ЗМІСТ
Введення. 3
1. Фізика атомного ядра. Структура атомних ядер. Ядерні сили. 5
2. Енергія зв'язку ядер. Дефект маси. Ядерні сили. Ядерні реакції. 7
3. Закон радіоактивного розпаду 12
4. Вимірювання радіоактивності і радіаційний захист 14
Висновок. 19
Список використаної літератури. 21
Введення.
Атомна фізика виникла на рубежі 19-20 ст. на основі досліджень оптичних спектрів. Вона займалася вивченням будови атома і вивченням його властивостей. Була розроблена кількісна теорія атома. Подальші дослідження властивостей атомів і електронів завершилися створенням квантової механіки - фізичної теорії, що описує закони мікросвіту. Квантова механіка є теоретичним фундаментом атомної фізики, а вона в свою чергу виступає дослідним полігоном. Атомної фізикою встановлені оптичні спектри атомів різних хімічних елементів, зв'язок закономірностей спектрів з системою енергетичних рівнів, підтвердила те, що внутрішня енергія атома квантуется і змінюється дискретно. Внаслідок вивчення радіоактивності відбулося виділення ядерної фізики, що вивчає взаємоперетворення елементарних часток - фізика елементарних частинок. Атомна фізика досягла величезних успіхів у вивченні процесів, що відбуваються в атомних ядрах і взаємоперетворення елементарних часток. Але ця дисципліна вивчає ту частину, в якій не відбувається зміна з самим ядром, а тільки з електронною оболонкою. Ядерна фізика вивчає перетворення атомних ядер, що відбуваються як в результаті радіоактивних розпадів, так і в результаті різних ядерних реакцій. Досягнення ядерної фізики немислимі без використання досягнень фізики і техніки прискорювачів заряджених частинок. Саме створення різних прискорювачів елементарних частинок допомогли дослідникам у багатьох проблемах вивчення атомних ядер і їх перетворень. Важливою частиною ядерної фізики є нейтронна фізика, що займається ядерними реакціями, що відбуваються під дією нейтронів. Сучасна ядерна фізика розпадається на дві взаємопов'язані гілки - теоретичну й експериментальну ядерну фізику. Теоретична працює з моделями атомних ядер і ядерних реакцій. Експериментальна ядерна фізика використовує багатий арсенал сучасних дослідницьких засобів, включаючи ядерні реактори (як джерела могутніх пучків нейтронів), прискорювачі заряджених частинок (як джерело прискорених електронів, протонів, іонів, мезонів і т.д.), різноманітні детектори часток. [1] Ядерно -фізичні дослідження мають величезне чисто наукове значення, дозволяючи глибше проникати в таємниці природи. У той же час ці дослідження важливі й для практичного використання в ядерній енергетиці, медицині, в ядерних реакторах на криголамах, для вивчення ядерних реакцій для використання в мирних цілях, для синтезу матеріалів. Наша робота також присвячена ядерним реакціям, радіоактивності і способам захисту від результатів ядерних реакцій.1. Фізика атомного ядра. Структура атомних ядер. Ядерні сили.
Характер пов'язаної системи мікрооб'єктів, як і будь-якої системи, залежить не тільки від складу та будови її елементів, але й від їхньої взаємодії. Саме така взаємодія визначає зв'язаність і цілісність системи. З рівнем досягнутих знань мінялося і уявлення про структуру речовини. В якості первинної системи мікрооб'єктів спочатку розглядалися молекули як найменші одиниці речовини. Самі уявлення про структуру молекули поступово удосконалювалися і уточнювалися. Існувала думка, що структура молекули виникає завдяки взаємодії різнойменно заряджених атомів або груп атомів. Але це було не досконале судження. Надалі дослідники встановили, що при утворенні структур різні атоми не просто взаємодіють, але відомим чином перетворять один одного, так в результаті виходить цілісність або зв'язана система. Пізніше структуру молекул стали пов'язувати з поняттям валентності елемента. Подальшим кроком у цьому напрямку було вивчення того, яку роль в утворенні молекул з атомів грає ступінь напруженості та енергії, з якою вони зв'язуються один з одним. З усього цього необхідно усвідомити головне: структура з точки зору системного підходу являє собою упорядковану зв'язок і взаємодія між елементами системи, завдяки якій і виникають нові цілісні її властивості. У такій хімічної системі, як молекула, саме специфічний характер взаємодії атомів визначає нові цілісні властивості молекули.
Резерфорд поклав основу ядерної моделі атома як цілісної системи. Вона полягає у взаємодії ядра атома, що знаходиться в центрі атома і електронів, що обертаються навколо ядра. Ядро складається з позитивно заряджених протонів і не мають заряду нейтронів. Число електронів в атомі дорівнює числу протонів у ядрі. Оскільки маса електронів в 2000 разів менше маси протонів або нейтронів, тому вся маса атома зосереджена в ядрі. Різні електрони пов'язані з ядром в різній мірі, деякі з них атом легко втрачає, при цьому система переходить в інший стан, атом ставати позитивним іоном. Купуючи додатковий електрон, атом перетворюється в негативний іон. При поглинанні електромагнітного випромінювання, наприклад світла, атом збуджується і здійснює квантовий перехід з нижнього рівня на більш високий. У зв'язку з цим говорять про енергетичні рівнях атома, які визначають стан атома як системи.
Атомне ядро як цілісна система існує завдяки силам притягання, що пов'язують протони і нейтрони в атомному ядрі. Ці сили називаються ядерними або сильною взаємодією. Так як за здатністю до сильного взаємодії протон і нейтрон не відрізняються один від одного, тому їх розглядають як одну частинку - нуклон. Сильна взаємодія діє на малих відстанях (10 -15 м) і перевершує електромагнітне і гравітаційне, але воно зменшується зі збільшенням відстані.
Атомне ядро будь-якого хімічного елемента складається з протонів і нейтронів, зв'язаних між собою ядерними силами (сильним взаємодією). Протон - ядро атома водню має позитивний заряд, рівний абсолютній величині заряду електрона і спін (власний механічний момент імпульсу) Нейтрон - електронейтральна частка c таким же як у протона спіном. Протони і нейтрони мають дуже близькі маси (маса нейтрона більша маси протона приблизно на дві маси електрона) і невиразні з точки зору ядерних сил (т.зв. зарядова незалежність ядерної взаємодії), їх зазвичай називають нуклонами, тобто, "ядерними частинками ". Ядра, які мають однакове число протонів, але різну кількість нейтронів, називаються ізотопами. У легких і середніх ядер число протонів і нейтронів приблизно однаково.
Дифракційне розсіювання дозволяє отримати відомості не тільки про розмір, але і про розподіл матерії всередині ядра. Щоб пояснити, чому протони усередині ядра дуже міцно пов'язані, треба було ввести нову фундаментальну силу. Для подолання електростатичного відштовхування протонів ці (ядерні) сили повинні бути більше електростатичних.
У сучасній фізиці, заснованої на квантових принципах, замість сил прийнято використовувати поняття (потенційної) енергії взаємодії, тому що, саме потенційна енергія взаємодії входить в рівняння Шредінгера [2] або його узагальнення. Це дозволяє знайти стану системи (хвильові функції), розрахувати рівні енергії і (в принципі) визначити всі експериментально вимірювані характеристики, досліджуваного об'єкта. Так і ядерна взаємодія замість введення сил зручно задавати за допомогою потенційної енергії. Якщо не враховувати досить слабке електростатичне відштовхування, то сильна взаємодія протона з протоном, протона з нейтроном і нейтрона з нейтроном буде в будь-якому з цих випадків одним і тим же. Ця взаємодія називають нуклон - нуклони.
Точна аналітична залежність енергії нуклон - нуклонного взаємодії від відстані між нуклонами до цих пір точно не відома. При розрахунках використовують напівемпіричні вид потенціалу, який отримують з дослідів з розсіювання протонів і нейтронів на протонах.
Основні властивості і будова ядра
1. Ядром називається центральна частина атома, у якій зосереджена практично вся маса атома і його позитивний електричний заряд. Всі атомні ядра складаються з елементарних часток: протонів і нейтронів, що вважаються двома зарядовими станами однієї частинки - нуклона. Протон має позитивний електричний заряд, рівний по абсолютній величині заряду електрона. Нейтрон не має електричного заряду.
2. Зарядом ядра називається величина Ze, де е - величина заряду протона, Z - порядковий номер хімічного елемента в періодичній системі Менделєєва, дорівнює числу протонів у ядрі. В даний час відомі ядра з Z від Z = 1 до Z = 107. Для всіх ядер, крім
3. Число нуклонів у ядрі A = N + Z називається масовим числом. Нуклонів (протонів і нейтронів) приписується масове число, рівне одиниці, електрону - нульове значення А.
Ядра з однаковими Z, але різними А називаються ізотопами. Ядра, які при однаковому А мають різні Z, називаються изобарами. Ядро хімічного елемента X позначається
Усього відомо близько 300 стійких ізотопів хімічних елементів і понад 2000 природних і штучно отриманих радіоактивних ізотопів.
4. Розмір ядра характеризується радіусом ядра, що має умовний зміст через розмитість границі ядра. Емпірична формула для радіуса ядра
Щільність ядерної речовини складає по порядку величини 1017 кг/м3 і постійна для всіх ядер. Вона значно перевершує щільності найщільніших звичайних речовин.
5. Ядерні частинки мають власні магнітні моменти, якими визначається магнітний момент ядра Р m отруту в цілому. Одиницею виміру магнітних моментів ядер служить ядерний магнетон mяд:
Тут е - абсолютна величина заряду електрона, m p - маса протона, с - електродинамічна постійна. Ядерний магнетон в
6. Розподіл електричного заряду протонів по ядру в загальному випадку несиметрично. Мірою відхилення цього розподілу від сферично симетричного є квадрупольний електричний момент ядра Q. Якщо щільність заряду вважається скрізь однакової, то Q визначається тільки формою ядра. [4]
2. Енергія зв'язку ядер. Дефект маси. Ядерні сили.
Ядерні реакції.
