Файл: Fizika - V. F. Dmitriyeva.pdf

інструмент, яким дав можливість створити нові методи ведення експери-
ментальних робіт. 

Цей далеко не повний перелік галузей застосування радіоактивних 

ізотопів і ядерних випромінювань показує, як глибоко впроваджується 
фізика атома в техніку, медицину і сільське господарство. 

§ 260. Успіхи і перспективи 

розвитку атомної енергетики 

Після пуску першої в світі атомної електростанції (АЕС) в 

м. Обнінську в 1954 р. було нагромаджено великий науково-технічний і 
виробничий досвід проектування, спорудження і експлуатації великих 
АЕС різного типу. Стан і обсяг робіт щодо спорудження АЕС на тепло-
вих і швидких нейтронах з різними сповільнювачами і теплоносіями, роз-
рахованих на різну потужність, показують, що атомна енергетика стала 
самостійною галуззю електроенергетичного виробництва. 

Висока енергомісткість ядерного пального і практично необмежена 

автономність дають можливість створювати атомні двигуни, які з успіхом 
використовують у надводних і підводних кораблях. 17 серпня 1977 р. 
атомний криголам "Арктика" досяг Північного полюса, здійснивши вікову 
мрію людства. Атомні криголами "Ленин", "Арктика", "Сибирь" довели 
можливість цілорічної навігації в Арктиці. 

Нині особлива увага приділяється створенню нових джерел енергії. До 

них належать паливні киснево-водневі елементи, термогенератори, соня-
чні батареї, МГД-генератори. Але всі ці пристрої поки що порівняно ма-

лопотужні й дорогі, тому їх можна використовувати лише як допоміжні 
джерела енергії, наприклад, на космічних кораблях. Розв'язання енерге-
тичної проблеми в найближчому майбутньому належатиме термоядерним 
електростанціям, проте й досі не вдалося забезпечити стійкої керованої 

реакції синтезу. Над цією проблемою працюють найвидатніші вчені всьо-
го світу, її розв'язання дасть людству невичерпне джерело енергії. 

Теоретично вчені передбачили створення ще одного джерела енергії, 

яке грунтується на анігіляції - реакції з'єднання атомів речовини і анти-
речовини. Якщо вдасться побудувати анігіляційний реактор, де будуть 
взаємодіяти, наприклад, водень і антиводень, то він вироблятиме величе-
зний потік світлової енергії. Цю енергію за допомогою сонячних батарей 
можна перетворити в електричну. 

Наявні тепер способи добування електроенергії дуже складні і мають 

малий коефіцієнт корисної дії. Величезні резерви енергетики - в змен-
шенні великих втрат у процесі перетворення і передавання енергії. Вико-

605 

ристання плазми для безпосереднього перетворення теплоти в електрику, 

застосування надпровідників різко зменшать ці втрати. Хоч переважну 
частину енергії дають ще теплові і гідроелектростанції, починає відігравати 
дедалі відчутнішу роль ядерна енергетика. Ядерна енергетика - яскравий 

приклад революційного перевороту, спричиненого досягненнями науки, 
зокрема фізики атомного ядра та елементарних частинок. 

§ 261. Біологічна дія радіоактивних випромінювань 

В основі біологічної дії випромінювань - процес ; 

енергії, який проявляється в іонізації і збудженні атомів та молекул. 

му ланцюгу біологічної дії радіації. Іонізація живої тканини призводить 
до розриву молекулярних зв'язків і зміни хімічної структури різних спо-
лук. Зміни в хімічному складі клітини порушують її нормальне функціо-
нування, обмін речовин і клітина гине. 

Біологічний ефект або ступінь променевого ураження зростає із збіль-

шенням поглинутої дози випромінювання, тобто кількості енергії, яку 
поглинає одиниця маси тканини. 

Загальна реакція організму на дію випромінювання залежить від дози 

випромінювання, його виду, розміру опроміненої поверхні, відносної чут-
ливості органів, які зазнали опромінення, індивідуальних особливостей 
організму. 

При тій самій дозі біологічна дія різних типів випромінювань неодна-

кова через відмінності в густині іонізації (кількість іонів, які утворюються 
на одиниці шляху іонізуючої частинки). Чим густіша іонізація, тим знач-

Оцінюючи дію випромінювання на організм, треба розрізняти зовніш-

нє і внутрішнє опромінення. Той самий вид радіації (наприклад, а -про-
міння) порівняно безпечний при зовнішньому опроміненні, але може бути 

дуже шкідливим при локалізації радіоактивності всередині організму. 

