. Na to je potrebné, aby potomstvo poznalo miesto a formu pochovania týchto odpadov. Všimnite si, že celá písomná história ľudstva je stará menej ako 10 tisíc rokov. Úlohy, ktoré vznikajú pri likvidácii rádioaktívneho odpadu, sú v histórii techniky bezprecedentné: ľudia si nikdy nekládli také dlhodobé ciele.
Zaujímavým aspektom problému je, že je potrebné nielen chrániť ľudí pred odpadom, ale zároveň chrániť odpad pred ľuďmi. Počas času určeného na ich pochovanie sa mnohé sociálno-ekonomické formácie zmenia. Nedá sa vylúčiť, že v určitej situácii sa rádioaktívny odpad môže stať žiadúcim cieľom teroristov, vojenské konfliktné ciele atď. Je jasné, že keď hovoríme o tisícročiach, nemôžeme sa spoliehať, povedzme, na vládnu kontrolu a ochranu – nemožno predvídať, aké zmeny môžu nastať. Najlepšie by bolo možno odpad pre človeka fyzicky zneprístupniť, aj keď na druhej strane by to našim potomkom sťažilo ďalšie bezpečnostné opatrenia.
Je jasné, že ani jedno technické riešenie, ani jeden umelý materiál nemôže „fungovať“ tisícročia. Jednoznačný záver: samotné prírodné prostredie musí izolovať odpad. Zvažovali sa možnosti: zakopať rádioaktívny odpad hlboko oceánske depresie, sedimenty na dne oceánov, polárne čiapky; poslať ich na priestor; položiť ich dovnútra hlboké vrstvy zemskej kôry. V súčasnosti sa všeobecne uznáva, že najlepším spôsobom je skládkovanie hlboko geologické útvary.
Je zrejmé, že RKO v tuhej forme je menej náchylné na prienik do prostredia (migrácia) ako kvapalné RKO. Preto sa predpokladá, že kvapalné rádioaktívne odpady budú najskôr prevedené do pevnej formy (sklovité, transformované na keramiku atď.). Napriek tomu sa v Rusku stále praktizuje vstrekovanie kvapalného vysokoaktívneho odpadu do hlbokých podzemných horizontov (Krasnojarsk, Tomsk, Dimitrovgrad).
V súčasnosti je prijatý tzv "Multibariéra" alebo Koncepcia likvidácie „hlbokej vrstvy“. Odpad je najskôr zachytený matricou (sklo, keramika, palivové pelety), potom viacúčelovým kontajnerom (používaný na prepravu a likvidáciu), potom sorbčným (absorbujúcim) ukladaním okolo kontajnerov a nakoniec geologickým prostredím.
Pokúsime sa teda ukladať rádioaktívny odpad do hlbinných geologických frakcií. Zároveň sme dostali podmienku: ukázať, že naše pohrebisko bude 10-tisíc rokov fungovať tak, ako si ho naplánujeme. Teraz sa pozrime, s akými problémami sa na ceste stretneme.
Prvé problémy sa vyskytujú vo fáze výberu lokalít na štúdium.
Napríklad v USA žiadny štát nechce. Aby sa štátne pohrebisko nachádzalo na jeho území. To viedlo k tomu, že snahou politikov bolo zo zoznamu vyškrtnutých veľa potenciálne vhodných oblastí, a to nie na základe vedeckého prístupu, ale v dôsledku politických hier.
Ako to vyzerá v Rusku? V súčasnosti je v Rusku stále možné študovať oblasti bez pocitu výrazného tlaku zo strany miestnych úradov (ak nepredpokladáte pochovávanie v blízkosti miest!). Verím, že so zvyšovaním skutočnej nezávislosti regiónov a subjektov federácie sa situácia posunie k situácii Spojených štátov amerických. Už teraz existuje tendencia Minatomu presúvať svoju činnosť do vojenských objektov, nad ktorými prakticky neexistuje kontrola: napríklad súostrovie Nová Zem (ruské testovacie miesto č. 1) má vytvárať pohrebisko, hoci v zmysle geologických parametrov to nie je ani zďaleka najlepšie miesto, o čom ešte bude reč neskôr.
