Технические применения ионизирующих излучений

Ионизи́рующее излуче́ние — в самом общем смысле — различные виды микрочастиц и физических полей, способные ионизировать вещество. В более узком смысле к ионизирующему излучению не относят ультрафиолетовое излучение и излучение видимого диапазона света, которое в отдельных случаях также может быть ионизирующим. Излучение микроволнового и радиодиапазонов не является ионизирующим^{[1][2][3][4][5]}, поскольку его энергии недостаточно для ионизации атомов и молекул в основном состоянии.

1)Метод меченых атомов - методика по введению особого изотопа в биологически важный метаболит (или продукт питания), после чего прослеживаются последовательные реакции этого метаболита в организме путем наблюдения за судьбой меченого изотопа в продуктах распада, крови, моче и т.д. На основании этих данных строится метаболизм. Использование меченых изотопов стало возможным благодаря широкому развитию методов получения изотопов. Ионизирующие излучения применяются в различных отраслях тяжёлой (интроскопия) и пищевой (стерилизация медицинских инструментов, расходных материалов и продуктов питания) промышленности, а также в медицине (лучевая терапия, ПЭТ-томография). Для лечения опухолей используют тяжёлые ядерные частицы такие как протоны, тяжёлые ионы, отрицательные π-мезоны и нейтроны разных энергий. Создаваемые на ускорителях пучки тяжёлых заряжённых частиц имеют малое боковое рассеяние, что дает возможность формировать дозные поля с чётким контуром по границам опухоли.

2) использование проникающей способности ионизирующих веществ

3) ионизирующая способность

4) наведённая радиоактивность: Многие стабильные атомы в результате облучения и соответствующей индуцированной ядерной реакции превращаются в нестабильные изотопы. В результате такого облучения стабильное вещество становится радиоактивным, причем тип вторичного ионизирующего излучения будет отличаться от первоначального облучения. Наиболее ярко такой эффект проявляется после нейтронного облучения.

 

 

Трансурановые элементы

ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ -хим. элементы с ат. номерами Z >92, расположенные в периодич. системе элементов за ураном. Т. э. испытывают радиоакт. распад. Из-за относительно малого времени жизни они не сохранились в земной коре. Возраст Земли около 5 • 10⁹ лет, а период полураспада Т_1/2 наиб. долгоживущих Т. э. ~ 10⁸ лет. За время существования Земли Т. э., возникшие в процессе нуклеосинтеза,практически полностью распались. В природных минералах найдены лишь микроколичества²⁴⁴Рu(T _1/2 = 8•10⁷ лет).

Первые Т. э.- нептуний (Z = 93) и плутоний (Z = 94) синтезированы Э. Макмилланом (Е. М. МсМillan) и Г. Сиборгом (G. Th. Seaborg) с сотрудниками в 1940 в Беркли (США) [1 ]. Они были получены в результате ядерной реакции при облучении мишени из U нейтронами или a-частицами. При облучении урана мощным потоком нейтронов возможна реакция последоват. захвата нейтронов. Захват нейтрона сопровождается последующим бета-распадом нового изотопа, что увеличивает ат. номер на единицу. В совр. реакторах этот метод позволяет получать элементы вплоть до Fm (Z = 100). Для элементов с Z > 100 он "не работает" вследствие очень малого времени жизни, к-рый является звеном последоват. цепочки на пути к менделевию с Z=101. Впервые менделевий был синтезирован в 1955 облучением эйнштейния ускоренными ионами Не. В дальнейшем в реакциях с более массивными ядрами трансурановая область была значительно расширена вплоть до элемента c Z =112.

Установлено, что Т. э. с Z от 93 до 103 относятся к группе актиноидов, к-рые по своим хим. свойствам близки к лантаноидам (редкоземельным элементам). Хим. свойства элемента с Z=104, первого элемента т. н. т р а н с а к-т и н и д н о й о б л а с т и, подобны Hf (элемент IV группы), а элемент с Z=105 является аналогом Та (V группа) [3]. Это подтверждает фундам. закон периодичности хим. свойств элементов, открытый Д. И. Менделеевым.

Типичными каналами (модами) распада, определяющими времена жизни ядер, являются бета-распад, электронный захват, альфа-распад и спонтанное деление ядер. Для тяжёлых ядер с Z> 102 наиб. вероятны a-распад и спонтанное деление (открыто Г. Н. Флёровым и К. А. Петржаком в 1940) [4]. Последнее играет определяющую роль, т. к. именно этот тип распада рассматривается как гл. фактор, лимитирующий возможное число элементов.

По мере продвижения ко всё более далёким элементам в реакции синтеза оказываются вовлечёнными всё более массивные бомбардирующие частицы. Их слияние с ядрами мишени не всегда осуществляется беспрепятственно. Т. о., процессы слияния иделения ядер определяют возможности продвижения к новым элементам конца периодич. системы элементов.