1. Нуклони в ядрах перебувають у станах, що істотно відрізняються від їх вільних станів. За винятком ядра звичайного водню у всіх ядрах є не менше двох нуклонів, між якими існує особливе ядерне сильна взаємодія - тяжіння - що забезпечує стійкість ядер, незважаючи на відштовхування однойменно заряджених протонів.
2. Енергією зв'язку нуклона в ядрі називається фізична величина, що дорівнює тій роботі, яку потрібно зробити для видалення нуклона з ядра без повідомлення йому кінетичної енергії.
Енергія зв'язку ядра визначається величиною тієї роботи, яку потрібно зробити, щоб розщепити ядро на складові його нуклони без надання їм кінетичної енергії. Із закону збереження енергії випливає, що при утворенні ядра повинна виділятися така ж енергія, яку потрібно затратити при розщепленні ядра на складові його нуклони. Енергія зв'язку ядра є різницею між енергією всіх вільних нуклонів, що складають ядро, і їх енергією в ядрі.
3. При утворенні ядра відбувається зменшення його маси: маса ядра менше, ніж сума мас складових його нуклонів. Зменшення маси ядра під час його утворення пояснюється виділенням енергії зв'язку. Якщо W св - величина енергії, що виділяється при утворенні ядра, то відповідна їй маса Dm, рівна
називається дефектом маси і характеризує зменшення сумарної маси при утворенні ядра з складових його нуклонів. Якщо ядро з масою M отрута утворена з Z протонів з масою m p і з (AZ) нейтронів з масою m n, то
D m = Zm p + (AZ) m n-M отрута.
Замість маси ядра М отрута величину D m можна виразити через атомну масу М ат:
D m = Zm Н + (AZ) m n-M ат,
де m H - маса водневого атома.
При практичному обчисленні D m маси всіх частинок і атомів виражаються в атомних одиницях маси.
Дефект маси служить мірою енергії зв'язку ядра:
W св = D m з 2 = [Zmp + (AZ) mn-M отрута] з 2
Однією атомної одиниці маси відповідає атомна одиниця енергії (а.е.е.): а.е.е. = 931,5016 МеВ.
4. Удільної енергією зв'язку ядра w св називається енергія зв'язку, яка припадає на один нуклон: w св =
5. Критерієм стійкості атомних ядер є співвідношення між числом протонів і нейтронів в стійкому ядрі для даних ізобар. (А = const).
1. Ядерне взаємодія свідчить про те, що в ядрах існують особливі ядерні сили, що не зводяться ні до одного з типів сил, відомих в класичній фізиці (гравітаційних і електромагнітних).
2. Ядерні сили є короткодіючими силами. Вони проявляються лише на дуже малих відстанях між нуклонами в ядрі порядку 10-15 м. Довжина (1,5 ј2, 2) 10-15 м називається радіусом дії ядерних сил.
3. Ядерні сили виявляють зарядову незалежність: притягання між двома нуклонами однаково незалежно від зарядового стану нуклонів - протонного або нуклонного. Зарядова незалежність ядерних сил видно з порівняння енергій зв'язку в дзеркальних ядрах. Так називаються ядра, в яких однаково загальне число нуклонів, але кількість протонів в одному дорівнює числу нейтронів в іншому. Наприклад, ядра гелію
4. Ядерні сили мають властивість насичення, яке проявляється в тому, що нуклон у ядрі взаємодіє лише з обмеженим числом найближчих до нього сусідніх нуклонів. Саме тому спостерігається лінійна залежність енергій зв'язку ядер від їх масових чисел А. Практично повне насичення ядерних сил досягається у a-частинки, яка є дуже стійким утворенням.
Перша ядерна реакція
| PRIVATE 4 Лютий He + 14 липня N -> 17 серпня C + 1 1 H |
В іншій реакції
| PRIVATE 4 Лютий He + 4 вересня Be -> 12 Червень C + 1 0 n, |
Після відкриття нейтрона Д.Д. Іваненко і В. Гейзенберг висунули гіпотезу про протонно - нейтронному будову ядра.
Однією із загадок нейтронів було те, що їх не вдавалося виявити в речовині у вільному стані. Згодом було з'ясовано, що причиною тому є їхня нестабільність. Кожен нейтрон поза ядром в перебігу декількох хвилин мимовільно розпадається на протон, електрон і електронне антинейтрино внаслідок т.зв. слабкої взаємодії.
Ядерних реакцій з цього часу здійснено безліч. Відзначимо лише найважливіші типи:
| (Α, n) - реакції | |
| (Α, p) - реакції | |
| (N, α) - реакції | |
| (N, p) - реакції | |
| (N, γ) - реакції |
| Модель. Ядерні реакції. |
Маса частинок, з яких складається гелій, в ізольованому стані становить: електрони (2 ∙ 0,00055) + протони (2 ∙ 1,0076) + нейтрони (2 ∙ 1,0089) = 4,0341.
У компактному стані маса гелію-4 дорівнює 4,0039. Це зменшення в 0,0302 одиниці маси називається дефектом маси; її енергетичний еквівалент у відповідності з рівнянням Ейнштейна становить
На рис. 1 видно, що максимум стійкості припадає на масове число ~ 50. Це означає, що ядра легких елементів при злитті досягають більшої стійкості (ядерний синтез), а ядра важких елементів піддаються радіоактивному розпаду або ядерного поділу на два (три) фрагмента.
Ядерний поділ використовується для створення ядерної зброї або ядерних реакторів, в яких ядерні реакції піддаються управлінню і які є основою атомних електричних станцій (АЕС).
| Малюнок 2. Атомна бомба - найстрашніше сучасну зброю. |
У середньому при розподілі нестійкого урану-236 утворюються 2-4 нейтрона, що забезпечує ланцюговий механізм реакції ядерного поділу. Така ядерна реакція можлива з участю повільних (теплових) нейтронів з енергією 5-10 еВ. Нейтрони з високою енергією сповільнюються великий (критичної) масою урану (в атомній бомбі) або спеціальними сповільнювачами (графіт, важка вода) і поглиначами нейтронів (бор, кадмій) в атомних реакторах. Це дозволяє підтримувати швидкість утворення нейтронів в межах, необхідних для виділення енергії, заданої конструкцією реактора.
Малий вміст природного ізотопу урану-235 привело дослідників до необхідності використання інших, більш доступних діляться ядер в реакторах:
Другим напрямком в ядерній енергетиці є ядерний синтез, подібний відбувається на Сонці в азотно-вуглецевому циклі. Ядерний синтез кращий з двох причин: легкі ізотопи більш поширені, а продукти ядерного синтезу нерадіоактивні. Непереборною перешкодою для мирного здійснення ядерного синтезу гелію з реакції
Військовий варіант цього синтезу був здійснений у водневій бомбі, де необхідну початкову температуру створював атомний вибух:
3. Закон радіоактивного розпаду
Властивості радіактивно випромінювання були вивчені незабаром після відкриття Беккерелем радіоактивності в 1896 р. Виявилося, що існують три різні види ядерного випромінювання (альфа, бета і гамма). Після багаторічних досліджень було виявлено, що а-випромінювання складається з ядер гелію 2 квітня He, б-випромінювання - фотони з дуже високою енергією, м-випромінювання, як правило, складається з електронів.
Зразок урану 238 U випускає а-частинки за наступною схемою:
|
Теорія альфа-розпаду побудована Г.А. Гамовим в 1928 р.
У разі бета-розпаду більш ретельні дослідження показали, що деякі ядра замість електронів випускають їх античастинки - позитрони, крім того, випускання електронів або позитронів завжди супроводжується випромінюванням нейтрино або антинейтрино. (Нейтрино - це елементарна частинка з електричним зарядом рівним нулю, напівцілим спіном 1 / 2 і нульовий (або дуже малої) масою спокою.
Перша теорія бета-розпаду була побудована Е. Фермі в 1931 р.
Окрім добре відомих альфа, бета і гамма - розпадів в 1940 р. радянськими фізиками Г.М. Флерова і К.А. Петржака відкритий четвертий тип розпаду: мимовільне ділення ядер урану на дві приблизно рівні частини. У 1970 була виявлена протонна радіоактивність: викид протона з ядра. Ще один вид розпаду - двухпротонную і двухнейтронную радіоактивність, передбачений в 1960 р. радянським фізиком-теоретиком В.І. Гольданський. Експериментально цей вид розпаду ще не виявлений.
Радіоактивне випромінювання впливає на речовину і, передаючи речовині енергію, викликає в ньому електронне збудження, іонізацію і розрив хімічних зв'язків. Особливо небезпечно радіоактивне випромінювання для біологічних об'єктів, оскільки воно може порушити нормальне функціонування клітин, приводячи до незворотних наслідків і навіть до летальних наслідків. Вплив радіоактивного випромінювання на організм залежить від проникаючої здатності випромінювання. З трьох видів зовнішнього радіоактивного випромінювання найменшою проникаючою здатністю має α-випромінювання, яке практично повністю поглинається шкірним покривом. Бета-випромінювання здатне проникати під шкірний покрив на глибину до 1 см. Попадання в організм носіїв цих радіоактивних випромінювань досить небезпечно. Найбільшу небезпеку представляє собою гамма-випромінювання, оскільки воно має досить високу проникаючу здатність.
Великі надії вчені покладають на реакцію керованого термоядерного синтезу. Надії на практичну реалізацію керованого термоядерного синтезу продовжують залишатися "помірковано оптимістичними" протягом більше 40 років.
Якщо б вдалося здійснити керовані термоядерні реакції в промислових умовах, то це дало б доступ до практично невичерпних джерел енергії і позбавило б людство від загрози енергетичної кризи. З іншого боку, якщо вибухнуть ті величезні запаси водневих бомб, які накопичені (і продовжують накопичуватися багатьма країнами, не дивлячись на закінчення т.зв. холодної війни), то людство і велика частина всього живого на Землі буде знищено.
4. http://www.college.ru/chemistry/course/design/images/Fwd_h.gifhttp://www.college.ru/chemistry/course/design/images/Bwd_h.gifИзмерение радіоактивності і радіаційний захист
Ступінь опромінення визначається енергією, переданої живої тканини. Одиниця поглиненої дози в СІ називається грей (Гр): 1 Гр = 1Дж/кг. Значення дози, від якої протягом 30 діб гине 50% живих істот, позначають LD 50 (30). Для людини ця величина дорівнює 3 Гр.Біологічна ефективність впливу поглиненої дози характеризується еквівалентною дозою (ЕД), що дорівнює добутку D на коефіцієнт, що залежить від типу випромінювання і характеру тканини. Одиниця ЕД - зіверт (Зв). Гранично допустима середня індивідуальна ЕД дорівнює 350 мЗв: максимальне річне опромінення не повинно перевищувати 5 мЗв, а потужність дози - 0,6 мкЗв / год. Природний радіаційний фон 0,28 мЗв / рік. Позасистемна одиниця - бер: 1 Зв = 100 бер.
Інша одиниця - рентген - пов'язана з оцінкою числа іонів, що утворюються в результаті опромінення. При поглинанні в біологічній тканини 1 Бер = 1 рентген
Активність джерела радіоактивності вимірюється в кюрі (Ku); активність в 1 Ku відповідає 3,7 ∙ 10 10 ядерних розпадів, які відбуваються в 1 г радію за 1 с. Оскільки радіаційний вплив залежить не тільки від активності джерела, але також від енергії і проникаючої здатності випромінювання, то для вимірювання дози випромінювання використовують ще дві одиниці - радий і бер *). Радий - абревіатура англійського radiation absorbed dose (поглинена доза випромінювання) - відповідає поглинанню 1 кг речовини енергії випромінювання 0,01 Дж. Оскільки різні види випромінювання неоднаково впливають на організм, то дія випромінювання оцінюють у берах (біологічний еквівалент рентгена), що представляють собою добуток поглиненої дози випромінювання (в радах) на коефіцієнт якості випромінювання (КК):
*) Ще одна одиниця - рентген, по суті, відповідає раду.
еквівалентна доза випромінювання (в берах) = поглинена доза випромінювання (в радах) ∙ КК.
КК дорівнює одиниці для бета-і γ-променів і десяти для альфа-променів.
В середньому щорічно на людину припадає 0,1-0,2 бер фонового випромінювання Землі і космічних променів. Залежно від місця постійного проживання фонове випромінювання може помітно змінюватися. Як вже згадувалося, найбільш небезпечними виявляються джерела внутрішнього опромінення, основними з яких є 14 C, 90 Sr, 90 Y і 137 Cs, а найбільш шкідливим - 90 Sr, оскільки помітна його частина концентрується в скелеті і повільно виводиться з організму.
Використання радіоактивних матеріалів вимагає певної системи радіаційного захисту персоналу та населення. Проблема посилюється тим, що радіоактивні матеріали та радіоактивні відходи неможливо ліквідувати, їх необхідно складувати. Особливі труднощі створюють рідкі радіоактивні відходи, що утворюються при обробці суднових ядерних двигунів і переробці ядерного пального. До цих пір екологічні служби не визнали надійним жоден з розроблених способів тривалого зберігання радіоактивних відходів, включаючи найбільш перспективне складування у вигляді склоподібних та керамічних блоків у спеціально обладнаних підземних сховищах.
Працювати з радіоактивними препаратами можна тільки в спеціально обладнаних радіохімічних лабораторія
Необхідність захисту навколишнього середовища від небезпечних техногенних впливів промисловості на екосистеми
Характерні антропогенні радіаційні впливи на навколишнє середовище -· Забруднення атмосфери і територій продуктами ядерних вибухів при випробуваннях ядерної зброї у 60-ті роки,
· Отруєння повітряного басейну викидами пилу, забруднення територій шлаками, що містять радіоактивні речовини при спалюванні викопних палив у казанах електростанцій,
· Забруднення територій при аваріях на атомних станціях і підприємствах.
Більш локальні, але не менш неприємні наслідки - загибель озер, річок через неочищені радіоактивні скидання промислових підприємств.
Значну небезпеку для живих істот, для популяцій організмів у екосистемах представляють аварії на підприємствах хімічної, атомної промисловості, при транспортуванні небезпечних і шкідливих речовин. Відомі аварії на хімічному заводі в Бхопалі (Індія), на 4-му блоці Чорнобильської АЕС, аварії з нафтоналивними судами, та й результати швидкоплинної війни в Перській затоці показують масштаби екологічних лих сучасного суспільства. Очевидно, що необхідний радикальний перегляд наших відносин із природою, потрібні рішучі кроки по захисту навколишнього середовища, зокрема багаторазове посилення заходів впливу нормативних важелів на господарську практику. Абсолютно неприпустимо, щоб установлені нормативами граничні концентрації шкідливих речовин у повітрі, воді реально перевищувалися в сотні разів. Потрібно зробити невигідною чи навіть руйнівною зневагу до охорони навколишнього середовища. Право людей на чисте повітря, чисті ріки й озера повинне не тільки декларуватися, але і реально забезпечуватися всіма доступними для держави засобами.