Predpokladajme však, že prvá fáza sa skončila a lokalita je vybratá. Je potrebné ho preštudovať a poskytnúť predpoveď fungovania pohrebiska na 10 tisíc rokov. Tu nastáva nový problém.
Nedostatočný rozvoj metódy.
Geológia je deskriptívna veda. Predikciami sa zaoberajú samostatné odvetvia geológie (napríklad inžinierska geológia predpovedá správanie pôd pri výstavbe a pod.), ale nikdy predtým geológia nemala za úlohu predpovedať správanie sa geologických systémov na desiatky tisíc rokov. Z dlhoročného výskumu v rozdielne krajiny dokonca sa objavili pochybnosti, či je na takéto obdobie možná viac či menej spoľahlivá predpoveď.
Predstavte si však, že sa nám podarilo vypracovať rozumný plán štúdie lokality. Je jasné, že realizácia tohto plánu bude trvať mnoho rokov: napríklad Mount Yaka v Nevade sa skúma už viac ako 15 rokov, ale záver o vhodnosti alebo nevhodnosti tejto hory bude urobený najskôr o 5 rokov. . Program likvidácie však bude pod čoraz väčším tlakom.
Tlak vonkajších okolností.
V rokoch studená vojna odpadom sa nevenovala pozornosť; hromadili sa, ukladali sa do dočasných kontajnerov, strácali sa atď. Príkladom je vojenský objekt Hanford (obdoba nášho „Majáku“), kde je niekoľko stoviek obrovských nádrží s tekutým odpadom a pri mnohých z nich nie je známe, čo sa vo vnútri nachádza. Jedna skúšobná verzia stojí 1 milión dolárov! Na tom istom mieste, v Hanforde, sa asi raz za mesiac nájdu zakopané a „zabudnuté“ sudy či krabice s odpadom.
Vo všeobecnosti sa za roky vývoja jadrových technológií nahromadilo veľa odpadu. Dočasné úložiská v mnohých jadrových elektrárňach sa blížia k naplneniu a vo vojenských komplexoch sú často na pokraji zlyhania „kvôli vysokému veku“ alebo dokonca za touto hranicou.
Takže problém s pohrebom si vyžaduje súrne riešenia. Povedomie o tejto naliehavosti je čoraz akútnejšie, najmä od roku 430 energetické reaktory, stovky výskumných reaktorov, stovky transportných reaktorov jadrových ponoriek, krížnikov a ľadoborcov neustále hromadia rádioaktívny odpad. Ale ľudia, ktorí sú pritlačení k stene, nemusia mať nevyhnutne lepšie technické riešenia a zvyšuje sa pravdepodobnosť chýb. Medzitým pri rozhodnutiach súvisiacich s jadrovej technológie, chyby môžu byť veľmi drahé.
Predpokladajme napokon, že sme minuli 10 – 20 miliárd dolárov a 15 – 20 rokov skúmaním potenciálneho miesta. Je čas urobiť rozhodnutie. samozrejme, ideálne miesta na Zemi neexistuje a každé miesto bude mať pozitívne aj negatívne vlastnosti z hľadiska pochovania. Je zrejmé, že je potrebné rozhodnúť, či pozitívne vlastnosti prevažujú nad negatívnymi a či tieto pozitívne vlastnosti poskytujú dostatočnú bezpečnosť.
Rozhodovanie a technologická zložitosť problému
Problém pochovávania je technicky mimoriadne zložitý. Preto je veľmi dôležité mať v prvom rade kvalitnú vedu a v druhom rade efektívnu interakciu (ako sa v Amerike hovorí – „interface“) medzi vedou a politikmi, ktorí rozhodujú.
Ruská koncepcia podzemnej izolácie rádioaktívneho odpadu a vyhoreného jadrového paliva v permafroste bola vyvinutá v Inštitúte priemyselných technológií ruského ministerstva pre atómovú energiu (VNIPIP). Bol schválený Štátnou ekologickou expertízou Ministerstva ekológie a prírodné zdroje RF, Ministerstvo zdravotníctva RF a Gosatomnadzor RF. Vedeckú podporu koncepcie vykonáva oddelenie vedy o permafrostu v Moskve štátna univerzita... Treba poznamenať, že tento koncept je jedinečný. Pokiaľ viem, žiadna iná krajina na svete nezvažuje otázku zakopania rádioaktívneho odpadu do permafrostu.
