Радиация: источники

    В предыдущем посте я рассказал о единицах измерения ионизирующей радиации. А теперь поговорим об источниках излучения.

    Я не буду здесь писать о «том, что не надо трогать руками» — об этом и так много написано, а я не Олег Айзон и уникальных фотографий невиданных доселе радиоактивных артефактов у меня нет. Я расскажу в общем — откуда у нас берется радиация.



    Радиоактивный распад как явление


    Что такое радиоактивный распад? Кто-то, вспомнив школьные знания, ответит — это явление превращения одних элементов в другие. Кто-то даст иное, как правило, столь же неточное определение. На самом деле, радиоактивный распад — это любое спонтанное изменение состояния атомного ядра как системы нуклонов, сопровождаемое выделением энергии, величина которой, как правило, превышает несколько килоэлектронвольт. Эта энергия затем уносится вылетающими из ядра элементарными частицами, квантами электромагнитного излучения, либо передается электронам атома. Само ядро при этом может изменить свой заряд, массу, разделиться на два или несколько ядер, а может и остаться самим собой, лишь перейдя в более устойчивое состояние.

    «Внешними», легко определяемыми характеристиками атомного ядра являются его масса А и заряд (или атомный номер) Z, измеряемые в зарядах и массах протона. Это целочисленные величины, имеющие физический смысл числа соответствующих частиц в составе ядра. Заряд нейтрона равен нулю, а масса почти такая же, как у протона, так что число нейтронов подсчитать: $N = A - Z$. Ядра с одинаковыми зарядами называются изотопами, с одинаковыми массами — изобарами, если же одинаково и то, и другое, мы имеем дело с изомерами. Z и A обозначаются слева от символа элемента в нижнем и верхнем индексах соответственно.

    Из сказанного очевидно, что чтобы изменился Z, ядро должна покинуть заряженная частица, а чтобы изменилась A, из ядра должно улететь что-то тяжелее электрона. Так, возможны следующие варианты:

    — вылетает электрон и антинейтрино или позитрон и нейтрино (бета-распад) — Z изменяется на единицу (увеличивается в случае электронного и уменьшается в случае позитронного распада), A — не меняется;

    ${{}^{40}_{19}K}\rightarrow\mathrm{{}^{40}_{20}Ca}+ e^- + \bar{\nu}_e $


    — ядро наоборот может поглотить электрон с К-уровня атома (К-захват) — Z увеличивается на единицу (как при бета-плюс распаде), A не меняется, испускается нейтрино.

    ${{}^{40}_{19}K}+ e^-\rightarrow\mathrm{{}^{40}_{18}Ar}+ {\nu}_e$


    — вылетает ядро гелия-4, так называемая альфа-частица (альфа-распад) — Z уменьшается на 2, A уменьшается на 4;

    $^{238}_{92}{\rm{U}} \rightarrow ^{234}_{90}{\rm{Th}} + \alpha \ (^4_2 {\rm{He})}$



    Бета-распад (и электронный захват) представляет собой превращение одного из нейтронов в протон или наоборот, и является проявлением слабого взаимодействия, которое «перезаряжает» один из кварков нуклона. Вместе с электроном всегда образуется антинейтрино, уносящее часть энергии, при этом энергия между ними перераспределяется случайным образом. Из-за этого энергетический спектр бета-излучения непрерывен.

    А альфа-распад происходит просто потому что любому ядру тяжелее железа энергетически выгоднее «похудеть». Но пока эта выгода не больше нескольких МэВ, энергетический барьер удаления альфа-частицы или какого-либо иного фрагмента из ядра слишком высок. А когда энергетический выигрыш достаточно велик (но все же меньше энергии связи), становится возможным туннелирование альфа-частицы за пределы ядра. Помимо альфа-частицы из ядра в крайне редких случаях может вылететь нейтрон или протон, либо ядро тяжелее альфа-частицы. И, наконец, ядро может развалиться на несколько ядер, испустив при этом несколько нейтронов. Это спонтанное деление, к которому способны только тяжелые ядра, начиная с тория и урана.
    После акта распада в ядре может остаться избыток энергии и это «разогретое» ядро должно от него каким-то образом избавиться. Для этого оно испускает один или несколько гамма-квантов. Иногда происходит также явление внутренней конверсии: энергия не излучается в виде фотонов, а передается электронам, которые вылетают из атома. В отличие от бета-лучей электроны конверсии имеют моноэнергетический (линейчатый) спектр.

