Главная страница
qrcode

Гладков К.А. Атом от А до Я (1974)_распознан. Заслуженный работник культуры рсфср кирилл Александрович гладков (1903 1973 гг.) известен советскому к зарубежному читателю как замечательный популяризатор науки и техники. Им написано более десяти книг


Скачать 78.95 Mb.
НазваниеЗаслуженный работник культуры рсфср кирилл Александрович гладков (1903 1973 гг.) известен советскому к зарубежному читателю как замечательный популяризатор науки и техники. Им написано более десяти книг
Дата10.09.2019
Размер78.95 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаГладков К.А. Атом от А до Я (1974)_распознан.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипКнига
#64819
страница5 из 16
Каталог
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

79
тяжелой частицей, разогнанной до большой скорости. В опыте английских ученых слитием это был протон. Следовательно, на данной фазе происходит поглощение энергии. Но как только частицы разбиваемого ядра разойдутся на расстояние больше двух диаметров ядра, действие внутриядерных сил прекращается и вступают в действие исключительно огромные силы отталкивания одинаково заряженных протонов.
Разлетающиеся в стороны с колоссальной скоростью частицы обладают энергией, значительно больше той, которая была затрачена на разрушение этого атома.
Ну а что произойдет при попытке соединить вместе четыре отдельных ядра атомов водорода (протона, чтобы получить ядро атома гелия?
Логично предположить, что сначала нужно затратить значительную энергию, чтобы преодолеть непрерывно нарастающее отталкивающее действие четырех положительных зарядов протонов. Но еще большее, поистине чудовищное количество энергии выделится после того, как, сблизившись и войдя в сферу действия ядерных сил притяжения, протоны затем как бы сольются в новое ядро (защелкнутся. При этом два протона превратятся в нейтроны, выбросив два позитрона и два нейтрино. Ив качество
ве конечного результата появится избыточное количество энергии, сопровождающееся уменьшением некоторого количества массы. Разность между массой частиц до реакции слияния их в ядро атома более тяжелого элемента и массой образовавшегося в результате этой реакции ядра называют дефектом массы Теперь можно заняться подсчетами.
Сумма масс нуклонов, принимающих участие в реакции, равна 2 протона X 1,0072 4- 2 нейтрона X 1,0086 — 4,0316 а.е.м. Массаже ядра атома гелия, когда-то ранее сложившегося из таких частиц, составляет 4,0028 а.е.м. Разница 0,0288 а.е.м. Тем не менее даже такое, казалось бы, ничтожно малое уменьшение массы эквивалентно энергии Мэв\
Дефект массы наблюдается не только присоединении протонов и нейтронов в ядре атома, но ив тех случаях, когда ядро атома тяжелого элемента делится на два более легких ядра.
Но ... не у всех элементов при сложении или делении ядер атомов выделяющаяся энергия превосходит затрачиваемую. Это относится к очень ограниченному числу атомов к самым легким — водороду, дейтерию, тритию, гелию, литию, и самым тяжелым — урану, плутонию. Все элементы середины таблицы Д. И. Менделеева никаких выгод в этой части не представляют. По этой причине булыжник при дороге, кусок железа, серебро, золото, ртуть и другие вещества до скончания веков останутся тем, чем они есть сейчас. Вот почему взрыв атомной или водородной бомбы не вызывает детонации и взрыва всех окружающих нас веществ воды, воздуха, почвы, всей планеты.
Избыточная энергия при слиянии легких элементов будет выделяться только в том случае, если в 443 81
соответствующую ядерную реакцию удастся вовлечь все наличные атомы или их значительную часть. А даже при самой мощной бомбардировке, пользуясь имеющимися в распоряжении ученых источниками тяжелых снарядов ускоренных альфа-частиц, дейтронов и протонов — в цель попадает едва одна десятимиллионная их часть. Все же остальные пролетают мимо. Вот почему тысячи ученых во всех странах мира изыскивают способы и средства вмешиваться в происходящие в недрах атомов физические процессы, стем чтобы, управляя некоторыми из них, высвобождать скрытую в них энергию (см. Термоядерная реакция).