Який же діапазон концентрацій шкідливих речовин слід контролювати? Наведемо приклади гранично допустимих концентрацій шкідливих речовин, які будуть служити орієнтирами в аналізі можливостей раціонального моніторингу навколишнього середовища.
В основному нормативному документі по радіаційній безпеці - Нормах радіаційної безпеки (НРБ-76/87) дані значення граничнодопустимих концентрацій радіоактивних речовин у воді і повітрі для професійних працівників і обмеженої частини населення. Дані по деяким важливих, біологічно активних радіонуклідах наведені в Таблиці 1.
Таблиця 1 Значення допустимих концентрацій для радіонуклідів.
| Нуклід, N | Період напіврозпаду, Т 1 / 2 років | Вихід при розподілі урану, % | Допустима концентрація, Ku / л | Допустима концентрація | ||
| в повітрі | в повітрі | в повітрі, Бк / м 3 | у воді, Бк / кг | |||
| Тритій-3 (Окис) | 12,35 | - | 3 * 10 -10 | 4 * 10 -6 | 7,6 * 10 3 | 3 * 10 4 |
| Вуглець-14 | 5730 | - | 1,2 * 10 -10 | 8,2 * 10 -7 | 2,4 * 10 2 | 2,2 * 10 3 |
| Залізо-55 | 2,7 | - | 2,9 * 10 -11 | 7,9 * 10 -7 | 1,8 * 10 2 | 3,8 * 10 3 |
| Кобальт-60 | 5,27 | - | 3 * 10 -13 | 3,5 * 10 -8 | 1,4 * 10 1 | 3,7 * 10 2 |
| Криптон-85 | 10,3 | 0,293 | 3,5 * 10 2 | 2,2 * 10 3 | ||
| Стронцій-90 | 29,12 | 5,77 | 4 * 10 -14 | 4 * 10 -10 | 5,7 | 4,5 * 10 1 |
| Йод-129 | 1,57 * 10 +7 | - | 2,7 * 10 -14 | 1,9 * 10 -10 | 3,7 | 1,1 * 10 1 |
| Йод-131 | 8,04 добу | 3,1 | 1,5 * 10 -13 | 1 * 10 -9 | 1,8 * 10 1 | 5,7 * 10 1 |
| Цезій-135 | 2,6 * 10 +6 | 6,4 | 1,9 * 10 2 | 6,3 * 10 2 | ||
| Свинець-210 | 22,3 | - | 2 * 10 -15 | 7,7 * 10 -11 | 1,5 * 10 -1 | 1,8 |
| Радій-226 | 1600 | - | 8,5 * 10 -16 | 5,4 * 10 -11 | 8,6 * 10 -3 | 4,5 |
| Уран-238 | 4,47 * 10 +9 | - | 2,2 * 10 -15 | 5,9 * 10 -10 | 2,8 * 10 1 | 7,3 * 10 -1 |
| Плутоній-239 | 2,4 * 10 +4 | - | 3 * 10 -17 | 2,2 * 10 -9 | 9,1 * 10 -3 | 5 |
Вплив атомних станцій на навколишнє середовище
Джерела радіації
Техногенні впливи на навколишнє середовище при будівництві й експлуатації атомних електростанцій різноманітні. Зазвичай кажуть, що є фізичні, хімічні, радіаційні й інші фактори техногенного впливу експлуатації АЕС на об'єкти навколишнього середовища.Відзначимо найбільш істотні фактори -
· Локальний механічний вплив на рельєф - при будівництві,
· Пошкодження особин в технологічних системах - при експлуатації,
· Стік поверхневих і грунтових вод, що містять хімічні і радіоактивні компоненти,
· Зміна характеру землекористування й обмінних процесів у безпосередній близькості від АЕС,
· Зміна мікрокліматичних характеристик прилеглих районів.
Виникнення могутніх джерел тепла у виді градирень, водойм-охолоджувачів при експлуатації АЕС звичайно помітним образом змінює мікрокліматичні характеристики прилеглих районів. Рух води в системі зовнішнього тепловідводу, скидання технологічних вод, що містять різноманітні хімічні компоненти надають травмуючу вплив на популяції, флору і фауну екосистем.
Особливе значення має поширення радіоактивних речовин в навколишньому просторі. У комплексі складних питань по захисту навколишнього середовища велику суспільну значимість мають проблеми безпеки атомних станцій (АС), що йдуть на зміну тепловим станціям на органічному викопному паливі. Загальновизнано, що АС при їхній нормальній експлуатації набагато - не менш ніж у 5-10 разів "чистіше" в екологічному відношенні теплових електростанцій (ТЕС) на куті. Однак при аваріях АС можуть робити істотний радіаційний вплив на людей, екосистеми. Тому забезпечення безпеки екосфери і захисту навколишнього середовища від шкідливих впливів атомних електростанцій - велика наукова і технологічна задача ядерної енергетики, що забезпечує її майбутнє.
Відзначимо важливість не тільки радіаційних факторів можливих шкідливих впливів АС на екосистеми, але і теплове і хімічне забруднення навколишнього середовища, механічний вплив на мешканців водойм-охолоджувачів, зміни гідрологічних характеристик прилеглих до АС районів, тобто весь комплекс техногенних впливів, що впливають на екологічне благополуччя навколишнього середовища.