Отже, в разі зовнішнього опромінення особливу увагу слід приділяти 

які мають велику проникну здатність. 

никають у шкіру на кілька мікрометрів і затриму-

: епідермісу, що не чинить помітної шкоди. 

Бета-частинки проникають у тканину на кілька міліметрів і 

мірою поглинаються шкірою і підшкірною клітковиною. 

Малі дози опромінення, хоч і створюють небезпеку небажав 

тичних змін, проте можуть у ряді випадків стимулювати зростання і роз-

а іноді і тваринних організмів. 

606 

Стійкість різних організмів проти дії іонізуючих випромінювань коли-

вається в дуже широких межах. При цьому чим більший і складніший 
організм, тим легше він руйнується під дією випромінювання. Так, на-
приклад, бактерії в тисячі раз стійкіші проти ядерних випромінювань, ніж 

людина і високорозвинені тварини. 

Найсприйнятливіші до променевої дії клітини, які швидко розвива-

ються: органи розмноження або клітини пухлин легше руйнуються, ніж 
нормальна м'язова тканина; зародки тварин, які розвиваються, значно 
чутливіші, ніж дорослі особи; пророщене насіння сприйнятливіше від 
насіння, яке перебуває у спокої, а вегетативні форми бактерій незрівнян-
но чутливіші від бактеріальних спор. 

Доза

 випромінювання 

Дія випромінювання на живі організми характеризується до-

зою випромінювання.

 Експозиційною дозою випромінювання

 називають 

міру іонізації повітря, яка відбувається під дією даного випромінювання. 

У СІ дозу випромінювання виражають у

 кулонах на кілограм

 (Кл/кг) 

Якщо сумарний заряд іонів одного знака, утворених випромінюванням в 

1 кг повітря, дорівнює І Кл, то доза випромінювання дорівнює 1 Кл/кг. 

Дія на організм випромінювань різної природи за тією самою дозою 

О

0

 неоднакова. Тому для оцінки небезпеки випромінювання вводять ко-

ефіцієнт

 к

 відносної біологічної активності. Для рентгенівського промін-

ня, у -проміння та електронів

 к

 = 1; для повільних нейтронів

 к

 = 5 ; для 

швидких нейтронів і а -частинок

 к

 = 10 і т. д. Практично важливо знати 

біологічну дозу опромінення

 /)

б

 , яку визначають за формулою 

Дд = Щ). 

Природний фон радіації (космічне проміння, радіоактивність навко-

лишнього середовища і тіла людини) становить за рік біологічну дозу 
близько 2,5 -10"° Кл/кг, Міжнародна комісія з радіаційного захисту вста-
новила для осіб, що працюють з випромінюванням, граничнодопустиму 
за рік дозу 1,3 Ю"

3

 Кл/кг. Бі іологічна доза в ОД 5 Кл/кг, одержана за коро-

ткий час, смертельна, 

Короткі висновки 

« У 1896 р. А. Беккерель відкрив явище радіоактивності. Радіоактивність -

спонтанне перетворення ядер нестійких ізотопів

 у

 стійкі, що супрово-

диться випромінюванням частинок і енергії. 

ті 

N = N

0

е~

x

'. 

; часу, протягом 

кількість атомів зменшується в 2 рази. Цей інтервал 

періодом піврозпаду. Період піврозпаду сталий для да-

ного ізотопу. 

• У 1932 р. Д. Д. Іваненко і В. Гейзенбсрг незалежно один від одного за-

пропонували протон-нейтронну модель атомного ядра, яка тепер загаль-
новизнана. За цією моделлю ядро складається з протонів і нейтронів, 
які назвали нуклонами. Загальну кількість нуклонів у ядрі називають 

А^и+г. 

Ядра, що мають однакову кількість протонів, але різну кількість ней-
тронів, називають ізотопами. 

• Стійкість більшості атомних ядер означає, що між нуклонами в ядрах 

діють потужні сили, їх назвали ядерними. Мірою стійкості ядра є енер-
гія зв'язку. 

Вона дорівнює тій енергії, яку треба затратити, щоб розщепити ядро на 

А

£

зв

 =

 Атс

2

, 

де

 Ат=[2т

р

+(А~2:)т

п

-М

я

] -

 дефект маси (різниця між сумою 

> у вільному стані, і масою ядра, 

к). 

