Ядерна енергія і радіоактивність

Атом складається з ядра, оточеного хмарами частинок, званих електронаміАтом складається з ядра, оточеного хмарами частинок, званих електронами (див. рис.). У ядрах атомів – найдрібніших частинок, з яких складаються всі речовини, – міститься значний запас енергії. Саме ця енергія вивільняється у вигляді радіації при розпаді радіоактивних елементів. Радіація небезпечна для життя, проте ядерні реакції можуть використовуватися для виробництва електрики. Радіація також використовується в медицині.

Радіоактивність

Радіоактивність – це властивість ядер нестабільних атомів випромінювати енергію. Більшість важких атомів нестабільні, а у більш легких атомів бувають радіоізотопи, тобто радіоактивні ізотопи. Причина радіоактивності в тому, що атоми прагнуть стати стабільними (див. статтю»Атоми і молекули»). Існують три види радіоактивного випромінювання: альфа- промені, бета- промені і гамма- промені. Вони називаються так за трьома першими літерами грецького алфавіту. Спочатку ядро випускає альфа або бета- промені, а якщо воно все ще залишається нестабільним, ядро випускає і гамма- промені. три атомних ядра нестабільні, і кожен з них випускає один з трьох видів лучейНа малюнку ви бачите три атомних ядра. Вони нестабільні, і кожен з них випускає один з трьох видів променів. Бета- частинки – це електрони з дуже великою енергією. Вони виникають при розпаді нейтрона. Альфа -частинки складаються з двох протонів і двох нейтронів. Точно такий же склад має ядро атома гелію. Гамма- промені – це електромагнітне випромінювання великої енергії, що поширюється зі швидкістю світла.

Альфа -частинки рухаються повільно, і шар речовини більш товстий, ніж аркуш паперу, затримує їх. Вони нічим не відрізняються від ядер атомів гелію. Вчені вважають, що гелій на Землі є продукт природної радіоактивності. Альфа – частинка пролітає менш 10 см, і лист щільного паперу затримає її. Бета- частка пролітає в повітрі близько 1 метра. Затримати її може лист міді товщиною 1 міліметр. Інтенсивність гамма- променів спадає наполовину при проході через шар свинцю в 13 міліметрів або шар повітря в 120 метрів.

Радіоактивні речовини транспортуються в свинцевих контейнерах з товстими стінками, щоб запобігти витоку радіації. Вплив радіації викликає у людини опіки, катаракту, рак. Рівень радіації вимірюється за допомогою лічильника Гейгера. Цей прилад видає клацання при виявленні радіоактивного випромінювання. Випустивши частинки, ядро набуває нового атомний номер і перетворюється на ядро іншого елемента. Цей процес називають радіоактивним розпадом. Якщо новий елемент також нестабільний, процес розпаду триває доти, поки не утвориться стабільне ядро. Приміром, коли атом плутонію – 2 (його маса 242) випускає альфа -частинку відносна атомна маса якої 4 (2 протона і 2 нейтрона), він перетворюється в атом урану – 238 (атомна маса 238). Період напіврозпаду – це час, за який розпадається половина всіх атомів у зразку даної речовини. Різні елементи мають різні періоди напіврозпаду. Період напіврозпаду радію- 221 дорівнює 30 секунд, тоді як в урану він становить 4,5 млрд. років.

ядерні реакції

Існують два види ядерних реакцій: ядерний синтез і ділення (розщеплювання) ядра.»Синтез»означає»з’єднання»; при ядерному синтезі два ядра з’єднуються і одне велике. Ядерний синтез може відбуватися тільки при дуже високих температурах. При синтезі виділяється величезна кількість енергії. При ядерному синтезі два ядра з’єднуються в одне велике. У 1992 році супутник КОБЕ виявив в космосі особливий вид радіації, що підтверджує теорію про те, що Всесвіт утворився в результаті так званого Великого вибуху. З терміна»розщеплення»ясно, що ядра розколюються, вивільняючи ядерну енергію. Таке можливо при бомбардуванні ядер нейтронами і відбувається в радіоактивних речовинах або в особливому пристрої, званому прискорювачем частинок. Ядро ділиться, випромінюючи нейтрони і виділяючи колосальну енергію.

Енергію, вивільняється при ядерних реакціях, можна використовувати для виробництва електрики і як джерело енергії на атомних підводних човнах і на авіаносцях. Дія атомної електростанції засноване поділі ядер в ядерних реакторах. Стержень, зроблений з радіоактивної речовини, наприклад урану, бомбардують нейтронами. Ядра урану розщеплюються, випромінюючи енергію. При цьому звільняються нові нейтрони. Такий процес називають ланцюговою реакцією. З одиниці маси палива електростанції виробляє більше енергії, ніж будь-які інші електростанції, проте заходи безпеки і поховання радіоактивних відходів стоїть надзвичайно дорого.

Дія ядерної зброї заснована на тому, що неконтрольований викид величезної кількості ядерної енергії призводить до страшного вибуху. Наприкінці другої світової війни США скинули атомні бомби на японські міста Хіросіму і Нагасакі. Сотні тисяч людей загинули. Атомні бомби засновані на реакціях поділу, водневі – на реакціях синтезу. На малюнку зображена атомна бомба, скинута на Хіросіму.

радіовуглецевий метод

Радіовуглецевим методом визначають час, що минув після смерті організму. У живій тканині міститься невелика кількість вуглецю – 14, радіоактивного ізотопу вуглецю. Його період напіврозпаду становить 5700 років. Коли організм вмирає, запаси вуглецю -14 в тканинах, виснажуються, ізотоп розпадається, і по залишився його кількості можна визначити, як давно організм помер. Дякуй радіовуглецевого методу можна дізнатися, як давно відбулося виверження вулкана. Для цього використовують застиглих в лаві комах і пилок.

Як ще використовується радіоактивність

У промисловості за допомогою радіації визначають товщину аркуша паперу або пластику (див. статтю»Пластмаси й природні полімери»). За інтенсивністю бета- променів, що проходять крізь лист, можна виявити навіть невелику неоднорідність його товщини. Продукти харчування – фрукти, м’ясо – опромінюють гамма- променями, щоб вони залишилися свіжими. Використовуючи радіоактивність, медики простежують шлях речовини в організмі. Наприклад, щоб визначити, як цукор розподіляється в тілі пацієнта, лікар може ввести трохи вуглецю -14 в молекули цукру і стежити за випромінюванням цієї речовини, що потрапив в організм. Радіотерапія, тобто опромінення хворого строго дозованими порціями випромінювання, вбиває ракові клітини – надмірно розрослися клітини організму.

ПОДІЛИТИСЯ: