В.Б. Лукьянов, С.С. Бердоносов, И.О. Богатырев, К.Б. Заборенко, Б.З. Иофа - Радиоактивные индикаторы в химии. Основы метода (1127003), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Эти нейтроны при благоприятных условиях могут вызватьновые акты деления, которые приведут к высвобождению новых нейтронов и т. д., т. е. реакция будет иметь цепной характер и протекатьсамопроизвольно. Когда каждый испущенный нейтрон захватываетсяспособным к делению ядром, процесс носит лавинообразный характер,что приводит к взрыву. Для осуществления регулируемой ядернойреакции вынужденного деления применяют специальные устройства,называемые ядерными реакторами.Ядерные реакторы различаются по своему назначению и, соответственно, по конструкции. В качестве горючего в реакторах используют: естественный уран; уран, обогащенный изотопом 2 3 5 U; плутоний-239; уран-233 и др.Рассмотрим работу ядерного реактора на уране, обогащенном235U.
Доля 2 3 5 U в таком уране в несколько раз выше его содержанияв природной смеси изотопов урана (следует отметить, что основнуюмассу как природного, так и обогащенного урана составляет 2 3 8 0 ) .Ядра 2 3 5 U делятся преимущественно под действием медленных нейтронов, а ядра 2 3 8 U под действием таких нейтронов не делятся. Освобождающиеся в процессе деления ядер 2 3 5 U нейтроны имеют сравнительновысокую энергию. Быстрые нейтроны легко поглощаются изотопом238U, причем протекает (я, у)-реакция и образуется (^-радиоактивныйнуклид 2 3 9 U. Эффективное сечение этой реакции быстро уменьшаетсяс понижением энергии нейтронов.
Если быстрый нейтрон замедлитьдо того момента, как он прореагирует с 2 3 8 U, то он может вызвать новые акты деления ядер 2 3 5 L, т. е. появляется возможность осуществить цепную реакцию.Для замедления нейтронов используют материалы, состоящие изатомов легких элементов с низкими сечениями захвата нейтронов (вода,тяжелая вода, графит, парафин и др.). Использование легких элементов связано с тем, что замедление нейтронов протекает в результатеупругих соударений с атомами среды, а при упругих соударенияхпередаваемая энергия тем больше, чем ближе между собой массы соударяющихся частиц.Для осуществления цепной реакции необходимо, чтобы в среднемпо крайней мере один нейтрон, образовавшийся в процессе деления,вызвал новое расщепление.
Поэтому создают условия, препятствующиеуходу нейтронов за пределы зоны реактора, в которой происходитделение. С этой целью активную зону ядерных реакторов окружаютотражателями нейтронов (например, слоем графита).Для регулировки и контроля протекания цепной реакции в реакторе служат контрольные стержни, изготовленные из материала, интенсивно поглощающего нейтроны (например, из кадмия).
Каждыйреактор обеспечивают также замкнутой системой охлаждения, по которой циркулирует теплоноситель: вода, тяжелая вода, гелий, воздух,СО2 и др.По своему назначению ядерные реакторы подразделяются на:52а) реакторы для производства расщепляющихся материалов (плутония-239, урана-233 и др.); б) реакторы для получения мощных потоков нейтронов; в) реакторы для получения ядерной энергии; г) реакторы для научно-исследовательских работ. Существуют и так называемые многоцелевые реакторы, с помощью которых можно решать несколько из перечисленных задач.Другие источники бомбардирующих частиц и у-квантов.
Для по-лучения радионуклидов кроме ядерных реакторов находят применение и другие источники бомбардирующих частиц и у-квантов, работакоторых основана на протекании различных ядерных реакций. Мощные потоки заряженных частиц получают с помощью ускорителей(электростатических, линейных, а также циклотронов и др.), в которых заряженные частицы ускоряются под действием постоянных илипеременных электрических полей.С помощью некоторых ядерных реакций можно получать у-квантывысокой энергии, пригодные для возбуждения (у, п)-реакций. Так,по реакции 7Li(/?, у)8Ъе образуются 7 " к в а н т ы с энергиями 14,8 и17,6 МэВ.Для получения нейтронов с высокой энергией служат нейтронныегенераторы, в которых используются ядерные реакции под действиемзаряженных частиц, чаще всего дейтронов [реакция (d, n)] или протонов [реакция (р, п)].
Наибольшее применение нашли реакции надейтронах, так как они имеют высокие сечения уже при небольшихэнергиях дейтронов, равных -—-100—200 кэВ, напримерd + d -* з Н е 4- /i; d + t - 4He + nПо первой реакции получают нейтроны с энергией около 2 МэВ, повторой — около 14 МэВ.В нейтронных генераторах для получения дейтронов нужной энергии используют метод прямого ускорения ионов в постоянном электрическом поле, а мишени изготовляют обычно из титана или циркония, насыщенных дейтерием или тритием. Недостатком таких генераторов является короткое время жизни мишени, которая подвергается постепенному термическому разрушению.В лабораториях нейтроны получают по реакции (а, п) или (у, п)при облучении легких ядер а-частицами или у-квантами долгоживущих радионуклидов.