* Під ядерними реакціями розуміють штучні перетворення атомних ядер 

як при взаємодії одного з одним, так і з ядерними частинками. Під час 
ядерних реакцій виконуються закони збереження сумарного електрич-
ного заряду, числа нуклонів, енергії, імпульсу, моменту імпульсу. 
Всі ядерні реакції характеризуються енергією, яка виділяється або по-

! під час їх перебігу. 

у 1920 р. існування в ядрі нейтральної час-

: (нейтрона) було підтверджене в

 і

 932 р. під час обстрілу ядер бе-

Було з'ясовано, що нейтрон радіоактивний. 

Нейтрони, взає з ядрами, спричинюють ядерні реакції поділу 

Ядра урану, торію та інших важких, елементів під дією теплових нейт-

ронів здатні ділитися. При цьому на один акт поділу і 
близько 200 МеВ і випромінюють 2-3 вторинних нейтрони. Ці 

поділу. Керовану ланцюгову реакцію використовують у реакторах, не-

- в атомних бомбах. 

ізотопи, які утворюються в реакторах і прискорювачах, 

застосовують у науці, медицині, галузях промисловості та 

* У колишньому СРСР у 1954 р. пущено першу в світі атомну електро-

станцію. Висока енергомісткість ядерного пального і 
межена автономність дають можливість створювати атомні 
які з успіхом застосовують у надводних І і 

Радіоактивні випромінювання - велика небезпека для живих організ-
мів. Під час роботи з ними треба застосовувати спеціальні методи за-
хисту. 
Космічне випромінювання, яке надходить із світового простору, ділиться 
на первинне і вторинне. Первинне випромінювання галактичного поход-
ження містить частинки з енергією, яка досягає 10

і7

 еВ/нуклон. Первинні 

частинки, стикаючись з ядрами у верхніх шарах атмосфери, утворюють 
вторинне випромінювання, породжуючи каскадні атомні зливи. 

У навколоземному просторі є області, в яких густина заряджених части-

нок, захоплених магнітним полем Землі, перевищує густину космічного 
первинного випромінювання в сотні мільйонів разів. Ці області називають 

радіаційними поясами. 

Елементарними називають такі частинки, які не можна вважати сполуками 

інших, "простіших" частинок. Взаємодіючи з іншими частинками, вони 
мають поводити себе як єдине ціле. 
Усі елементарні частинки взаємоперетворюються між собою. Більшість 

з них нестабільна, Винятком є фотон, електрон, нейтрино. Усі частинки 
мають античастинки, які відрізняються від частинок знаком електричного 
заряду, напрямом спіну. 
Якщо частинка і античастинка стикаються, то вони анігілюють, тобто 
перетворюються в гамма-кванти. Можливий і зворотний процес. Пару 
частинок народжує фотон, який взаємодіє з полем ядра. Це є доказом 
взаємного перетворення речовини і поля. 
Розрізняють чотири види взаємодії елементарних частинок між собою: 
сильну (ядерну), електромагнітну, слабку, гравітаційну . Кожній взаємодії 

відповідає своє поле. 

Найважливішими характеристиками, які визначають властивості еле-

ментарних частинок, є їх маса, електричний заряд, спін, час життя. 

Тепер розроблено гіпотезу, за якою більшість елементарних частинок є 
комбінацією кварків і антикварків. Проте кварків у вільному стані не 

виявлено, незважаючи на численні пошуки. 

Тепер важко робити висновок про те, чи точна гіпотеза кварків. Важливо 
те, що закладено початок створення єдиної теорії, яка об'єднує чотири 
фундаментальні взаємодії. 

Запитання для самоконтролю і повторення 

1. У чому полягає явище радіоактивності? 2. Яка природа радіоактивного 

випромінювання? 3. Напишіть закон радіоактивного розпаду. 4 Що на-
зивають періодом піврозпаду? 5. Яка будова і дія камери Вільсона і лі-
чильника Гейгера? б. У чому ефект Вавилова - Черепкова? 7. Розка-
жіть про модель ядра за Іваненком - Гейзенбергом. 8. Що називають 
масовим числом? 9. Що таке дефект маси і енергія зв'язку ядра? 10. Дайте 

характеристику ядерним силам. 11. Розкажіть про альфа- І бета-розпад. 
Сформулюйте правила зміщення. 12. Що таке космічне випромінюван-
ня? 13. Які частинки називають елементарними? 14. Розкажіть про вза-
ємне перетворення речовини і поля. 15. Розкажіть про основні власти-
вості елементарних частинок. 16. Що розуміють під штучною радіоак-
тивністю? 17. Яку ядерну реакцію називають ланцюговою? 18. Що таке 

609