    В некоторых случаях ядро с избытком энергии может существовать достаточно долго, иногда даже сотни лет. Оно не отличается от такого же «обычного» ядра — ни зарядом, ни массой, то есть это тот же самый химический элемент и тот же самый изотоп. А вот изомеры — разные. Чаще всего время жизни метастабильных изомеров не превышает часы, и лишь у нескольких из них — годы. Существует единственное ядро, для которого лишь изомерное состояние устойчиво: это тантал-180. В основном состоянии он бета-активен и короткоживущ (период полураспада 8 часов), а его изомер тантал-180m, казалось бы, должен либо переходить в основное состояние с испусканием гамма-кванта энергией 75 кэВ, либо претерпевать бета-распад, но ни того, ни другого никто никогда не наблюдал: этот изомер, в отличие от короткоживущего основного состояния стабилен.

    Распад ядерного изомера — это единственный пример радиоактивного распада, сопровождающегося исключительно гамма-излучением. Во всех остальных случаях гамма-излучение всегда существует исключительно вместе с альфа- или бета-излучением.
    Про изотопы и изомеры мы сказали. Осталось еще одно «изо» — это изобары. Ядра с разным зарядом ядра и одинаковой массой. Стабильные изобары обычно имеют заряды, отличающиеся на две единицы, а между ними практически всегда есть радиоактивный изотоп. Существование двух стабильных изобаров в соседних клетках таблицы Менделеева маловероятно — это правило носит название правила Щукарева-Маттауха. Известно только два исключения из него: сурьма и теллур-123 и гафний-180 и вышеупомянутый тантал-180m.

    Космические лучи и другие нерадиоактивные источники радиации


    Помимо радиоактивных веществ, некоторые другие процессы и явления, как природные, так и порожденные человеческим разумом, также приводят к появлению излучений с подобными свойствами.

    Вы, наверное, знаете про космическую радиацию. Космические лучи заполняют всю Вселенную, они представляют собой протоны и более тяжелые ядра, электроны и гамма-кванты с исключительно высокими энергиями. Максимальная энергия, зарегистрированная у космических частиц, достигает зептаэлектронвольта! Это $10^{21}$ эВ. Что является источниками столь высокоэнергетических частиц, однозначно сказать невозможно, а вот частицы и гамма-кванты с умеренными энергиями — от кило- до гигаэлектронвольт — порождаются звездами, в том числе и нашим Солнцем.

    Это так называемое первичное космическое излучение. С ним можно столкнуться только выйдя на околоземную орбиту или по крайней мере, поднявшись на несколько десятков километров. Несмотря на высокую энергию, эти частицы не долетают до поверхности. Каждая из таких частиц, влетев в атмосферу, вызывает целый каскад ядерных реакций, приводящий к образованию множества частиц — в основном мюонов — которые уже и долетают до Земли. Кстати, долетают они исключительно благодаря релятивистскому замедлению времени: время существования мюона — две микросекунды — без него дало бы возможность пролететь мюону лишь полкилометра с небольшим. И еще один интересный факт, связанный с космическими мюонами: они заряжены отрицательно, а вот первичные космические лучи заряжены положительно, так как состоят в основном из протонов. Именно поэтому Земля имеет отрицательный заряд, а ионосфера — положительный. У поверхности Земли через каждый квадратный сантиметр за минуту в среднем пролетает один мюон. Примерно треть естественного фона — около 3,5 мкР/ч — обусловлена ими. А на высоте, на которой летают пассажирские самолеты, космические лучи создают мощность дозы в несколько микрозиверт в час, представляя уже определенную опасность для здоровья летчиков.


