Ядерні реакції

Відомі такі типи радіоактивних перетворень: α-розпад, β-розпад, спонтанний (самочинний) поділ ядер. Ці типи радіоактивних перетворень супроводжуються випусканням α-частинок, електронів, позитронів, γ-проміння.

У процесі α-рюзпаду ядро атома радіоактивного елемента випускає ядро атома Гелію ⁴₂Не, внаслідок чого заряд ядра атома вихідного радіоактивного елемента зменшується на дві одиниці, а масове число – на чотири. Наприклад, перетворення атома Радію на атом Радону можна записати рівнянням

²²⁶₈₆Ra → ²²²₈₄Rn + ⁴₂Не.

Розрізняють декілька видів β-розпаду: електронний β-розпад; позитронний β-розпад; К-захват|. При електронному β-розпаді нейтрон усередині ядра перетворюється на протон, наприклад,

³²₁₅Р → ³²₁₄S + eˉ

де еˉ – електрон.

При випусканні негативно зарядженої β-частинки (тобто eˉ) порядковий номер елемента зростає на одиницю, а атомна маса практично не змінюється.

При позитронному β-розпаді з атомного ядра виділяється позитрон β⁺-частинка (тобто e⁺|), а протон усередині ядра перетворюється на нейтрон. Наприклад

²²₁₁Na → ²²₁₀Ne + e⁺.

Тривалість життя позитрона невелика, оскільки при зіткненні його з електроном відбувається анігіляція, що супроводжується випусканням γ-квантів.

Зменшення заряду ядра радіоактивного атома на одиницю може бути викликане не тільки β⁺-розпадом, а й електронним захопленням, внаслідок чого один із електронів найближчого до ядра електронного шару (К-шару, зрідка L- або М-шарів) захоплюється ядром. При К-захваті| ядро атома захоплює електрон з найближчої електронної оболонки (з К-оболонки|) і один з протонів ядра перетворюється на нейтрон. Наприклад,

⁴⁰₁₉К + eˉ → ⁴⁰₁₈Ar + hν

де hν – квант γ-випромінювання.

На вільне місце в К-оболонці| переходить один з електронів зовнішньої оболонки, що супроводжується випусканням жорсткого рентгенівського випромінювання.

Спонтанне ділення. Воно характерне для елементів періодичної системи Д.І. Менделєєва із Z > 90. При спонтанному діленні важкі атоми діляться на осколки, якими зазвичай є елементи середини таблиці Д.І. Менделєєва. Спонтанне ділення і -розпад| обмежують отримання нових трансуранових елементів.

Потік α і β-частинок називають відповідно α і β-випромінюванням|. Крім того, відоме γ-випромінювання|. Це електромагнітні коливання з дуже короткою довжиною хвилі. В принципі, γ-випромінювання близьке до жорсткого рентгенівського і відрізняється від нього своїм внутрішньоядерним походженням. Рентгенівське випромінювання виникає при переходах в електронній оболонці атома, а γ-випромінювання випускають збуджені атоми, що вийшли в результаті радіоактивного розпаду (α або β).

У результаті радіоактивного розпаду виходять елементи, які по заряду ядер (порядковому номеру) повинні бути поміщені у вже зайняті клітинки періодичної системи елементами з таким же порядковим номером, але іншою атомною масою. Це так звані ізотопи. По хімічних властивостях їх прийнято вважати невиразними, тому суміш ізотопів зазвичай розглядається як один елемент. Незмінність ізотопного складу в переважній більшості хімічних реакцій іноді називають законом постійності ізотопного складу. Наприклад, калій в природних сполуках є сумішшю ізотопів, що перебуває на 93,259 % з K, на 6,729% з К ^|і на 0,0119% з К (К^|-захват| і β-розпад|). Кальцій налічує шість стабільних ізотопів з масовими числами 40, 42, 43, 44, 46 і 48. У хіміко-аналітичних і дуже багатьох інших реакціях це співвідношення зберігається практично незмінним, тому для розділення ізотопів хімічні |реакції зазвичай не застосовуються. Найчастіше для цієї мети використовуються різні фізичні процеси – дифузія, дистиляція або електроліз.