ДЕ БРОЙЛЯ ВОЛНА. Согласно квантовой механике, всякая частица обладает одновременно как сгойствами типичной материальной частицы, таки волновыми свойствами. В частности, любая частица вещества, движущаяся с некоторым заданным импульсом (импульс — произведение массы частицы на скорость, проявляет волновые свойства, соответствующие длине волны, равной постоянной Планка, деленной на величину импульса. Вследствие чрезвычайно малого значения постоянной Планка длина волны большинства материальных объектов ничтожно мала, поэтому их волновые характеристики почти не поддаются измерению. Однако для малых частиц — протонов или электронов, волновые свойства уже легко обнаруживаются и поддаются точному измерению. Впервые длину волны сданным импульсом предсказали вычислил в 1923 г. французский ученый Луи де Бройль. Впоследствии волновые свойства, предсказанные де Бройлем, были обнаружены у всех других элементарных частиц (см. Элементарные частицы).

ДЕЗАКТИВАЦИЯ — методы и средства удаления радиоактивных веществ с одежды, оборудования, различных сооружений и местности, оружия и боевой техники, попадающих на них при технологических процессах, связанных с получением и применением естественных и искусственных радиоактивных веществ, в результате небрежности, аварий или вследствие применения атомного оружия.
ДЕЙТРОН — ядро атома дейтерия (тяжелого водорода. Самая простейшая в природе ядерная система, состоящая
всего из двух частиц — протона и нейтрона, связанных между собой внутриядерными силами. Энергия связи протона с нейтроном в дейтерии равна 2,1
Мэв.
Д ЕЛ Я ЩИ ЕС Я ВЕЩЕСТВА — вещества, способные вступать в ядерную реакцию деления при облучении их нейтронами. Такими свойствами обладают уран, уран при облучении только быстрыми нейтронами с энергией выше 1
Мэв),
искусственно получаемые в ядерных реакторах плутоний и изотоп уран (он образуется в результате облучения тория нейтронами. Деление урана, плутония и урана позволяет осуществлять самопод- держивающуюся цепную ядерную реакцию.
ДИССОЦИАЦИЯ — распадение молекул на составляющие их атомы или группы атомов, например, под действием очень высоких температур. Обратный процесс называют рекомбинацией, те. соединением атомов в моле­
кулы.
ДОЗА —• величина, являющаяся мерой действия излучения в какой-либо среде. Это столь тонкое понятие, что в зависимости от среды, типа и характера излучения приходится устанавливать несколько разновидностей доз.
Ф из и ческой дозой называется энергия рентгеновского или гамма-излучения, поглощенная одним кубическим сантиметром воздуха. Единица измерения — рентген (р. Дозы других ионизирующих излучений, отличных от рентге- П новского или гамма-излучений (например, заряженных чад Д стиц, нейтронов, измеряют физическим эквивалентом ре н тге -^ Ч на
(фэр),
те. это доза такого излучения, которое по своему ионизационному действию эквивалентно одному рентгену рентгеновского или гамма-излучений.
При одинаковом физическом ионизационном эффекте альфа, бета- и других частиц их воздействие на живые клетки и организмы различно, поэтому применяют еще и биологический эквивалент рентгена бэр те. в зависимости от вида ионизирующего излучения различают дозу гамма-облу­
чения, дозу рентгеновского облучения, дозу смешанного облучения, нейтронную дозу и т. д.
При облучении людей и живых организмов различают поверхностную дозу, глубинную дозу и тканевую дозу. Кроме того, существует разделение на локальную дозу, те. дозу, приходящуюся на какую-то ограниченную область тела, и дозу облучения, которой подвергается весь организм.
Предельно допустимой дозой общего облучения человека считается доза, которая в свете современных знаний не должна вызывать значительных повреждений организма в любой момент на протяжении всей жизни.