    Помимо мюонов есть во вторичных космических лучах также электроны и нейтроны. Последние играют важную роль в образовании так называемых космогенных радионуклидов.

    Вторичные космические лучи обладают весьма высокой проникающей способностью. Чтобы от них защититься, приходится уходить в глубокие подвалы и шахты. Разумеется, защищаться от них приходится не потому что они наносят вред здоровью — а потому что они мешают обнаруживать редкие и слабые события в ядерно-физических экспериментах, измерять малые активности радионуклидов и т.п. Но и польза от них есть: с их помощью удается «просвечивать» геологические структуры, крупные постройки (такие, как египетские пирамиды).

    Кстати, земная атмосфера эквивалентна для космических лучей примерно метру свинца. Не только одна атмосфера защищает Землю и всех нас от космических лучей — кроме нее есть магнитное поле, отклоняющее заряженные частицы. Но не следует недооценивать защитные свойства атмосферы. Во время геомагнитных инверсий магнитный щит Земли может на определенное время практически исчезнуть, но вопреки страшилкам алармистов, это не приведет к прекращению жизни на Земле, а уровень радиации у поверхности возрастет лишь в 2-3 раза.

    Особо высокоэнергетические частицы, прилетевшие из космоса, вызывают образование ливня частиц, который покрывает большую площадь, вызывая одновременную регистрацию множества частиц на детекторах, разнесенных на значительные расстояния. Это так называемые широкие атмосферные ливни. Их регистрация с помощью множества разнесенных детекторов позволяет определить энергию первичной частицы и именно таким способом определены энергии наиболее высокоэнергетических частиц космических лучей. Кроме того, такая частица вызывает мощную вспышку черенковского излучения в атмосфере.

    «Земными» источниками кратковременных вспышек гамма-излучения и высокоэнергетических электронов являются молнии и другие атмосферные разряды.

    А делом рук человеческих являются многочисленные устройства, которые генерируют потоки высокоэнергетических частиц и квантов, необязательно преднамеренно. Специально для этого существуют рентгеновские трубки и различного рода ускорители — от маленьких, помещающихся почти что на ладони, до монстра БАК, занимающего территорию нескольких стран. А источниками, как говорится сухим языком официальных бумаг, неиспользуемого рентгеновского излучения являются любые электровакуумные приборы. Но наружу оно способно выйти обычно при напряжении на аноде, составляющем десятки киловольт. Так, источниками рентгена становятся высоковольтные кенотроны, импульсные модуляторные лампы и СВЧ лампы бегущей волны, клистроны и т.п. в радиолокационных станциях. А также — в руках разных любителей домашних экспериментов.

    Часто можно слышать про то, что источником рентгеновского излучения является кинескоп телевизора или монитора. Может, но обычно не является. Дело в том, что стекло у кинескопа достаточно толстое, а рентгеновское излучение при анодном напряжении 15-25 кВ слишком мягкое для того, чтобы через такое стекло пройти. Вот кинескопы проекционных телевизоров, которые работали при напряжениях до 50 кВ и имели небольшие размеры и тонкие стенки колбы, «рентгенили» еще как. А среди телевизоров «отличились» УЛПЦТ с их схемой стабилизации анодного напряжения. В этой схеме использовалась лампа ГП-5, работавшая при анодном напряжении, равном напряжению на втором аноде (то есть 25 кВ), через нее шел заметный анодный ток, а стенки у этой лампы — тонкие. В итоге она ярко «светилась» в рентгеновском диапазоне. Положив завернутый в черную бумагу лист фотобумаги на такой телевизор, можно было получить отчетливый снимок его внутренностей — особенно если с лампы сняли защитный кожух.

    Но мы вернемся к радиоактивности.

    Уран и торий и их дочки


    Уран и торий стали первыми известными человеку радиоактивными элементами. Именно на урановой руде Анри Беккерель обнаружил новое проникающее излучение, подобное рентгеновскому, именно из нее Мария Склодовская-Кюри добыла первые крупицы радия и полония.