Обмеження небезпечних впливів АС на навколишнє середовище
Атомні станції та інші промислові підприємства регіону роблять різноманітні впливи на сукупність природних екосистем, що складають екосферний регіон АС. Під впливом цих постійно діючих чи аварійних впливів АС, інших техногенних навантажень відбувається еволюція екосистем у часі, накопичуються і закріплюються зміни станів динамічної рівноваги. Людям зовсім небайдуже в яку сторону спрямовані ці зміни в екосистемах, наскільки вони оборотні, які запаси стійкості до значимих збурювань. Нормування антропогенних навантажень на екосистеми і призначено для того, щоб запобігати всі несприятливі зміни в них, а в кращому варіанті направляти ці зміни в сприятливу сторону. Щоб розумно регулювати відносини АС з навколишнім середовищем потрібно звичайно знати реакції біоценозів на впливи АС. Вище досить схематично були змальовані задачі моделювання таких впливів. Ясно, що критичні значення екологічних факторів повинні бути предметом спеціальних досліджень біологів.Підхід до нормування антропогенних впливів може бути заснований на еколого-токсикогенній концепції, тобто необхідності запобігти "отруєння" екосистем шкідливими речовинами і деградацію через надмірні навантаження. Іншими словами не можна не тільки труїти екосистеми, але і позбавляти їх можливості вільно розвиватися, навантажуючи шумом, пилом, покидьками, обмежуючи їхні ареали і харчові ресурси.
Щоб уникнути травмування екосистем повинні бути визначені і нормативно зафіксовані деякі граничні надходження шкідливих речовин в організми, інші межі впливів, які могли б викликати неприйнятні наслідки на рівні популяцій. Іншими словами повинні бути відомі екологічні ємності екосистем, величини яких не повинні перевищуватися при техногенних впливах. Екологічні ємності екосистем для різних шкідливих речовин слід визначати по інтенсивності надходження цих речовин, при яких хоча б в одному з компонентів біоценозу виникне критична ситуація, тобто коли нагромадження цих речовин наблизиться до небезпечної межі, буде досягатися критична концентрація. У значеннях граничних концентрацій токсикогенов, у тому числі радіонуклідів, звичайно, повинні враховувати і синергетичні, тобто перехресні ефекти. Проте цього, мабуть, недостатньо. Для ефективного захисту навколишнього середовища необхідно законодавчо ввести принцип обмеження шкідливих техногенних впливів, зокрема викидів та скидів небезпечних речовин. За аналогією з принципами радіаційного захисту людини, згаданими вище, можна сказати, що принципи захисту навколишнього середовища полягають у тому, що
· Повинні бути виключені необгрунтовані техногенні впливи,
· Накопичення шкідливих речовин у біоценозах, техногенні навантаження на елементи екосистем не повинні перевищувати небезпечні межі,
· Надходження шкідливих речовин в елементи екосистем, техногенні навантаження повинні бути настільки низькими, наскільки це можливо з урахуванням економічних і соціальних чинників.
Шкідливі чинники та моніторинг навколишнього середовища
Важливим елементів охорони навколишнього середовища є моніторинг екосистем, контроль стану "здоров'я" біоценозів. Завдання моніторингу полягають у тому, [5], щоб· Отримати комплексну інформацію про концентраціях шкідливих речовин у різних компонентах екосистем,
· Зіставити результати вимірювань з нормативними показниками вмісту речовин у компонентах екосистем,
· Оцінити стан екосистем і можливі наслідки техногенних впливів,
· Використовувати результати вимірів для вдосконалення розрахункового моделювання процесів в екосистемах та оцінок наслідків техногенних впливів,
· Використовувати результати аналізу для розробки "зворотних зв'язків" і управління станом системи "АЕС + навколишнє середовище".
Висновок
Розвиток знань і уявлень про навколишній світ йшло і йде від відкриття одного класу різноманіть структурних об'єктів до іншого, більш складного для сприйняття на даному історичному етапі. Від атомів нерозрізаних - до атома у вигляді деякої системи, структурними елементами якої є електрони оболонки і центральне (неподільне) ядро.
Потім розкривається нуклона структура ядра, а в подальшому - і структура самих нуклонів .... І кожен раз людський розум шукає те внутрішню єдність, що дозволяє охопити нове різноманіття.
Для епохи Арістотеля досить було чотирьох першоелементів, для часу Д. І. Менделєєва різноманіття атомів займало приблизно 120 клітин його таблиці.
У середині 60х років нашого століття число відкритих елементарних частинок перевищило 350. Сучасна таблиця фундаментальних структурних елементів містить три покоління елементарних частинок. Це в загальному рахунку 12 кварків і антикварков, 8 глюонів, 6 лептонів з їх античастинками, фотони і Гравітон.