В Советском Союзе запредельно допустимую дозу общего интегрального) облучения принята доза 5 бэр за 1 год. Предельно допустимой дозой ежедневного облучения для лиц, работающих с ионизирующими излучениями, в настоящее время считается 0,017 бэра за неделю — 0,1
бэр.
ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ, ДОЗИМЕТРИЧЕСКАЯ СЛУЖБА — система мероприятий, специально разработанных для контроля и обеспечения безопасности от ионизирующих излучений на предприятиях ив учреждениях, где имеются установки для облучения и ведутся работы с радиоактивными веществами — искусственными и естественными, а также для непрерывного контроля и учета доз облучения людей, радиоактивного заражения местности, воды, атмосферы, продовольствия, оборудования и сооруже­
ний.
Дозиметрический контроль осуществляют с помощью большого числа разнообразных приборов дозиметров, показывающих непосредственно дозу рентгенметров, определяющих мощность дозы, полученную за определенный отрезок времени и наконец, радиометров, измеряющих радиоактивную зараженность местности и окружающих пред­
метов.
Контрольные приборы конструируют специально для самых разнообразных случаев их применения для измерения внешнего фона излучения, радиоактивного загрязнения территории, помещений и рабочих поверхностей, загрязнения техники, одежды, рук, подошв обуви и т. п.
Приборы бывают стационарные, переносные, вплоть до карманных, снабженные звуковой и световой сигнализа­
цией.
ДОЧЕРНЕЕ ЯДРО. Распад ядер атомов урана, актиния и тория происходит последовательно, отдельными, следующими друг за другом ступеньками (см. Радиоактивные семейства На начальной ступеньке ядро каждого из этих элементов, распадаясь, превращается в дочернее ядро, которое, будучи радиоактивным, снова распадается, превращаясь в следующее радиоактивное ядро и т. д.
Цепочка распадов каждого из этих элементов заканчивается образованием конечного дочернего ядра уже стабильного, те. нерадиоактивного изотопа свинца цепочка урана свинцом, тория-232—свинцом-208, актиния — свинцом 84
ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ В АТОМНОЙ ТЕХНИКЕ ЖЕСТКАЯ МАГНИТНАЯ ФОКУСИРОВКА
целесообраз- источник тесредств преЖ ИДКИЕ МЕТАЛЛЫ В АТОМНОЙ ТЕХНИКЕ. При делении ядра атома урана или плутония более
3
/
4
выделяющейся энергии уносится двумя осколками, с огромной скоростью разлетающимися в разные стороны. Кинетическая энергия этих осколков деления прирезком торможении мгновенно переходит в тепло. Поэтому на данном этапе развития энергетики наиболее но использовать атомную энергию как пла.
Новая техника требует и передовых образования энергии. А соревноваться приходится с весьма совершенными паросиловыми установками. Например, коэффициент полезного действия тепловых электрических станций с турбинами, работающими на перегретом до 600—650° С паре и давлении до 300—350 атм достигает 38—41%. И поскольку ядерный реактор вступает в соревнование сними как своеобразный паровой котел, он должен обладать характеристиками по крайней мере не хуже современных паровых котлов. Однако здесь встречается целый ряд принципиальных трудно­
стей.
Паровой котел специально и конструируют, чтобы он выдерживал развивающиеся в нем огромные давления. Используемые для этого конструкционные материалы обладают определенной механической прочностью и жаростойкостью, поддающимися точному расчету и учету. А многие металлы и другие конструкционные материалы, подвергнувшиеся длительному облучению мощными потоками нейтронов и гамма-квантов, порой резко меняют почти все свои свойства например, ухудшаются механические свойства. Поэтому очень высокие давления внутриядерного реактора пока еще недопустимы.
В отличие от парового котла реактор может развивать любую мощность, но только при одном условии все образующееся при этом огромное количество тепла должно немедленно отводиться, иначе расплавятся урановые стержни или их оболочки, и вся ядерная установка окажется зараженной радиоактивными продуктами распада и выйдет из строя.