    Эти элементы являются своеобразными «островами стабильности» посреди моря элементов, жизнь которых по сравнению с временем существования Земли слишком коротка. Они остались с тех времен, когда образовались в недрах сверхновой звезды, при взрыве которой образовались те газ и пыль, из которых потом сформировалась наша Солнечная система. А расположены они в гуще элементов, периоды полураспада которых измеряются минутами, часами, годами, тысячелетиями… Так что, сменив клетку в таблице Менделеева на соседнюю справа (при бета-распаде) или на через одну слева, этот элемент превращается в еще более неустойчивый и радиоактивный элемент, который вновь распадается — И так, пока цепочка распадов не приведет, наконец, к стабильному элементу — свинцу или висмуту.





    В связи с этим в обсуждении на разных форумах радиоактивных артефактов типа японских объективов или уранового стекла, а также истории с обедненным ураном в оружии и самолетах часто можно услышать заблуждение: мол, уран и торий — альфа-излучатели и в связи с этим их радиоактивностью можно пренебречь, если они не попадают внутрь организма. Да, уран-238 и торий-232 претерпевают альфа-распад, не сопровождающийся гамма-излучением. Однако последующие члены ряда урана-238, распады которых быстро следуют один за другим вплоть до долгоживущего урана-234, бета-активны, а протактиний-234m дает интенсивное гамма-излучение.

    К тому же в природном уране помимо 238-го изотопа всегда есть 235-й и 234-й изотопы. Удельная активность первого в природном уране в 21 раз ниже, чем $ {}^{238}U $, однако обладает интенсивным гамма-излучением, как и уран-234, активность которого почти всегда равна активности урана-238, так как он находится с ним в вековом равновесии. Поэтому кусок урана-238 достаточно прилично «светит» и засвечивает фотопленку, на которой лежит, примерно за час. С торием примерно та же история, с той только разницей, что свежевыделенный торий-232 действительно практически чистый альфа-излучатель, и, к примеру, ториевое стекло японских объективов в момент их изготовления не представляло собой особой радиационной опасности. Но по мере восстановления в нем равновесия, в течение 10-15 лет интенсивность бета- и гамма-излучения тория значительно возрастает, что обусловлено накоплением в нем радия-228 и последующих членов ряда — вплоть до финального «салюта» таллия-208, дающего очень жесткое гамма-излучение с энергией 2,6 МэВ. Эта линия обычно последняя в гамма-спектрах, за ней ничего, кроме космического излучения, просто нет.

    Самой знаменитой «дочкой» урана-238 является, конечно же, радий-226, тот самый, который открыли супруги Кюри и с добычей которого сравнивал свой труд Маяковский:
    Изводишь единого слова ради
    Тысячи тонн словесной руды…
    Но в свежем уране радия почти нет. До него еще 245 тысяч лет ждать распада урана-234 и потом 75 тысяч лет — тория-230 с красивым названием «ионий». А вот в урановой руде радий находится в равновесии с ураном и активность его равна его, урана, активности. Поэтому урановая руда гораздо более радиоактивна, чем сам уран.

    Именно поэтому свежий уран не является источником радона-222 (еще минус один миф про урановое стекло).

    У тория в ряду тоже есть свой радий — двести двадцать восьмой. Поскольку равновесие в ториевом ряду устанавливается быстро, радий-228, а с ним и радон-220, не заставляет себя ждать.

    Пара слов о радоне


    Радон — это инертный газ. В связи с этим, он, казалось бы, не должен обладать высокой степенью радиотоксичности, так как практически не усваивается и не накапливается. Так долгое время и думали, и уже когда о вреде радиации знали много — радоновые ванны были популярнейшим способом лечения.

    Но дело в том, что радон (что урановый 222, что ториевый 220), стоя в середине радиоактивного ряда, быстро превращается в один из радиоактивных изотопов свинца (214 для радона и 212 для торона), который оседает в легких и остается там навсегда. Вернее, пока не распадется. И уже он (и последующие члены ряда — в урановом ряду это, например, полоний-210) эффективно и качественно облучает легкие. Именно радон и продукты его распада дают основной вклад в годовую дозу облучения.