Hlavná myšlienka je toto. Teplotvorný odpad umiestňujeme do permafrostu a oddeľujeme ho od skál nepreniknuteľnou inžinierskou bariérou. Vplyvom uvoľňovania tepla sa permafrost v okolí pohrebiska začne topiť, no po chvíli, keď sa uvoľňovanie tepla zníži (v dôsledku rozpadu krátkodobých izotopov), horniny opäť zamrznú. Preto stačí zabezpečiť nepriepustnosť inžinierskych bariér v čase rozmrazovania permafrostu; po zmrazení je migrácia rádionuklidov nemožná.
Neistota pojmu
S týmto konceptom sú spojené minimálne dva hlavné problémy.
Po prvé, koncept predpokladá, že zamrznuté horniny sú nepriepustné pre rádionuklidy. Na prvý pohľad sa to zdá rozumné: všetka voda je zamrznutá, ľad je zvyčajne nepohyblivý a nerozpúšťa rádionuklidy. Ale ak budete starostlivo pracovať s literatúrou, ukáže sa, že veľa chemické prvky pomerne aktívne migrujú v zamrznutých skalách. Už pri teplotách -10-12ºC je v horninách prítomná nemrznúca, takzvaná filmová voda. Čo je obzvlášť dôležité, vlastnosti rádioaktívnych prvkov, ktoré tvoria RW, z hľadiska ich možnej migrácie v permafroste neboli vôbec skúmané. Preto je predpoklad o nepriepustnosti zamrznutých hornín pre rádionuklidy opodstatnený.
Po druhé, aj keď sa ukáže, že permafrost je skutočne dobrým izolantom rádioaktívneho odpadu, nie je možné dokázať, že samotný permafrost vydrží dostatočne dlho: pripomeňme si, že normy stanovujú pochovávanie na obdobie 10 000 rokov. Je známe, že stav permafrostu určuje klíma s dvoma najdôležitejšími parametrami – teplotou vzduchu a množstvom zrážok. Ako viete, teplota vzduchu stúpa v dôsledku globálnej zmeny klímy. Najvyššia rýchlosť otepľovania sa vyskytuje presne v stredných a vysokých zemepisných šírkach severnej pologule. Je jasné, že takéto otepľovanie by malo viesť k topeniu ľadu a zníženiu permafrostu.
Výpočty ukazujú, že aktívne rozmrazovanie môže začať v priebehu 80-100 rokov a rýchlosť rozmrazovania môže dosiahnuť 50 metrov za storočie. Zamrznuté skaly Novej Zeme tak môžu úplne zmiznúť za 600-700 rokov, čo je len 6-7% času potrebného na izoláciu odpadu. Bez permafrostu karbonátové horniny Novej Zeme majú veľmi nízke izolačné vlastnosti vzhľadom na rádionuklidy.
Problém skladovania a ukladania rádioaktívneho odpadu (RW) je najdôležitejším a nevyriešeným problémom jadrovej energetiky.
Nikto na svete zatiaľ nevie, kde a ako uložiť vysoko rádioaktívny odpad, hoci práce v tomto smere prebiehajú. Zatiaľ hovoríme o perspektívnych a v žiadnom prípade nie priemyselných technológiách na zapuzdrenie vysokoaktívnych RW do žiaruvzdorných zlúčenín skla alebo keramiky. Nie je však jasné, ako sa tieto materiály budú správať pod vplyvom rádioaktívneho odpadu, ktorý sa v nich nachádza po milióny rokov. Takáto dlhá trvanlivosť je spôsobená obrovským polčasom rozpadu množstva rádioaktívnych prvkov. Je jasné, že ich výstup je nevyhnutný, pretože materiál nádoby, v ktorej budú uzavreté, až tak „nežije“.
Všetky technológie na spracovanie a skladovanie rádioaktívneho odpadu sú svojvoľné a diskutabilné. A ak atómoví lobisti ako obvykle spochybňujú túto skutočnosť, potom by bolo vhodné sa ich opýtať: „Kde je záruka, že všetky existujúce sklady a pohrebiská nie sú nosičmi rádioaktívnej kontaminácie, keďže všetky ich pozorovania sú skryté pred verejné?"