Но если у парового котла поверхность соприкосновения нагреваемых частей (труб) с охлаждающей их средой (теплоносителем) может быть как угодно большой, то поверхность тепловыделяющих элементов в рабочей зоне даже больших реакторов сравнительно мала. Следовательно, отпадает возможность и резкого повышения рабочих температур.
Есть ли пути радикального решения этого принципиального противоречия, в какой-то мере предопределяющего судьбы большой ядерной энергетики Нельзя лине развивая внутри реактора слишком высоких давлений, сравнять его по эффективности действия с современными паровыми кот­
лами?
Один путь — это естественный путь создания более жаростойких и прочных конструкционных материалов металлов, сплавов, новых веществ. Другой путь — поиски новых, более эффективных теп­
лоносителей.
В современных высокоэффективных и экономичных паровых котлах, особенно в компактных установках, в качестве теплоносителя все чаще и чаще стали применять обладающие большой теплопроводностью жидкие металлы ртуть, натрий, калий
висмут, их сплавы и пр. Преимущества их по сравнению с охлаждением водой и газами в ряде случаев огромны или просто несравнимы.
Но главное не это. Так как температура кипения натрия 800° Сто тепло от реактора можно отводить с помощью жидкого натрия, находящегося под давлением, равным обычному атмосферному Нагретая до такой температуры вода. превратившись в пар, развивала бы давление порядка 160 атм\
Благодаря высокой теплопроводности объем жидкого металла, необходимого для охлаждения реактора, может быть во много раз меньше, чем при использовании воды или газа.
Следовательно, охлаждение реактора жидкими металлами позволяет в принципе резко повысить рабочую температуру внутри реактора и получить достаточно высокий коэффициент полезного действия всей энергетической установки.
В Советском Союзе созданы установки, использующие в качестве теплоносителя жидкие металлы, и у них, несомненно, большое будущее.
«ЖЕСТКАЯ» МАГНИТНАЯ ФОКУСИРОВКА — особое устройство магнитной системы в циклических ускорителях заряженных частиц, позволяющее обжимать поток ускоряемых частиц не одновременно в вертикальной и горизонтальной плоскостях, как в первых ускорителях с мягкой фокусировкой, а поочередно, тов горизонтальной, тов вертикальной плоскости. Кроме того, благодаря особой конфигурации магнитного поля, удается еще и значительно уменьшить размах отклонения частиц в стороны при их движении в вакуумной камере ускорителя. Все это позволило резко сократить размеры и вес магнитной системы. В настоящее время все крупные циклические ускорители строятся с жесткой магнитной фокусировкой (см. Синхрофазотрон
ЗАПАЗДЫВАЮЩИЕ НЕЙТРОНЫ
ЗАЩИТА ОТ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
ЗАМЕДЛЕНИЕ НЕЙТРОНОВ. ЗАМЕДЛИТЕЛЬ
ЗАХВАТ НЕЙТРОНОВ ЯДРАМИ АТОМОВ
ЗАПАЗДЫВАЮЩИЕ НЕЙТРОНЫ. Процесс деления ядра атома урана или плутония на две части при попадании в него нейтрона длится около миллиардной доли секунды. Образующиеся осколки выбрасывают в среднем два или три нейтрона, которые могут быть использованы в свою очередь для деления уже двух или трех новых ядер делящихся веществ, те. для создания или поддержания саморазвивающейся ядерной реакции. Однако часть этих нейтронов (около 1%) испускается не сразу, ас некоторым запаздыванием — от долей секунды до нескольких десятков секунд. А запаздывание одного звена цепочки реакции деления приводит к замедлению всего процесса в целом. Если время действия 99% каждого поколения нейтронов равно
10
-5
сек а 1 % — 10 сек то среднее время действия всей совокупности нейтронов равно 0,1 секте. в
10 тыс. раз медленнее действия мгновенных нейт­
ронов.