Остров стабильности — трансурановая область на карте изотопов, для вследствие предельного заполнения в ядре протонных и нейтронных оболочек, время жизни изотопов значительно превышает время жизни «соседних» трансурановых изотопов.

 

 

Ядерная астрофизика

ЯДЕРНАЯ АСТРОФИЗИКА -раздел астрофизики, тесно связанный с ядерной физикой и с теорией взаимодействий элементарных частиц. Перекрывается с физикой космических лучей и с нейтринной астрофизикой. Я. а. использует достижения лаб. и теоретич. ядерной физики для объяснения источников энергии астр. объектов, происхождения хим. элементов, для космохронологии. В свою очередь, нек-рые астр. наблюдения позволяют наложить ограничения на ряд параметров теории взаимодействий элементарных частиц с точностью, к-рую невозможно достичь в лаб. экспериментах (особенно для слабовзаимодействующих частиц, напр. нейтрино).

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ -процессы, идущие при столкновении ядер или элементарных частиц с др. ядрами, в результате к-рых изменяются квантовое состояние и нуклон-ный состав исходного ядра, а также появляются новые частицы среди продуктов реакции.

СВЕРХНОВЫЕ ЗВЁЗДЫ - звёзды, блеск к-рых при вспышке увеличивается на десятки звёздных величин в течение неск. суток. Вспышка происходит в результате взрыва звезды на конечной стадии её эволюции.

ВЗРЫВНОЙ НУКЛЕОСИНТЕЗ в астрофизике- образование хим. элементов в ядерных реакциях, происходящих во время потери звездой гидростатич. равновесия и её полного или частичного разрушения, напр. при вспышках сверхновых звёзд.

ГРАВИТАЦИОННЫЙ КОЛЛАПС - гидродинамич. сжатие космич. объекта под действием собств. сил тяготения, приводящее к значит. уменьшению его размеров.

Ядерные реакции, являются осн. источником энергии также вспышек сверхновых звёзд типа I a. Термоядерные взрывы при вспышках таких сверхновых сопровождаются выбросом больших кол-в радиоакт. изотопов ⁵⁶Ni (переходящих в ⁵⁶Со, а затем в ⁵⁶Fe) и др. элементов, образуемых при взрывном нуклеосинтезе. Механизм взрыва сверхновых звёзд, связанных с гравитационным коллапсом (ныне принято отождествлять их со сверхновыми II типа), не установлен, тем не менее ясно, что взрывное энерговыделение в недрах сверхновой звезды порождает мощную ударную волну, за фронтом к-рой происходит нуклеосинтез, в частности синтез радиоактивного ⁵⁶Ni. Кол-во ⁵⁶Ni, выбрасываемого в межзвёздную среду при вспышке сверхновой звезды II типа, в неск. раз меньше, чем при вспышке типа I a. Но частота вспышек II типа в галактике (типа нашей) выше, так что, вероятно, именно они играют важную роль в обогащении межзвёздной среды элементами "железного пика"

Из-за высокой изотропии К. л. наблюдения у Земли не позволяют установить, где они образуются До начала 70-х гг. 20 в. многие исследователи считали, что К. л. с эВ имеют в основном метагалактич. происхождение. Теория происхождения К. л. опирается не только на гипотезу о галактич. природе источников К. л., но и на представление о том, что К. л. длительное время удерживаются в Галактике, медленно вытекая в межгалактич. пространство. Двигаясь по прямой, К. л. покинули бы Галактику спустя неск. тысяч лет после момента генерации. Свойство атмосферы поглощать космические лучи было обнаружено еще в первых экспериментах В. Гесса. Попадая в атмосферу Земли, космические частицы (а это в основном протоны и ядра более тяжёлых элементов, чем водород) испытывают столкновения с её атомами и молекулами. В результате происходит расщепление ядер и образование многочисленных вторичных частиц.

Причина свечения звёзд. Звезда является небесным телом, которое с Земли видится как светящаяся точка на ночном небе. Вообще звезды — это огромные шары из раскаленных газов. В центральной их части температура достигает 6 000 000°С. При такой температуре протекает термоядерная реакция, преобразующая водород в гелий. При этом выделяется колоссальное количество энергии. Эта энергия из центра звезды прорывается к поверхности и излучается в космос в виде света.

Эволюция звезды - последовательность изменений, которым звезда подвергается в течение её жизни, то есть на протяжении сотен тысяч, миллионов или миллиардов лет, пока она излучает свет и тепло. В течение таких колоссальных промежутков времени изменения оказываются весьма значительными. Звезда начинает свою жизнь как холодное разрежённое облако межзвёздного газа, сжимающееся под действием собственного тяготения и постепенно принимающее форму шара и заканчивает жизнь в качестве Белого карлика.