Термоядерные реакции. Применение ядерной энергии. Биологическое действие радиоактивных излучений. Физика. 11 класс.

Комментарии преподавателя

Термоядерные реакции.

1.    Термоядерными реакциями называются экзотермические ядерные реакции синтеза легких ядер в более тяжелые. Термоядерные реакции эффективно происходят при свервысоких температурах порядка 107 – 109 К. При термоядерных реакциях выделяется весьма большая энергия, превышающая энергию, которая выделяется при делении тяжелых ядер. Например, при слиянии ядер дейтерия 1Н2 и трития 1Н3 в ядро гелия 2Не4 :

                            1Н2 +  1Н3  ----   2Не4  + 0n1 ,

Выделяется энергия, приблизительно равная 3,5 Мэв на один нуклон. В реакциях деления энергия на один нуклон составляет около 1 МэВ. Энергетическая выгодность термоядерной реакции объясняется тем, что удельная энергия связи в ядре гелия значительно превышает удельную энергию связи ядер изотопов водорода.

2.   Для слияния легких ядер необходимо преодолеть потенциальный барьер, обусловленный кулоновским отталкиванием протонов в одноименно положительно заряженных ядрах. Для слияния ядер водорода1Н2 их надо сблизить на расстояние r, приблизительно равное 3*10-15 м. Для этого нужно совершить работу, равную электростатической потенциальной энергии отталкивания ke2/r ? 0,1 МэВ. Эти ядра могут сблизиться на такое расстояние, если их кинетическая энергия 3/2kT , будет равна 0,1 МэВ. Это возможно при Т=2*109 К. Практически по ряду причин температура, необходимая для термоядерных реакций снижается на два порядка и составляет 107 К.

3.     Температура порядка 107 К характерна для центральной части Солнца. Спектральный анализ излучения Солнца показал, что в веществе Солнца, как и многих других звезд, имеется до 80% водорода и около 20% гелия. Углерод, азот и кислород составляют не более 1% массы звезд. При огромной массе Солнца количество этих газов достаточно велико.

4.    Осуществление термоядерных реакций в земных условиях создаст огромные возможности для получения энергии.Дейтерий, необходимый для наиболее эффективной реакции содержится в воде морей и океанов(в виде молекул Н2О и D2О). его количества хватит на сотни миллионов лет. Тритий можно получать в ядерном реакторе в результате облучения жидкого лития(запасы которого огромны) нейтронами:

                     0n1 + 3Li6 ---- 2Не4 + 1Н3.

5. Одним из важнейших преимуществ УТС является то, что в отличие от реакций деления тяжелых ядер, в результате термоядерного синтеза не образуются радиоактивные отходы.

Условия, близкие к тем, которые реализуются в недрах солнца, были осуществлены в водородной бомбе.

Биологическое действие радиоактивных излучений. Экспозиционная и поглощенная дозы излучения

Поглощенная доза (D) определяет величину энергии ионизирующего излучения, переданную веществу.

D = E/m (Гр = Дж/кг)

Е – поглощенная энергия

m – масса

1 рад = 0,01 Гр

Радиометры – приборы применяющиеся при дозиметрии, они измеряют рады.

Мощность излучения: I = D/t (Гр/с)

D – поглощенная доза

t – единица времени

D = I*t

Экспозиционная доза (Э) характеризует ионизирующую способность излучения.

При попадании радиоактивного излучения в вещество в нем происходит ионизация атомов.

Э = Q/m (Кл/кг)

Q – заряд, который образовался в объеме

m – масса этого объема

1 Р = 2,58*10-4 Кл/кг ~0,88 рад (ф.э.р.)

Р – рентген

ф.э.р. – физический эквивалент рентгена

Эквивалентная доза излучения (H) отражает биологический эффект облучения.

Н = D*K (Зв)

D – поглощенная доза излучения

Зв – зиверт

Kγ = 1, Kβ = 1, Kα= 20

Для нейтронного излучения Kn:

1. 3 (тепловые)

2. 10 (средние)

3. 7 (быстрые)

Человеческое тело имеет около 70 процентов воды, и радиоактивное излучение основное действие оказывает именно на воду. Образуются радикалы: H-, OH-, H2O-, H2O2-. Эти радикалы действуют на клетку организма, вызывая в ней различные нежелательные реакции, вследствие чего происходит мутация клеток.

При наружном радиоактивном облучении конечный эффект зависит от того, какая площадь получила облучение. Если все тело получило облучение 0,05 Р/сутки, то через какое-то время можно определить негативные действия радиоактивного излучения.

Особенно вредным для человека является внутреннее радиоактивное излучение. Оно попадает внутрь при вдыхании человеком радиоактивной пыли и продуктов радиоактивного распада. Радионуклиды заменяют нормальные атомы в костях и тканях организма. Распадаясь вторично, они излучают (Na, K, Sr, Ba, Cs, Ra,Th и т. д.).

Радиационные эффекты:

1. соматические (телесные) эффекты – возникают в организме человека, который подвергался облучению (лучевая болезнь, лучевые ожоги, лейкозы, раковые опухоли)

2. генетические эффекты связаны с повреждением генетического аппарата и проявляются в последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению (генные мутации, хроматические аберрации) (см. Рис. 1–3).

Рис. 1. Воздействие различных доз облучения

Рис. 2. Воздействие различных доз облучения

Рис. 3. Органы масимального накопления радионуклидов

К занятию прикреплен файл  «Это интересно!». Вы можете скачать файл  в любое удобное для вас время.

Использованные источники:

• http://interneturok.ru/ru/school/physics/11-klass/
• http://www.youtube.com/watch?v=ZkTwG02aM-s
• http://www.umnik-umnica.com/ru/school/physics/11-klass/

Файлы