Предположим, что мы довели коэффициент размножения нейтронов точно до единицы, те. до уровня, когда расход нейтронов наделение ядер атомов урана непрерывно восполняется рождением новых нейтронов. И если бы мы теперь пожелали увеличить его, допустим, доили до 1,007, то скорость реакции не подскочит сразу вверх до неуправляемой величины, те. в течение 10“
5
сек а начнет расти медленно — примерно в течение 0,1 сек А этого времени достаточно, чтобы без задержки вводить в реактор или выводить из него даже вручную) регулирующие стержни с поглощающими нейтроны веществами, которые не позволяют переступить опасный рубеж бурного размножения нейтронов, а в случае необходимости — мгновенно прервать ход реакции де­
ления.
ЗАЩИТА ОТ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ. Многочисленные области применения атомной энергии потребовали создания большого разнообразия всевозможных приборов, устройств, установок, приспособлений, а также специальной одежды, предназначенных для защиты лиц, прямо или косвенно имеющих дело с радиоактивными веществами и их излучениями, в длинной технологической цепочке — от преобразования исходного сырья до захоронения отходов атомной промышленно­
сти.
Разработана и постоянно совершенствуется строго продуманная система взаимно связанных, перекрывающих друг друга защитных линий. Первая линия такой защиты — полностью автоматизированные ограждения (барьеры, экраны, боксы, шлюзы, контейнеры, контрольно-проверочные установки и т. п, исключающие возможность войти в непосредственный контакт с радиоактивными веществами или по ошибке попасть в зону опасных ионизирующих излучений. Ведь в борьбе сними глухи и немы все естественные органы чувств человека. Поэтому исключительно богат арсенал средств второй линии защиты — так называемой дозиметрической аппаратуры, стационарной и переносной, самых разнообразных типов и назначений. Она предназначается как для измерений любых видов излучений, таки для обнаружения их присутствия вообще ив дозах, представляющих опасность для людей, в частности
Для более надежной (перекрестной) страховки применяют автоматические сигнализаторы, поднимающие тревогу при достижении любых, заранее установленных уровней излучения.
Так как существует опасность загрязнения воздуха, одежды, приборов и инструментов радиоактивными веществами, используют лабораторные приборы радиометры, позволяющие обследовать большие и малые подозрительные на возможность заражения площади. При обнаружении доз, превышающих норму, прибор автоматически подает сигнал опасности.
Для индивидуального контроля используют дозиметрические устройства, регистрирующие суммарную дозу облучения, полученную каждым работающим за полный рабочий день. Это разного рода приборы (карандаши, кассеты и пр) с кусочками специальной фотопленки, индивидуальные миниатюрные ионизационные камеры, карманные электрометры и т. п.
ЗАМ ЕДЛЕНИЕ НЕЙТРОНОВ. ЗАМЕДЛИТЕЛЬ. Замедлить нейтрон и заставить его потерять часть кинетической энергии можно только путем многочисленных столкновений с ядрами атомов, не поглощающих нейтроны. Чтобы при каждом таком столкновении терялось как можно больше энергии, масса ядра атома замедлителя должна быть равна массе нейтрона или близка к ней. Кроме того, вещество замедлителя должно быть стойким в условиях интенсивного облучения как нейтронами, таки другими видами излучения и высоких температур, которые существуют в ядерных реакто­
рах.
Например, отличным замедлителем служат обычная и тяжелая вода, гелий, бериллий, графит и некоторые другие вещества
ЗАХВАТ НЕЙТРОНОВ ЯДРАМИ АТОМОВ. В тех случаях, когда свободный нейтрон сблизится с ядром атома другого вещества на расстояние действия мощных ядерных сил (10


13
см он в зависимости от своей скорости (энергии) может или пролететь мимо, или быть втянутым в ядро этого атома. Присоединение нового, лишнего нейтрона добавляет ядру избыток энергии около 7 Мэв, что приводит ядро такого атома в возбужденное состояние, затем к образованию так называемого промежуточного ядра, которое через короткий промежуток времени распадается, высвобождая определенное количество энергии за счет испускания протона, нейтрона, альфачастицы или кванта гамма-излучения.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

перейти в каталог файлов


связь с админом