Реферат: Ядерная энергия и ядерные энергетические установки

Основная масса естественных радиоактивных изотопов (7Be, 10Be, 35S, 32P, 33P,22Na, 14C,3H), возникающих при взаимодействии космического излучения с ядрами атомов химических элементов, входящих в состав воздуха, образуется в стратосфере, где и отмечаются наибольшие их концентрации.

5.2.1.2.Искусственная радиоактивность атмосферы.

Искусственные радиоактивные аэрозоли образуются при ядерных взрывах, а также при технологических или аварийных выбросах на предприятиях атомной промышленности. Через несколько десятков секунд после взрыва они содержат около 100 различных радиоактивных изотопов; наиболее токсичными из них считаются 90Sr, 137Cs, 14C, 131I. Высота заброса в атмосферу радиоактивных аэрозолей зависит от мощности и высоты ядерного взрыва, а характер распространения — от размеров частиц и от высоты заброса их в атмосферу. Основной механизм очищения атмосферы от радиоактивных аэрозолей — выпадение осадков. Среднее время t пребывания радиоактивного аэрозоля в нижней тропосфере (до момента его выпадения на земную поверхность) порядка несколько суток, а в верхней тропосфере 20-40 суток. Радиоактивные аэрозоли, попавшие в нижние слои стратосферы, имеют t около года и выше.  Радиоактивное загрязнение атмосферы от предприятий атомной промышленности имеет чаще всего локальный характер; однако, 85Kr распределён по всей тропосфере.

Изучение распространения естественных радиоактивных аэрозолей, а также продуктов ядерных взрывов позволило получить некоторые характеристики физики атмосферы, например, скорости обмена между атмосферами полушарий, а также между стратосферой и тропосферой.

5.2.2.  Радиоактивность вод.

Радиоактивность вод обусловлена присутствием в водах радиоактивных веществ, поступающих из атмосферы и вымываемых из почв и горных пород. В водах присутствуют как естественные природные изотопы (40K, 222Rn, 226Ra, 238U и другие), так и искусственные (в основном 90Sr, 90Y и 137Cs), возникшие вследствие ядерных взрывов и ядерных аварий. Как видно из таблицы 1, содержание естественных радиоактивных веществ в водах в зависимости от их происхождения колеблется в значительной степени.

Таблица 1.

Искусственные радиоактивные вещества в воды поступают вместе с осадками из атмосферы. Так, в результате активных испытаний ядерного оружия концентрация 90Sr в природных водах до 1968 непрерывно возрастала, достигая в отдельных случаях 1·10-11 кюри/л. Другой основной источник попадания искусственных радиоактивных веществ в водоёмы — сбросные воды предприятий по производству ядерного топлива.

5.2.3.  Радиоактивность горных пород.

Радиоактивность горных пород определяется содержанием в них радиоактивных элементов 238U, 235U, 232Th и 40K. Содержание других радиоактивных изотопов (87Rb, 150Nd и другие) существенно не влияет на общую радиоактивность, так как скорость их радиоактивного распада крайне мала. Среднее содержание изотопов урана в земной коре (до глубины 16 километров) составляет около 2,5*10-4 %, тория 1,3*10-3%, радиоактивного изотопа калия 0,029%. Кроме того, в горных породах присутствуют продукты распада радиоактивных элементов, которые иногда мигрируют в окружающие породы и образуют в земной коре струи подземных газов (гелий, аргон и т.д.). В почвах накапливается радон, имеющий радиогенное происхождение.

Среди извержённых горных пород наибольшей радиоактивностью обладают кислые (U—3.5*10-4; Th—1.8*10-3), наименьшей — ультраосновные породы (U—3*10-7; Th—5*10-7). В кристаллических горных породах радиоактивные элементы частично входят в состав ортита, циркона, монацита, апатита, сфена и других, а также частично присутствуют в форме окислов, химически не связанных с определёнными минералами.

Содержание радиоактивных элементов в осадочных горных породах определяется их происхождением; максимальные концентрации в органогенных осадках обусловлены присутствием углерода органического происхождения, фосфатов и других веществ, являющихся важными осадителями урана (напротив, хемогенные осадки — гипс, каменная соль — отличаются низкой радиоактивностью).

4.3  Альфа-распад.

Энергия связи ядра  характеризует   его устойчивость к распаду на составные части. Если энергия связи ядра меньше энергии связи продуктов его распада, то это означает, что ядро может самопроизвольно (спонтанно) распадаться. При альфа-распаде  альфа-частицы уносят почти всю энергию и только 2 % ее приходится на вторичное ядро. При альфа-распаде массовое число изменяется на 4 единицы, а атомный номер на две единицы.

Начальная энергия альфа-частицы составляет 4-10 МэВ. Поскольку альфа-частицы имеют большую массу и заряд, длина их свободного пробега в воздухе невелика. Так, например, длина свободного пробега в воздухе альфа-частиц, испускаемых ядром урана, равна 2,7 см, а испускаемых радием, - 3,3 см.

4.4 Бета-распад.

Это процесс превращения атомного ядра в другое ядро с изменением порядкового номера без изменения массового числа. Различают три типа b-распада: электронный, позитронный и захват орбитального электрона атомным ядром. Последний тип распада принято также называть К-захватом, поскольку при этом наиболее вероятно поглощение электрона с ближайшей к ядру К оболочки. Поглощение электронов с L и М оболочек также возможно, но менее вероятно. Период полураспада b -активных ядер изменяется в очень широких пределах.

Число бета-активных ядер, известных в настоящее время, составляет около полутора тысяч, но только 20 из них являются естественными бета-радиоактивными изотопами. Все остальные получены искусственным путем.

Непрерывное распределение по кинетической энергии испускаемых при распаде электронов объясняется тем обстоятельством, что наряду с электроном испускается и антинейтрино. Если бы не было антинейтрино, то электроны имели бы строго определенный импульс, равный импульсу остаточного ядра. Резкий обрыв спектра наблюдается при значении кинетической энергии, равной энергии  бета-распада. При этом кинетические энергии ядра и антинейтрино равны нулю и электрон уносит всю энергию, выделяющихся при реакции.

При электронном распаде остаточное ядро имеет порядковый номер на единицу больше исходного при сохранении массового числа. Это означает, что в остаточном ядре число протонов увеличилось на единицу, а число нейтронов, наоборот, стало меньше: N=A-(Z+1).

4.5 Позитронный бета-распад.

При  позитронном распаде сохраняется полное число нуклонов, но в конечном ядре на один нейтрон больше, чем в исходном. Таким образом, позитронный распад может быть интерпретирован как реакция превращения внутри ядра одного протона в нейтрон с испусканием позитрона и нейтрино.

4.6 Электронный захват.

 К электронному захвату относится процесс поглощения атомом одного из орбитальных электронов своего атома. Поскольку наиболее вероятен захват электрона с орбиты, наиболее  близко расположенных к ядру,  то с наибольшей вероятность поглощаются электроны К-оболочки. Поэтому этот процесс называется также К-захватом.

С гораздо меньшей  вероятностью происходит захват электронов с L-,M-оболочек. После захвата электрона с К-оболочки происходит ряд переходов электронов с орбиты на орбиту, образуется новое атомное состояние испускается рентгеновский квант.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6