Ок-46. Термоядерные реакции.

 

Термоядерные реакции – это реакции синтеза легких ядер в более тяжелые при высокой температуре (термо - тепло).

 

Чем > Т, тем > u атомов. Большая Ек необходима для преодоления сил кулоновского отталкивания (ядра заряжены одноимённо).

 

Эти реакции протекают в водородных бомбах, в недрах Солнца и звезд. Возможный вариант использования термоядерной реакции в мирных целях: ТОКАМАК – ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками. 1. Тороид наполняется плазмой из . 2. С помощью магнитного поля катушки, одетой на тороид, плазма стягивается в шнур. 3. На первичную катушку подается импульс тока с конденсатора большой емкости. 4. По закону электромагнитной индукции в плазме возникает ток, порядка 106А, который и разогревает ее до больших температур. 5. вступают в реакцию синтеза. Через бланкет пропускается Н2О, которая превращается в пар. Пар вращает турбину. Время удержания плазмы в шнуре не менее 1 с.

Энергетическая эффективность:

Г. заменяют 750 тугляили400 тнефти,или250 гурана– 235.

 

В центре Солнца температура достигает 13 млн градусов. При этом атомы полностью ионизованы (потеряли все свои электроны). Столкновения ядер изотопов водорода, двигающихся с огромной скоростью, рождает ядерный синтез. Высвобождающаяся энергия поддерживает высокую температуру плазмы.

 

ОК-47. РАДИОИЗОТОПЫ. ПРИМЕНЕНИЕ. ЗАЩИТА ОТ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ.

РАДИОИЗОТОПЫ (РИ) радиоактивные изотопы всех химических элементов

РИ по своим химическим свойствам не отличаются от нерадиоактивных изотопов тех же химических элементов (одинаковое число электронов в атоме). Поэтому радиоактивность является своеобразной меткой, с помощью которой можно проследить за распространением этого химического элемента. Этот метод меченых атомов применяется в биологии и физиологии (исследование обмена веществ в организме); медицине ( для диагностики и лечения заболеваний).

Ионизирующее действие РИ изменяет физико-химических свойства веществ (твёрдость, хрупкость и др.); ускоряет химические реакции.

РИ применяются для диагностики и лечения злокачественных опухолей; в ядерном стимуляторе сердца; в криминалистике; как источник тепла для Лунохода; в радиоактивном молниеотводе; в промышленности (определения дефектов и толщины металлических корпусов, контроля износа деталей машин), в сельском хозяйстве (для увеличения урожайности, радиоселекции, консервации пищевых продуктов), в археологии (радиоуглеродный метод датировки) и т.д.

 

РАДИАЦИЯ.

 

ПОРАЖАЕТ	ВЫЗЫВАЕТ	ОСЛАБЛЯЕТ ИММУНИТЕТ-
костный мозг, селезёнку, лимфоузлы, возникаетбелокровие (лейкемия); пищеварительный тракт.	мутацию хромосом   до 3% рождений мутантов в последующих поколениях.	это косвенное следствие радиации: воспаление лёгких, инфаркты, нервные заболевания, тяжёлые формы гриппа.

ЗАЩИТА ОТ РАДИАЦИИ.

1. Удаление людей из зоны поражения ( ~ ).

2. Использование преград (g-излучение - свинец, нейтроны - кадмий, бор с предварительным замедлением графитом).

РАДИОПРОТЕКТОРЫ – вещества, увеличивающие устойчивость организма к радиации до двух и более раз (витамины, пептиды, янтарная кислота, каротин). Они ограничивают доступ кислорода к клеткам и препятствуют их быстрому делению. Этиловый спирт увеличивает сопротивляемость организма в 1,13 раза, но он попутно разрушает витамины. Поэтому сопротивляемость организма сводится к нулю.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

Инфра- и ультразвуки.

Колебания упругие, если частицы среды, выведенные из положения равновесия опять возвращаются к этому положению силами упругости. Все звуковые волны являются упругими механическими колебаниями. В жидкости и газах звуковые волны – продольные, а в твёрдых телах, кроме деформации сжатия и растяжения возникает деформация сдвига, которая вызывает смещение частиц перпендикулярно направлению распространения, т.е. кроме продольных волн возникают и поперечные.

Диапазон частот звуковых волн заключён в пределах от (1 ¸ 10¹³ Гц), который делится на 4 группы.

ИНФРАЗВУК. ЗВУК УЛЬТРАЗВУК ГИПЕРЗВУК n (1¸17)Гц n (17¸20000)Гц n (2 104 ¸109)Гц n (109 ¸1013)Гц

 

1. ИНФРАЗВУК с частотой в 7 Гц останавливает сердце, разрывает кровеносные сосуды, вызывает вынужденные колебания внутренних органов. Желудок, сердце лёгкие начинают резонировать, что приводит к их разрыву. Некоторые частоты вызывают состояние усталости, чувство тоски, морскую болезнь с головокружением и рвотой. Под влиянием инфразвука может рождаться чувство необъяснимого страха.