Одиницею активності ізотопу є беккерель (Бк), рівний активності нукліда в радіоактивному джерелі, в якому за час 1 с відбувається один акт розпаду.

6.1.3. Вплив радіоактивності на біологічні об’єкти

Йонізуюче випромінювання має високу біологічну активність. Воно негативно впливає на живу речовину, в тому числі й на людину, а в разі великих доз призводить до смерті. Йонізуюче випромінювання може діяти двояко. По-перше, воно уражає носіїв спадковості – молекули ДНК, спричинюючи хромосомні та генні мутації. Наслідки таких мутацій проявляються відразу або через кілька поколінь. По-друге, йонізуюче випромінювання здатне вражати клітини й тканини (насамперед, ушкоджуючи ферменти) й викликати соматичні порушення, що проявляються в опіках, катарактах, зниженні імунітету, ненормальному перебігові вагітності, розвиткові злоякісних пухлин різних органів. Тепер з'ясовано, що не буває нешкідливих доз радіації: ймовірність захворювань зростає прямо пропорційно поглинутій дозі опромінення.

Результати впливу радіоактивності на біологічні об’єкти показали наслідки аварії на Чорнобильській АЕС. Найбільша аварія за всю історію розвитку атомної енергетики сталася 26 квітня 1986 р.

Вибух на ЧАЕС був механічним, а не ядерним. У реакторі 4-го енергоблоку на момент вибуху було близько 180-200 тонн ядерного палива – урану (U-235, U-238), 400 кг плутонію-239 (Pu-239), 170 кг плутонію-240 (Pu-240). Близько 8 т (4% цієї кількості) було викинуто в навколишнє середовище.

Загальна активність викинутих речовин становила 6,2 млрд. кюрі. Під час вибуху виникла пожежа. Горіння графіту спричинило підвищення температури всередині зруйнованого реактора. Тому та частина радіонуклідів, що потрапила в навколишнє середовище під час пожежі, була у вигляді оксидів і карбідів рідкоземельних металів.

Радіонукліди не розпорошилися до атомного рівня в повітрі, а були зв’язані в аерозольних частинках – хімічно активних і нерозчинних у воді. На зараженій поверхні, де грунт не перекопувався, радіонукліди й досі перебувають у верхньому 5-сантиметровому його шарі. Тому вони легко переносяться вітром, пиловими бурями і навіть бризками від капель дощу.

В атмосферу було викинуто близько 450 типів радіонуклідів, які, зазнавши ядерних перетворень, створювали радіоактивне опромінення середовища. У 1986 р. 50-70% загальної радіоактивності створював йод-131 (І-131) періодом напіврозпаду 8,04 доби.

Протягом трьох днів після аварії кияни дихали повітрям, у кожному кубічному метрі якого було до 10 гарячих частинок (залишків ядерного палива).

Лише за рахунок внутрішнього бета- і гамма-опромінення жителі Києва протягом 1986 р. одержали дозу опромінення до 5 бер на людину.

Після аварії на ЧАЕС сумарна активність забруднення за Стронцієм і Цезієм становить 500 млн. кюрі. Значний «внесок» у забруднення роблять також більш живучі ізотопи Ніобію-95, Цезію-141, Рутенію-101, Стронцію-89, Цирконію-95, Цезію-144, Рутенію-106, Цезію-134, Плюмбуму-210, Ксенону-33, Криптону-85.

Період напіврозпаду Йоду-131 становить 8,04 доби. Через 8 днів після аварії на ЧАЕС його залишилася половина від попередньої кількості, ще через 8 днів – 1/4, потім 1/8, 1/16 і т.д. тобто через 2 місяці активність Йоду знизилася практично до нуля. Його ж біологічна дія на організм людини виявилася лише через три роки.

За офіційними даними, внаслідок аварії на ЧАЕС було забруднено радіонуклідами 3,5 млн. га сільськогосподарських угідь, 2,5 млн. га орних земель, 1,5 млн. га лісів і садів у 12 областях України. Через 10 років після аварії на ЧАЕС у зв’язку з високим рівнем забруднення (понад 15 Кі/км²) з користування вилучено 180 тис. га орних земель і 157 тис. га лісів.