U nás je niekoľko pohrebísk, aj keď sa o svojej existencii snažia mlčať. Najväčšia sa nachádza v Krasnojarskom regióne pri Jeniseji, kde je pochovaný odpad väčšiny ruských jadrových elektrární a jadrový odpad mnohých európskych krajín. Pri vykonávaní výskumných a vývojových prác na tomto úložisku sa výsledky ukázali ako pozitívne, ale nedávne pozorovania ukazujú na narušenie ekosystému rieky Jenisej, že sa objavili mutantné ryby, štruktúra vody v určitých oblastiach sa zmenila, hoci údaje vedeckej expertízy sú starostlivo skryté.
Likvidácia vysokoaktívneho odpadu sa vo svete zatiaľ nevykonáva, existujú skúsenosti len s prechodným skladovaním.
1. Vershinin NV Sanitárne technické požiadavky na uzavreté zdroje žiarenia.
V knihe. „Zborník zo sympózia“. M., Atomizdat, 1976
2. Frumkin ML a kol.Technologické základy radiačnej liečby produkty na jedenie... M., Potravinársky priemysel, 1973
3. Breger A. Kh. Rádioaktívne izotopy - zdroje žiarenia v radiačno-chemickej technike. Izotopy v ZSSR, 1975, č.44 s.23-29.
4. Pertsovsky ES, Sacharov EV Rádioizotopové zariadenia v potravinárskom, ľahkom a celulózovom a papierenskom priemysle. M., Atomizdat, 1972
5. Vorobiev EI, Pobedinsky MN Eseje o vývoji domácej radiačnej medicíny. M., Medicína, 1972
6. Výber lokality na výstavbu úložiska rádioaktívnych odpadov. E. I. M., TsNIIatominform, 1985, č. 20.
7. Súčasný stav problému likvidácie rádioaktívneho odpadu v USA. Atómové inžinierstvo v zahraničí, 1988, č.9.
8. Heinonen Dis, Dissera F. Burial jadrový odpad: Procesy v podzemnom úložisku: Bulletin MAAE, Viedeň, 1985, roč.27, č.2.
9. Geologické štúdie lokalít na konečné uloženie rádioaktívneho odpadu: EI M .: TsNIIatominform, 1987, č. 38.
10. Bryzgalova RV, Rogozin Yu.M., Sinitsyna GS et al. Posúdenie niektorých rádiochemických a geochemických faktorov, ktoré určujú lokalizáciu rádionuklidov pri pochovávaní rádioaktívneho odpadu v geologických formáciách. Zborník referátov zo 6. sympózia RVHP, ročník 2, 1985
Liek. Rádium a iné prirodzene sa vyskytujúce rádioizotopy sú široko používané v diagnostike rakoviny a radiačnej terapii. Použitie umelých rádioizotopov na tento účel výrazne zvýšilo účinnosť liečby. Napríklad rádioaktívny jód, ktorý sa dostáva do tela vo forme roztoku jodidu sodného, sa selektívne hromadí v štítnej žľaze, a preto sa v klinickej praxi používa na zisťovanie dysfunkcie štítnej žľazy a pri liečbe Gravesovej choroby. Pomocou fyziologického roztoku značeného sodíkom sa meria rýchlosť krvného obehu a zisťuje sa priechodnosť krvných ciev končatín. Rádioaktívny fosfor sa používa na meranie objemu krvi a liečbu erytrémie.
Vedecký výskum. Rádioaktívne značky, zavedené v stopových množstvách do fyzikálnych alebo chemických systémov, umožňujú sledovať všetky zmeny, ktoré sa v nich vyskytujú. Napríklad pestovaním rastlín v atmosfére rádioaktívneho oxidu uhličitého boli chemici schopní pochopiť jemné detaily toho, ako rastliny tvoria komplexné sacharidy z oxidu uhličitého a vody. V dôsledku neustáleho bombardovania zemskej atmosféry vysokoenergetickým kozmickým žiarením sa dusík-14 v nej, zachytávajúci neutróny a emitujúce protóny, mení na rádioaktívny uhlík-14. Za predpokladu, že intenzita bombardovania a následne aj rovnovážne množstvo uhlíka-14 v posledných tisícročiach zostalo nezmenené a berúc do úvahy polčas rozpadu C-14 podľa jeho zvyškovej aktivity, je možné určiť vek nájdené zvyšky zvierat a rastlín (rádiouhlíková metóda). Táto metóda dokázala spoľahlivo datovať objavené lokality pravekého človeka, ktoré existovali pred viac ako 25 000 rokmi.