В одном из театров Лондона более полувека назад ставили пьесу, в середине которой действие переносилось в глубокое прошлое. Как ни пытался постановщик создать впечатление таинственности по ходу действия, ничего у него не получалось. Знаменитый учёный физик Р. Вуд, отличавшийся удивительной изобретательностью по части оригинальных физических опытов и экспериментов, находившийся на репетиции, предложил воздействовать на зрителей низкочастотным неслышимым звуком. На следующий день в театр привезли очень длинную и широкую трубу и пристроили её к органу. Труба не издавала слышимых звуков, но когда органист нажимал на клавишу, в театре происходило необъяснимое: дрожали оконные стёкла, звенел хрусталь в канделябрах. Все, кто присутствовал в это время на сцене и в зале почувствовали беспричинный страх. Все бросились в панике бежать из театра. Люди, жившие по соседству с театром, рассказывали, что и они испытывали в это время тоже самое.

Инфразвук присутствует всегда и везде, от него нет защиты. Он порождается грозами, ветрами, солнечными вспышками, выстрелами, взрывами, обвалами, землетрясениями, вентиляторами, компрессорами, двигателями, всеми медленно работающими машинами, городским транспортом.

Многие автомобилисты жалуются на неприятные ощущения и даже страх, который они испытывают при длительных поездках со скоростью, близкой к 100 км/ч. Некоторые водители жалуются на головокружение, напоминающее лёгкое опьянение, затуманивание зрения, повышенную сонливость, слабость.

3. УЛЬТРАЗВУК Применение: приготовление эмульсий (ртуть + вода, камфара + масло), стирка, диагностика и лечение некоторых заболеваний, старение вин, ускорение химических реакций, очистка металлических поверхностей от загрязнений, сварка металлов, изготовление отверстий сложной формы даже в стекле, для дезинфекции помещений и препаратов от вирусов и бактерий. Чем выше частота звука, тем короче длина волны и тем более направленно распространяется волна. Поэтому ультразвук находит применение в гидролокации на подводных и надводных судах.

Для получения УЗ применяют:

1) обратный пьезоэффект. – размеры пластин кристалла изменяются под действием переменного электрического поля, что приводит к образованию ультразвука (рис. 1).

L

Lсв

~

 

 

Рис. 1 Рис. 2

2) В 1847 г Джоуль открыл (см. рис. 2), что ферромагнетик (Ni, Fe, Со, наиболее это проявляется в никеле) в переменном магнитном поле деформируется – возникает явление – магнитострикция, приводящая к возникновению ультразвука.

 

ХРОНОЛОГИЯ ДРЕВНОСТЕЙ.

Американец Либби (1948 г) предложил радиоуглеродный метод хронологической маркировки ископаемых находок органического происхождения (Нобелевская премия 1960г).

В процессе обмена веществ живые растения усваивают углекислый газ СО₂. Основная часть углерода в атмосфере представлена стабильными изотопами ¹²С (99%) и ¹³С (»1%). Кроме них в составе СО₂ имеется небольшая (10^-10 %) примесь радиоактивного углерода ¹⁴С, который возникает в ядерной реакции под действием космического излучения из азота (n,p)¹⁴С. Этот изотоп усваивается живыми организмами вместе с основным. Травоядные животные получают его от растений, плотоядные от травоядных. Поэтому всё, что нас окружает обладают собственной радиоактивностью. Т.к. содержание ¹⁴С в атмосфере с течением времени почти не изменяется (средняя интенсивность космических лучей мало изменяется со временем), то и процентное содержание ¹⁴С в живых организмах тоже практически не изменяется. Каждый грамм «живого» углерода даёт 15 распадов в минуту.

Идея радиоуглеродного метода заключается в измерении остаточной радиоактивности найденного предмета и сравнении её со стандартным значением. Чем сильнее отличается радиоактивность от стандартной, тем предмет старше. Например, после гибели животного или растения количество ¹⁴С в остатках уменьшается из-за радиоактивности и не восполняется. Период полураспада этого изотопа 5736 лет. Следовательно, по прошествии этого времени распадов будет не 15, а приблизительно 7-8. Через 11500 лет – 4 и т.д. Более точно можно определить время гибели живого организма по формуле закона радиоактивного распада:

t

0 Т 2Т 3Т

N0     N0/2   N0/4 N0/8

, где Т – период полураспада, t – время, которое прошло со времени гибели животного.

Для выделения углерода нужно сжечь кусочек образца в замкнутом объёме и обработать образовавшийся СО₂ магнием.

СО₂ + 2Mg = 2MgO + C.

Затем у выделенного углерода измерить радиоактивность.