Такие лабораторные источники нейтронов представляют собой ампулы, содержащие обычно бериллий, запрессованный в виде порошка вместе с каким-либо источником а-частиц или уквантов. Источником а-частиц служат радий, полоний, америций илидругие а-излучатели. Под действием а-частиц происходит следующаяядерная реакция: 9Ве(а, п)12С.Радий-бериллиевый источник дает достаточно высокий выход нейтронов (~10 7 нейтронов/с), но при этом создается значительный «фон»высокоэнергетического f-излучения, что вызывает необходимость вдополнительной радиационной защите. Полоний-бериллиевый источник имеет слабый у-фон, но выход нейтронов ниже, чем в случае радийбериллиевого источника; кроме того, он недолговечен (Г^аюро) —— 140 сут).
В значительной степени этих недостатков лишены источ53ники, в которых в качестве а-излучателей используются 241Атп иАс, однако они сравнительно дороги.Реакция типа (у, п) используется для получения нейтронов режеввиду невысоких выходов. Примером источника этого типа (называемого фотонейтронным) может служить сурьмяно-бериллиевый источник.Источники рассмотренных типов дают нейтроны с энергией в интервале 1—8МэВ.
Для получения тепловых нейтронов эти источникипомещают внутри какого-либо замедлителя, обычно парафина иливоды.227ВОПРОСЫ1. Как меняются при различных ядерных превращениях масса и заряд ядра?2. Каким образом в ядре, состоящем из протонов и нейтронов, образуютсяр-частицы?3. Почему Р-спектры непрерывны?4. Какие ядерные превращения сопровождаются испусканием электронов?При каких превращениях испускается электромагнитное излучение?5.
Каким типом распада могут обладать ядра, лежащие выше и ниже кривой устойчивости, приведенной на рис. 1?6. Чем различаются процессы упругого и неупругого взаимодействия?Приведите примеры этих процессов при взаимодействии излучения с веществом.7. В каких формах может проявляться действие ядерного излучения навещество?8. Сравните ионизирующее действие а- и Р-частиц и у-излучения. Сопоставьте их проникающую способность.9. Почему понятие пробега а- и Р-частиц в веществе определяется по-разному?10. Как изменяется число а-частиц, р-частиц и у-квантов при прохождении через слои поглотителя различной толщины?11. Можно ли оценить энергию Р-излучения, используя следующий наборпредметов: счетчик ядерных частиц, аналитические весы, ножницы, карандаши тетрадь в клетку?12. Существует ли различие между понятиями: «половина слоя поглощения»и «слой половинного ослабления»?13. Насколько точно выполняется экспоненциальный закон ослабления дляР-излучения, для у-излучения?14.
Почему целесообразно использовать массовые коэффициенты ослабления? В каких единицах выражают в этом случае толщину поглотителя?15. Какие явления приводят к потере энергии у-квантами п р и взаимодействии их с веществом? В чем заключаются эти явления?16. Возможно ли образование пары электрон—позитрон при поглощениив свинце у-кванта с энергией 1,00 МэВ?17. Какие процессы преобладают при поглощении у-квантов, если: а) Е„ == 0,05 МэВ, поглотитель — сталь; б) Е = 0,5 МэВ, поглотитель — алюминий; в) £ т = 5 МэВ, поглотитель — уран?18. Сформулируйте основной закон распада, приведите его дифференциальную и интегральную формы. В каких случаях используется та или инаяформа?19.
Дайте определение постоянной распада, периода полураспада, среднейпродолжительности жизни и напишите выражения, связывающие эти величины.20. Что и во сколько раз больше: период полураспада или средняя продолжительность жизни?21. Приведите соотношение между единицами беккерель и кюри.22. Что такое абсолютная и регистрируемая активность?23. Покажите, что изменение абсолютной и регистрируемой активности вовремени подчиняется экспоненциальному закону.5424. Может ли удельная активность радиоактивного препарата численно:а) быть выше общей активности препарата; б) быть равной общей активностипрепарата?25.
Каков период полураспада радионуклида, если за 5 ч его активностьуменьшилась в 16 раз?26. Почему часто считают, что по истечении времени, равного 10 периодам полураспада, радионуклиды в препаратах, предназначенных для измерения,практически полностью распадаются?27. Каким образом определяют периоды полураспада короткоживущих идолгоживущих нуклидов?28. Как найти периоды полураспада компонентов смеси, содержащей независимо распадающиеся радионуклиды?29. Как изменяется со временем суммарная активность препарата, содержащего первоначально очищенный материнский нуклид, в случаях: а) вековогоравновесия; б) подвижного равновесия; в) отсутствия равновесия? Как изменяется при этом активность дочернего нуклида?30.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