Kamera Wilson(ona hmlová komora) je jedným z prvých prístrojov v histórii zaznamenávania stôp (stôp) nabitých častíc.
Vynašiel ho škótsky fyzik Charles Wilson v rokoch 1910 až 1912. Princíp činnosti komory využíva fenomén kondenzácie presýtenej pary: keď sa v prostredí presýtenej pary objavia akékoľvek kondenzačné centrá (najmä ióny sprevádzajúce dráhu rýchlo nabitej častice), vytvoria sa malé kvapky kvapaliny na nich. Tieto kvapky dosahujú značné veľkosti a možno ich fotografovať. Zdroj skúmaných častíc môže byť umiestnený buď vo vnútri komory, alebo mimo nej (v tomto prípade častice lietajú cez pre ne priehľadné okno).
V roku 1927 g. Sovietski fyzici P. L. Kapitsa & D. V. Skobeltsyn navrhol umiestniť kameru do vysoko magnetického poľa, ohýbať stopy, aby sa študovali kvantitatívne charakteristiky častíc (napríklad hmotnosť a rýchlosť).
Wilsonova komora je nádoba so skleneným vekom a piestom na dne, naplnená nasýtenými parami vody, alkoholu alebo éteru. Výpary sú dôkladne očistené od prachu, aby molekuly vody nemali pred letom častíc kondenzačné centrá. Keď piest klesá, adiabatická expanzia ochladzuje pary a stáva sa presýteným. Nabitá častica prechádzajúca komorou zanecháva na ceste reťazec iónov. Para kondenzuje na iónoch, vďaka čomu je stopa častíc viditeľná.
Wilsonova komora zohrala obrovskú úlohu pri štúdiu štruktúry hmoty. Niekoľko desaťročí zostalo prakticky jediným nástrojom na vizuálne štúdium jadrového žiarenia a štúdium kozmického žiarenia:
V roku 1930 L.V. MysovskysR. A. Eichelberger uskutočnil experimenty na zaznamenávanie a emisia β-častíc bola zaznamenaná vo Wilsonovej komore. Neskôr bola objavená prirodzená rádioaktivita izotopu 87 Rb.
V roku 1934 L. V. Mysovskiy S. Eigenson uskutočnil experimenty, v ktorých sa pomocou Wilsonovej komory dokázala prítomnosť neutrónov v zložení kozmického žiarenia.
V roku 1927 dostal Wilson za svoj vynález Nobelovu cenu za fyziku. Následne Wilsonova komora ako hlavný prostriedok na štúdium žiarenia ustúpila bublinovým iskrovým komorám.
Vplyv rádioaktívneho žiarenia na človeka
Rádioaktívne žiarenie všetkých typov (alfa, beta, gama, neutróny), ako aj elektromagnetické žiarenie (röntgenové žiarenie) má na živé organizmy veľmi silný biologický účinok, ktorý spočíva v procesoch excitácie a ionizácie atómov a molekúl, ktoré tvoria do živých buniek. Pod vplyvom ionizujúceho žiarenia dochádza k deštrukcii zložitých molekúl a bunkových štruktúr, čo vedie k radiačné poškodenie tela... Preto pri práci s akýmkoľvek zdrojom žiarenia je potrebné vykonať všetky opatrenia na radiačnú ochranu osôb, ktoré môžu spadnúť do radiačnej zóny.