ТЯЖЁЛАЯ ВОДА

Изотопная разновидность воды, в которой лёгкий водород () замещён тяжёлым водородом – дейтерием (), называется тяжёлой водой. Тяжёлая вода – обязательный спутник обыкновенной воды. В каждых 10 л морской воды содержится 2 г тяжёлой и 1,5 г в водопроводной. Наибольшее количество тяжёлой воды находится в океанах и реках экваториальной зоны.

Физические и биологические свойства тяжёлой воды отличаются от свойств воды обыкновенной: ρ = 1,11 г/см³; t_кип = 101,4° С; t_пл. = 3,8° С. В тяжёлой воде не прорастают семена любых растений, в ней гибнут микробы. В малых дозах D₂O на живой организм действует угнетающе, в больших - вызывает смерть.

Тяжёлую воду впервые получили англичане Льюис и Макдональд в 1933 г. Первый завод по производству D₂O был построен в Норвегии В Веломорке. (В связи с тем, что возникла опасность получения атомной бомбы в Германии 27 февраля 1943 г норвежские патриоты взорвали этот завод и тем самым лишили германский урановый проект замедлителя). При столкновении с протоном в ядре дейтерия нейтрон теряет Е_ср(n=1) = Е₀ ∙1/2; после n соударений он теряет Е_ср(n) = Е₀ ∙(1/2)ⁿ. В результате скорость снижается. Такой нейтрон называется тепловым. Он поглощается и вызывает его деление.

В течение нескольких лет учёные Томска и Ленинграда исследовали влияние чистой талой воды (в ней содержится минимальное количество D₂O) на жизнедеятельность животных и растений. Они брали две группы кур одинаковой массы и возраста. Одних поили снеговой водой, других – водопроводной. В течение 3,5 месяца куры второй группы снесли 272 яйца, в то время как в первой - 538 яиц, причём более крупных. Когда цыплят поили водопроводной водой, они вели себя спокойно, но стоило налить талой воды, как они начинали пить с жадностью и устраивали из-за неё драку. Аналогичные опыты проводились со свиньями. Поросята, рождённые от свиньи, пившей талую воду, появились на свет массой 1,5 кг (в контрольной группе – 1 кг). Через месяц они набирали 9 кг (в контрольной группе – 5 кг). В Томском ботаническом саду талой водой поливали огурцы и редис. Огурцы увеличили урожайность на 50%. Редис – на 30%.

Эти и подобные опыты дали повод высказать предположение о причинах сезонных перелётах птиц. Возможно, что инстинктивная тяга перелётных птиц гнездиться на севере обусловлена тем, что талая вода способствует выведению здорового жизнестойкого потомства.

 

 

УРАН

В 1789 Г Мартин Клапорт (нем. химик) впервые выделил окись урана UO₂. В 1841 г Пилего (фр.) получил уран в чистом виде. Уран – металл серебристо-стального цвета, ρ = 19,04 г/см³; t_пл. = 1132° С. По виду похож на серебро, по плотности на платину, по химическим свойствам на вольфрам. Природный уран состоит из смеси двух изотопов: 99,28 % - U-238 и 0,72% U-235. Всего у урана 16 изотопов, все они радиоактивны с периодом полураспада от 1,3 мин (U-237) до 7,1∙10⁸ лет (U-235). В среднем в каждом грамме земной коры содержится 3∙10^─6 г урана, в каждой тонне гранита – 25 г.

Известно около 200 соединений и минералов урана, среди которых особое место занимает UF₆. Это бесцветные кристаллы, которые уже при температуре 56,5° С превращаются в ядовитый газ. Фтористый уран - единственное газообразное соединение урана, позволяющее разделить его изотопы.

U-235 применяется в качестве ядерного горючего в реакторах на медленных нейтронах, а U-238, обогащённый до 15% ураном 235, – в реакторах на быстрых нейтронах.

ПЛУТОНИЙ

Плутоний – металл серебристого цвета, ρ = 19,8 г/см³; t_пл. = 640° С. Химический элемент из семейства актиноидов. Получен искусственно в начале 40-х годов 20 века. Существует 15 изотопов – от Рu -231 до Рu -246. все они радиоактивны с периодом полураспада от 20 мин до 76 млн. лет. Рu -239 a радиоактивен с периодом полураспада 24360 лет:

Рu -239 подобно U-235 делится под действием медленных нейтронов и является лучшим ядерным топливом в реакторах на медленных нейтронах и ядерной взрывчаткой. Критическая масса шарообразного куска плутония 9,65 кг. В природе этого элемента практически нет. Он получается в реакторах - размножителях на быстрых нейтронах:

Плутоний отделяется от урана, из которого он получен, химическим путём. Для выделения 1 г плутония надо переработать 1 кг облучённого урана, пропустив его через десятки (30) химических реакций и более сотни операций. В августе 1944 г в Хенфорде были запущены «Урановые котлы», которые давали по 1 кг плутония в день. В арсеналах разных стран накоплено более 50 тысяч водородных бомб. В них ядерным запалом служит Рu -239. Этого достаточно, чтобы уничтожить 3 таких планеты, как Земля.