    Кстати, эти радиоактивные продукты распада радона постоянно падают нам на головы. И если в сильный дождь замерить радиационный фон на улице, окажется, что он вырос — иногда даже в 2-3 раза. Это вовсе не «чернобыльский дождик» и не последствия Фукусимы, это всего-навсего продукты распада радона из километрового слоя атмосферы собрались на поверхности земли.
    Потом эти свинец и висмут-214 превратятся в относительно долгоживущий (22 года) свинец-210, по которому можно определить, сколько прошло времени с момента, когда слой осадков на дне моря или другого водоема оказался перекрыт новыми наслоениями.

    А еще их охотно поглощают лишайники, например, ягель, которым затем питаются олени. Концентрация дочерних продуктов распада радона в лишайниках многократно превышает исходное их содержание в дождевой воде и почве. Содержание свинца-210 в ягеле достигает 500 Бк/кг, что приводит к высокому содержанию этого нуклида (а следовательно, и полония-210) в мясе северных оленей — и в костях представителей народов крайнего севера, которые этим мясом (а также рыбой, в которой также велико содержание свинца-210) питаются. Итог — в 35 раз большая годовая доза, чем у жителя, например, Москвы.

    Про калий, бананы и прочие апельсины


    Помимо урана и тория с «дочками» источниками природной радиоактивности является некоторое количество элементов, имеющих помимо стабильных и радиоактивные природные изотопы. Среди них есть изотопы, образовавшиеся еще при царе Горохе до рождения Солнечной системы. Их периоды полураспада, как и у урана и тория, превышают время существования Солнечной системы, а то и Вселенной. Другие же имеют относительно короткие периоды полураспада, не позволяющие им сохраниться с древних времен. Они не могли образоваться и при распаде других радиоактивных изотопов, а значит, где-то должен быть другой источник их появления. Это — космические лучи.

    Высокоскоростные протоны, врезаясь в ядра атомов, как сами по себе вызывают ядерные реакции, так и приводят к рождению нейтронов и высокоэнергетичных гамма-квантов, которые вызывают новые ядерные реакции. В результате каждый из влетевших в атмосферу космических протонов приводит к образованию не только кучи мюонов и электронов, но и к образованию множества нестабильных ядер — космогенных радионуклидов. Благодаря тому, что они образуются постоянно, они все время присутствуют в атмосфере, несмотря на относительно короткое (от секунд до тысяч лет) время жизни. Пожалуй, важнейшим из космогенных радионуклидов является углерод-14, образуемый под действием космических лучей из азота. Другие примеры — это бериллий-7, который вместе с продуктами распада радона легко обнаружить в дождевой воде по характерному гамма-излучению, тритий.

    Некоторые космогенные радионуклиды не образовались в атмосфере Земли под действием космических лучей, а с этими космическими лучами и прилетели. Таковы хлор-36 и бериллий-10.
    Космогенные радионуклиды являются важными трассерами для изучения различных природных процессов переноса вещества, радиоактивными «часами» для датировки (про радиоуглеродный метод все знают), а вот их роль в создании естественного радиационного фона невелика — в этом никто, кроме радона не может соперничать с калием-40. Их (в основном, углерода-14) активность в человеческом теле лишь немногим меньше активности калия-40, однако у последнего энергия распада — полтора МэВа, а у углерода-14 — 156 кэВ. Соответственно, и доза от него на порядок ниже — всего около 15 мкЗв/год.

    Особенность калия в том, что он является важнейшим жизненно-важным элементом практически для любых форм жизни. И вместе с тем, калий неотделим от радиоактивного калия-40, который обуславливает его весьма заметную радиоактивность. Активность грамма природного калия составляет 31 Бк/г, а активность калия в человеческом организме — примерно 60 Бк/кг. Этой активностью создается годовая доза в 170 мкЗв/год — где-то немного меньше одной десятой от общей дозы облучения.