Človek však môže byť vystavený ionizujúcemu žiareniu a životné podmienky... Inertný, bezfarebný rádioaktívny plyn radón môže predstavovať vážne nebezpečenstvo pre ľudské zdravie, je produktom rozpadu rádia a má polčas rozpadu T = 3,82 dňa. Rádium sa v malých množstvách nachádza v pôde, kameňoch a rôznych stavebných štruktúrach. Napriek relatívne krátkej životnosti sa koncentrácia radónu neustále dopĺňa v dôsledku nových rozpadov jadier rádia, takže radón sa môže hromadiť v uzavretých priestoroch. Keď sa radón dostane do pľúc, uvoľňuje častice a mení sa na polónium, ktoré nie je chemicky inertnou látkou. Nasleduje reťazec rádioaktívnych premien uránového radu. Podľa Americkej komisie pre radiačnú bezpečnosť a kontrolu priemerný človek dostáva 55 % ionizujúceho žiarenia z radónu a iba 11 % z lekárskych služieb. Príspevok kozmického žiarenia je približne 8 %. Celková dávka žiarenia, ktorú človek dostane za život, je mnohonásobne menšia maximálna prípustná dávka(SDA), ktorý je zriadený pre ľudí určitých profesií vystavených dodatočnej expozícii ionizujúcemu žiareniu.
Použitie rádioaktívnych izotopov
Jednou z najvýznamnejších štúdií vykonaných pomocou „označených atómov“ bola štúdia metabolizmu v organizmoch. Je dokázané, že v relatívne krátkom čase prejde telo takmer úplnou obnovou. Jeho základné atómy sú nahradené novými. Výnimkou z tohto pravidla je iba železo, ako ukázali experimenty na izotopovom štúdiu krvi. Železo je súčasťou hemoglobínu červených krviniek. Keď boli rádioaktívne atómy železa zavedené do potravín, zistilo sa, že voľný kyslík uvoľnený počas fotosyntézy bol pôvodne súčasťou vody, nie oxidu uhličitého. Rádioaktívne izotopy sa v medicíne používajú na diagnostické aj terapeutické účely. Rádioaktívny sodík, zavádzaný v malých množstvách do krvi, sa používa na štúdium krvného obehu, jód sa intenzívne ukladá v štítnej žľaze, najmä pri Gravesovej chorobe. Pozorovaním ukladania rádioaktívneho jódu pomocou počítadla je možné rýchlo stanoviť diagnózu. Veľké dávky rádioaktívneho jódu spôsobujú čiastočnú deštrukciu abnormálne sa vyvíjajúcich tkanív, a preto sa rádioaktívny jód používa na liečbu Gravesovej choroby. Intenzívne gama žiarenie z kobaltu sa používa pri liečbe rakoviny (kobaltová pištoľ).
Nie menej rozsiahle sú priemyselné aplikácie rádioaktívnych izotopov. Jedným z príkladov je ďalší spôsob sledovanie opotrebovania piestnych krúžkov v spaľovacích motoroch. Ožarovaním piestneho krúžku neutrónmi spôsobujú v ňom jadrové reakcie a robia ho rádioaktívnym. Keď motor beží, častice materiálu krúžku vstupujú do mazacieho oleja. Skúmaním úrovne rádioaktivity oleja po určitom čase chodu motora sa zisťuje opotrebovanie krúžku. Rádioaktívne izotopy umožňujú posudzovať difúziu kovov, procesy vo vysokých peciach atď.
Na výskum sa využíva silné gama žiarenie rádioaktívnych liečiv vnútorná štruktúra kovové odliatky, aby sa v nich zistili chyby.