Деякий час тому здавалося, що достатньо буде трьох кварків, щоб побудувати все інше. Але відкриваються нові складові і ідея малого числа фундаментальних основ не підтверджується. Останнім часом в сучасному природознавстві все більше вимальовується інший підхід. Він заснований на визнанні принципу обов'язкової варіативності структурних елементів для складних природних систем, чи то система елементарних частинок, або біоценоз.
Тільки при наявності деякого мінімального, але різноманітного набору можна побудувати функціонально і структурно складні системи. Саме усвідомлення принципу допустимості і необхідності, обов'язковості різноманітності елементів стає надбанням загальної культури людства.
Досвід розвитку природознавства від класичного до сучасного показав, що вивчення ієрархії структурних рівнів частинок речовини неминуче призводить до більш глибокого розуміння властивостей простору і часу. І до усвідомлення того факту, що геометричні властивості просторово-часового континиума можуть визначати чисельні значення фундаментальних констант нашого світу - гравітаційної постійної, заряду електрона, спектра мас-енергій елементарних частинок.
Ще одне важливе положення сучасного природознавства полягає у визнанні принципової неможливість ізолювати окрему частку-об'єкт у мікросвіті, виділити повністю її з "контексту" процесів віртуальних взаємоперетворень. Тут тільки факт наявності спостерігача - співучасника дозволяє реалізуватися одному з багатьох можливих шляхів подальшої історії мікрочастинки і досліджуваного процесу в цілому. З цієї ж причини слід вважати грубим наближенням виділення суб'єкта - людини з об'єктивної реальності, в якій він існує.
Більшість явищ у навколишньому людини світі відносяться до процесів у відкритих динамічних системах, на противагу уявленням класичного природознавства про визначальну роль замкнутих або ізольованих систем. Це розуміння надзвичайно важливо у зв'язку з явищами самоорганізації в неживій і живій Природі. І про взаємозв'язок двох компонент культури - природничо-наукової і гуманітарної. А. Ейнштейн говорив, що Достоєвський дав йому більше, ніж все вивчення математики. З іншого боку, на нашу думку, феномен абстракціонізму та авангардизму не міг би відбутися поза атмосферою впливу на гуманітарну культуру спеціальної теорії відносності та ідей квантової фізики. Зокрема, з його спотвореннями перспективи і форм, вигнутими циферблатами годин, безумовно несе відбиток часу становлення СТО і проникнення ідей відносності в загальну культуру. Теорії, в якій простір "стискається", а тимчасові інтервали "розтягуються" залежно від умов руху.
Література
1. Д. Нікітін, Ю. Новиков "Навколишнє середовище і людина", Вид. 2-е, М., Вид. Вищ. школа, 1986 р.2. А.М. Букринський, В.А. Сидоренко, Н.А. Штейнберг "Безпека атомних станцій та її державне регулювання", Атомна енергія, тому 68, вип. 5, травень 1990
3. Публікація МКРЗ N 26, "Радіаційний захист", Москва, Атоміздат, 1978 р.
4. Р.М. Алексахін, І.І. Дахом, С.В. Фесенко, Н.І. Санжарова Радіоекологічні проблеми ядерної енергетики ", Атомна енергія, тому 68, вип. 5, травень 1990
5. НТД МХО Інтератоменерго 38.220.56-84 "Методи розрахунку розповсюдження радіоактивних речовин з АЕС та опромінення навколишнього населення", Москва, Вища школа, 1984 р.
6. Л.В. Тарасов, Цей дивно симетричний світ. Посібник для учнів. М.: Просвещение. 1982.
7. Дж. Фейнберг, З чого зроблена світ? Атоми, лептони, кварки та інші загадкові частинки. М.: Світ, 1981.
8. Л.Б. Окунь, Елементарне введення в фізику елементарних частинок. М.: Наука. 1985.
9. О.П. Спиридонов, Фундаментальні фізичні сталі. М.: Вища школа, 1991.
10. Горохів А.В. "Фізика атомного ядра. Фізика елементарних частинок"
11. І. Р. Пригожин "Від існуючого до виникає", М., 1994.
12. А. П. Пурмаль "Як перетворюються речовини", Наука, 1989.
13. М. Д. Франк-Каменецький "Найголовніша молекула", Наука, 1989.
14. Григор'єв В.І., Мякишев Г.Я. Сили в природі. / / М., Наука, 1983 р.
15. Кудрявцев П.С. Курс історії фізики. / / М., Освіта, 1982 р.
16. Яворський Б.М., Детлаф А.А. Довідник з фізики. / / М., Наука, 1990 р.
[1] Дж. Фейнберг, З чого зроблена світ? Атоми, лептони, кварки та інші загадкові частинки. М.: Світ, 1981
[2] О.П. Спиридонов, Фундаментальні фізичні сталі. М.: Вища школа, 1991. с. 68
[3] Яворський Б.М., Детлаф А.А. Довідник з фізики. / / М., Наука, 1990 г з. 135
[4] О.П. Спиридонов, Фундаментальні фізичні сталі. М.: Вища школа, 1991. с. 46-49
[5] А.М. Букринський, В.А. Сидоренко, Н.А. Штейнберг "Безпека атомних станцій та її державне регулювання", Атомна енергія, тому 68, вип. 5, травень 1990