    Бананы, как известно, богаты калием, а значит, и его радиоактивным изотопом. Калием, вообще-то много чего богато — курага, финики, орехи, и в общем-то бананы среди них не лидер, но все же калия в нем сравнительно много. Средний банан содержит около половины грамма калия, что соответствует 15-16 беккерелям калия. Эта активность, а также величина вклада в дозу облучения, вызванного потреблением одного банана (оцененная, как 0,1 мкЗв) во времена аварии на Тримайл-Айленде были в шутку прозваны «банановым эквивалентом».

    На самом деле «банановый эквивалент» в дозовом выражении практически равен нулю. Дело в том, что концентрация калия в организме — это штука довольно постоянная. Любое серьезное отклонение в концентрации калия в тканях организм воспринимает весьма болезненно и тщательно поддерживает эту концентрацию в узких пределах. Если в организм поступает много калия, много калия выводится почками. Мало калия — почки будут беречь калий изо всех сил. Но содержание его в организме будет держаться неизменным. Так что съеденный банан не изменит количества калия в теле, а значит, и не создаст дополнительной дозы облучения.

    Есть еще рубидий-87. Он тоже ведет себя в организме, как калий, но из-за редкости вклад его в дозу небольшой — что-то в районе 6 мкЗв/год.

    Дела рук человеческих


    С момента открытия радиоактивности и до 1934 года ученые имели дело только с теми радиоактивными элементами, которые есть в природе. В 1934 году Фредерик и Ирен Жолио-Кюри, исследуя образование свободных нейтронов под действием потока альфа-частиц, обнаружили, что после прекращения облучения алюминиевая мишень продолжает испускать некие частицы (оказавшиеся впоследствии позитронами), поток которых быстро затухал. Так был впервые осуществлен искусственный синтез радиоактивного изотопа:

    ${}^{27}_{13}Al + \alpha\rightarrow n+{}^{30}_{15}P$


    Образование радиоактивного фосфора было доказано химически: при растворении ставшего радиоактивным алюминия в соляной кислоте вся активность уходила в выделяющийся газ в виде фосфористого водорода. Затем супруги Жолио-Кюри показали и образование других искусственных радиоактивных изотопов: облучением бора альфа-частицами был получен радиоактивный азот, при облучении магния — алюминий. Сбылась мечта алхимиков о превращении одних элементов в другие. Более продуктивным оказалось использование недавно созданных ускорителей заряженных частиц, с помощью которых удалось синтезировать не только множество радиоактивных изотопов известных элементов, но и те элементы, которых в природе не было. Первым из них стал открытый в 1937 году Эмилио Сегрэ технеций, название которого с тех пор указывает на его искусственное происхождение. Потом были франций, астат, затем первые трансурановые элементы — нептуний, плутоний…

    Наконец, был открыт, пожалуй, самым мощным источником новых искусственных изотопов: ядерное деление.

    Как я выше говорил, для тяжелых ядер цельное существование целого ядра менее выгодно энергетически, чем его разрушение. Тем не менее, ядро остается целым, так как между состояниями «целое ядро» и «отдельные фрагменты» существует значительный энергетический барьер. Вероятность самопроизвольного преодоления такого барьера даже для самых тяжелых ядер — урана, тория, трансурановых элементов — незначительна. Она гораздо больше в случае, если отделяемый фрагмент — альфа-частица, чем обусловлена альфа-активность таких ядер. Но остается очень небольшая вероятность того, что ядро распадется на несколько примерно одинаковых «кусков», которые немедленно разлетятся под действием электростатического отталкивания. Но вероятность деления ядра резко возрастает, если ядро «подогреть», возбудить какой-либо частицей извне. Проще всего это сделать с помощью нейтрона: ему не нужно преодолевать кулоновский барьер. Возбужденное ядро деформируется, а затем разрывается. Важно, что при делении обычно образуются не только «осколки», но и свободные нейтроны, которые также оказываются способны вызвать деление у других ядер. Этот процесс лежит в основе всей ядерной энергетики нашего времени, и он же производит огромное количество самых разнообразных радиоактивных изотопов: ядерные «осколки» могут быть практически любыми, и сможем мы их обнаружить и выделить или нет, определяется только временем их жизни. А мощный поток нейтронов, образующийся в процессе интенсивной ядерной реакции (особенно при ядерном взрыве) способен породить очень тяжелые трансурановые элементы. Такими «детищами ядерного взрыва» стали эйнштейний и фермий. А более легкие плутоний, америций, кюрий и калифорний получаются в реакторах во вполне промышленных количествах.

