2018-03-09
130
Этого вопроса мы уже один раз коснулись, когда шла речь о радиоактивном углероде-14, позволяющем, в частности, проводить «ревизию» многих музейных экспонатов.
Назовем и некоторые другие возможные области практического использования естественных и искусственных радиоизотопов:
- в медицине (применение лучевой терапии для борьбы со злокачественными опухолями, ранняя диагностика заболеваний с помощью флюорографии, электрическая стимуляция сердца с использованием радионуклидных источников питания, изучение кровообращения и других процессов методом меченых атомов; этот метод основан на измерении активности радионуклида, например, радиоактивного натрия, при его перемещении по организму);
- в различных отраслях промышленности (контроль и автоматическое регулирование технологических процессов с помощью радионуклидных уровнемеров, измерителей плотности, концентрации вещества, толщины изделий, качества сварных швов, износа трущихся деталей и т.п., получение материалов с улучшенными свойствами в химической промышленности путем радиационного облучения, диагностика агрегатов в труднодоступных местах, применение противопожарных радионуклидных анализаторов дыма для обнаружения мест загорания);
- в агропромышленном комплексе (обработка пищевых продуктов ионизирующими излучениями малой мощности для обеспечения длительной сохранности, стерилизация вредителей сельскохозяйственных растений, исследование биосинтеза методом меченых атомов, радиационная генетика и селекция - например, облучение семян для повышения продуктивности растений);
- в малой энергетике (использование энергии распада радиоизотопного топлива в термоэлектрических генераторах малой мощности для автономного питания бортовой аппаратуры космических устройств, маяков, оборудования метеостанций и др.);
- в аналитической химии (использование высокочувствительных ядерно-физических методов анализа для определения микроконцентраций веществ).
В нашей стране производство радионуклидов для различных отраслей науки и техники было начато в 1948 г.
4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕЙТРОНОВ С ЯДРАМИ,
СЕЧЕНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Под ядерной реакцией понимается взаимодействие ядра с какой-либо частицей, приводящее к его перестройке. Такой тип взаимодействия возможен в том случае, когда частица приближается к ядру настолько близко, что ядерные силы становятся доминирующими. Расстояние сближения с ядром для заряженной частицы, например, протона, который испытывает кулоновское отталкивание от ядра, должно быть менее 1 ферми, а для нейтрона – порядка радиуса ядра. Взаимодействие нейтронов с ядрами связано только с ядерными силами.
В ядерной реакции можно выделить два этапа.
Сначала происходит поглощение налетающей частицы ядром и образование нового промежуточного ядра, которое называют составным (или компаунд-ядром), причем оно находится в возбужденном состоянии;
Затем следует распад составного ядра с испусканием каких-либо материальных частиц (нейтронов, протонов, электронов и др.) или γ-квантов, представляющих собой электромагнитное излучение; для очень тяжелых ядер (начиная с тория) возможным каналом распада может быть также и деление ядра.
Если в результате распада составного ядра испускается та же самая частица, которая на первом этапе ядерной реакции была поглощена, то такой тип взаимодействия частицы с ядром называется рассеянием.
Время жизни составного ядра достаточно велико - от 10 - 17 до 10 - 14-10 - 13 с.
Ниже будет показано, что при определенных условиях возможно рассеяние нейтрона и без образования составного ядра. Такой тип взаимодействия иногда тоже относят к ядерным реакциям и называют прямой ядерной реакцией, в отличие от другого типа – ядерных реакций, протекающих через составное ядро.
Как и в процессах радиоактивного распада нуклидов, в ядерных реакциях выполняются законы сохранения энергии, импульса, электрического заряда и суммарного количества нуклонов.
Известно, что у любого ядра, в том числе и у возбужденного, могут быть лишь конкретные энергетические состояния. Это означает, что образование составного ядра возможно только при вполне определенных значениях кинетической энергии бомбардирующей частицы, а при других своих энергиях частица не может быть принята ядром и при столкновении просто рассеивается (отражается) им.
Ядерные реакции могут проходить с выделением или поглощением энергии, причем эндотермические реакции требуют большей первоначальной энергии взаимодействующих частиц. Если же эта энергия недостаточна для образования составного ядра, то происходит рассеяние частицы ядром.