Rádioaktívne izotopy sa čoraz častejšie používajú v poľnohospodárstvo... Ožarovanie semien rastlín (bavlna, kapusta, reďkovka atď.) malými dávkami gama lúčov z rádioaktívnych prípravkov vedie k výraznému zvýšeniu úrody. Veľké dávky „žiarenia spôsobujú v rastlinách a mikroorganizmoch mutácie, ktoré v jednotlivé prípady vedie k vzniku mutantov s novými cennými vlastnosťami (rádiová selekcia). Tak boli vyšľachtené cenné odrody pšenice, fazule a iných plodín, ako aj získané vysoko produktívne mikroorganizmy používané pri výrobe antibiotík. Gama žiarenie z rádioaktívnych izotopov sa používa aj na kontrolu škodlivého hmyzu a na konzervovanie potravín. "Sledované atómy" sú široko používané v poľnohospodárskom inžinierstve. Aby sa napríklad zistilo, ktoré z fosforečných hnojív rastlina lepšie absorbuje, rôzne hnojivá sú označené rádioaktívnym fosforom 15 32P. Po vyšetrení rastlín na rádioaktivitu je možné určiť množstvo fosforu, ktoré absorbujú z rôznych druhov hnojív. Zaujímavou aplikáciou rádioaktivity je metóda datovania archeologických a geologických nálezov koncentráciou rádioaktívnych izotopov. Najpoužívanejšou metódou datovania je rádiokarbónové datovanie. Nestabilný izotop uhlíka sa vyskytuje v atmosfére v dôsledku jadrové reakcie spôsobené kozmickým žiarením. Malé percento tohto izotopu sa nachádza vo vzduchu spolu s bežným stabilným izotopom Rastliny a iné organizmy spotrebúvajú uhlík zo vzduchu a oba areotopy sa v nich hromadia v rovnakom pomere ako vo vzduchu. Po odumretí rastlín prestávajú spotrebovávať uhlík a nestabilný izotop sa v dôsledku rozpadu postupne mení na dusík s polčasom rozpadu 5730 rokov. Presným meraním relatívnej koncentrácie rádioaktívneho uhlíka v pozostatkoch dávnych organizmov je možné určiť čas ich smrti.
Aplikácia rádioaktivity.
1. Biologické pôsobenie. Rádioaktívne žiarenie má fatálny vplyv na živé bunky. Mechanizmus tohto pôsobenia je spojený s ionizáciou atómov a rozkladom molekúl vo vnútri buniek pri prechode rýchlo nabitých častíc. Bunky, ktoré sú v stave rýchleho rastu a rozmnožovania, sú obzvlášť citlivé na žiarenie. Táto okolnosť sa používa na liečbu rakovinových nádorov.
Na účely terapie sa používajú rádioaktívne lieky emitujúce g-žiarenie, pretože tieto prenikajú do tela bez viditeľného oslabenia. Pri nie príliš vysokých dávkach žiarenia rakovinové bunky odumierajú, pričom telo pacienta neutrpí výraznejšie poškodenie. Treba poznamenať, že radiačná liečba rakoviny, podobne ako röntgenová terapia, nie je v žiadnom prípade univerzálnym liekom, ktorý vždy vedie k vyliečeniu.
Príliš veľké dávky rádioaktívneho žiarenia spôsobujú vážne ochorenia zvierat a ľudí (tzv. chorobu z ožiarenia) a môžu viesť k smrti. Vo veľmi malých dávkach má rádioaktívne žiarenie, hlavne a-žiarenie, naopak na organizmus stimulačný účinok. S tým je spojený liečivý účinok rádioaktívneho minerálne vody obsahujúce malé množstvo rádia alebo radónu.
2. Svetelné zlúčeniny Luminiscenčné látky žiaria vplyvom rádioaktívneho žiarenia (porov. § 213). Pridaním veľmi malého množstva rádiovej soli do luminiscenčnej látky (napríklad sulfidu zinočnatého) sa pripravia trvalo žiariace farby. Tieto farby, keď sa nanášajú na ciferníky a ručičky hodiniek, zameriavacích prístrojov atď., zviditeľnia ich v tme.
3. Určenie veku Zeme. Atómová hmotnosť obyčajného olova, extrahovaného z rúd, ktoré neobsahujú rádioaktívne prvky, je 207,2, atómová hmotnosť olova vzniknutého v dôsledku rozpadu uránu je 206. Atómová hmotnosť olova obsiahnutého v niektorých uránových mineráloch je veľmi blízka do 206. Z toho vyplýva, že tieto minerály v čase vzniku (kryštalizácia z taveniny alebo roztoku) neobsahovali olovo; všetko olovo v takýchto mineráloch sa nahromadilo v dôsledku rozpadu uránu. Pomocou zákona rádioaktívneho rozpadu je možné určiť jeho vek z pomeru množstiev olova a uránu v minerále.
Vek minerálov rôzneho pôvodu, obsahujúcich urán, stanovený touto metódou, sa meria v stovkách miliónov rokov. Najstaršie minerály majú viac ako 1,5 miliardy rokov.