На нове місце було переселено 186 населених пунктів (116 тис. жителів). Зона відчуження складає 2044 км², її більша частина – 1856 км²– забруднена радіоактивним Цезієм, Стронцієм і Плутонієм. Повне розпадання Плутонію настане через 23 тис. років, період напіврозпаду інших трансуранових елементів буде тривати 300 років. Спостерігається підвищення радіаційного фону проти природного на третині території України, забруднення Цезієм-137 понад 1 Кі/км² охоплює 7% території, 15% лісів і сільськогосподарських угідь. Сильне забруднення Стронцієм-90 і Цезієм-137 зареєстровано на площі, що перевищує 3400 км².

Від аварії на ЧАЕС постраждало 4,8 млн. людей. У районах жорсткого контролю близько 170 тисяч людей отримали дозу загального опромінення від 1 до 5 бер, біля 90 тисяч – від 5 до 10 бер.

Великі дози місцевого опромінення окремих органів були обумовлені дією радіоактивного Йоду: з 1,5 млн. людей, які проживали в зоні радіоактивного забруднення, приблизно 1,2 млн. дорослого населення отримали дозу внутрішнього опромінення щитовидної залози до 300 бер, близько 150 тис. чоловік – від 30 до 100 бер, майже 30 тис. чоловік – більше 100 бер. Ще більш високими були дози опромінення щитовидної залози у дітей. Отримані дози ведуть до ризику виникнення злоякісних пухлин щитовидної залози з імовірністю 1 на 50 тисяч чоловік для дорослого населення і 1 на 12 тисяч – для дітей. За десять років померло 167653 особи з числа ліквідаторів (повідомлення прес-служби Кабінету Міністрів України в газеті «Урядовий кур’єр» №77-78 від 25 квітня 1996 р.) У 4 229 випадках встановлено причинний зв’язок смерті з радіаційним ураженням. Здоров’я ліквідаторів поступово погіршується: кількість здорових людей серед них зменшувалася з 78% у 1987 році, до 20% у 1994 році. Збільшилася кількість серцево-судинних захворювань, хвороб крові і щитовидної залози.

За прогнозами загальне опромінення жителів районів жорстокого контролю може призвести до збільшення кількості уражень лейкемією і онкологічних захворювань.

Радіоактивне забруднення від ЧАЕС було виявлено і в інших країнах – Білорусії (уражено 500 тис. га землі, 215 тис. га стали зоною), Росії, Австрії, Угорщині, Італії, Польщі, Румунії, Туреччині, Німеччині, Англії, радіонукліди виявлені в Бразилії.

Запитання і завдання для контролю і самоконтролю знань

1. Що називається радіоактивністю?

2. Що собою являють природна і штучна радіоактивність?

3. Які Ви знаєте типи радіоактивних перетворень? Наведіть приклади ядерних реакцій.

4. Для яких елементів періодичної системи характерне спонтанне ділення? Охарактеризуйте його особливості.

5. Охарактеризуйте вплив радіоактивності на біологічні об’єкти.

Лекція 6.2. ХІМІЯ ТА ЕКОЛОГІЯ

План

6.2.1. Причини утворення і екологічні наслідки озонових дір, парникового ефекту, смогів, кислотних дощів
Читайте також:
VIII. Реакції, в результаті яких утворюються високомолекулярні сполуки
АДАПТАЦІЙНІ РЕАКЦІЇ М'ЯЗОВОЇ СИСТЕМИ
АДАПТИВНІ РЕАКЦІЇ МІКРООРГАНІЗМІВ НА СТРЕСОВІ ДІЇ.
Аналітичні реакції та вимоги, яким вони повинні відповідати.
Антигени. Антитіла. Серологічні реакції .
Біогенні аміни та реакції декарбоксилювання
Види опор та їх реакції
Визначення реакції продуктів, кислотності і лужності.
В’язі. Реакції в’язей.
Гетерогенні реакції.
Гомогенні реакції.
Дефект маси та енергія зв’язку ядра. Ядерні сили

Переглядів: 873

<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>

Природна і штучна радіоактивність | Причини утворення і екологічні наслідки озонових дір, парникового ефекту, смогів, кислотних дощів

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.007 сек.