    Переработка облученного ядерного топлива и облучение нейтронами различных элементов в реакторах стали эффективным и дешевым источником практически любых радиоактивных изотопов, позволяющим получать их в любых количествах — от небольших контрольных источников для калибровки карманных дозиметров, идущих вместе с ними в комплекте и не представляющих серьезной опасности, до тех, в луче от которых почти мгновенно погибают даже бактерии, а воздух светится, как лампочка.

    А после, слив бензин и запустив реактор...


    У радиоактивного изотопа как источника излучения есть одно свойство, что является как достоинством, так и недостатком. Он «работает» сам по себе, ни от чего не завися. «Выключить» радиоактивный источник нельзя — только спрятать за толстый слой свинца.

    А вот реакцией деления можно (и нужно) управлять. Условием протекания самоподдерживающейся реакции деления является то, чтобы количества нейтронов, которые рождаются при актах деления, хватало для восполнения как тех нейтронов, которые затрачиваются на само деление, так и тех, которые покинули активную зону, не вызвав деления: были поглощены или захвачены либо просто улетели за ее пределы. Это — условие критичности. Нейтронов образуется больше, чем надо — реакция разгоняется, экспоненциально, лавинообразно наращивая свою интенсивность. Не хватает нейтронов — реакция угасает.

    Ядерные реакторы обычно рассматриваются прежде всего как источники нейтронов. Вокруг такого исследовательского реактора (или нескольких) обычно строится целый научный центр, в котором проводятся разнообразные исследования и эксперименты, для которых необходим интенсивный поток нейтронов. Это исследования кристаллической структуры с помощью дифракции нейтронов, различные методы химического анализа, основанные на превращении стабильных элементов в радиоактивные изотопы (нейтронно-активационный анализ), изучение влияния излучения на вещество, включая и биомолекулы и живые организмы в целом, и многое другое.

    Одним из вариантов такого реактора является импульсный ядерный реактор. Это почти что атомная бомба в представлении некоторых популяризаторов ядерной физики: «если мы возьмем два куска урана и сложим их вместе, мы получим воронку в полмили диаметром». В импульсном реакторе так и происходит: критическая масса образуется на мгновение, когда один кусок урана быстро пролетает мимо другого. Нейтронная вспышка, которая при этом образуется, может быть тысячекратно более интенсивна, чем нейтронный поток обычного энергетического или исследовательского реактора.

    Ядерный реактор — хороший источник нейтронов, но стационарный, дорогой, громоздкий и опасный. В условиях рядовой лаборатории или в полевых условиях для получения нейтронного потока используют либо калифорний-252, генерирующий нейтроны за счет спонтанного деления, либо источники, основанные на реакциях альфа-частиц с бериллием, бором или алюминием. Однако, такие источники малоинтенсивны и неизбежно дают вместе с нейтронами гамма-излучение. Таким источникам есть альтернатива в виде так называемой нейтронной трубки.

    Фактически это тоже реактор, только термоядерный: в нейтронной трубке осуществляется реакция ядерного синтеза. Правда, на ее проведение затрачивается гораздо больше энергии, чем выделяется, но нейтронный поток она дает. И главное — выключенная нейтронная трубка практически безопасна (за исключением некоторой активации элементов ее конструкции, да некоторого количества трития внутри трубки) и в этом смысле подобна рентгеновской трубке. Ядерный синтез происходит на мишени из трития под действием ядер дейтерия — дейтронов, ускоряемых газовым разрядом в дейтерии.

    Послесловие


    Ионизирующая радиация — явление не новое. Вопреки сложившимся в народе представлениям (я в предыдущих статьях уже писал о некоторых мифах на эту тему), доля антропогенных источников излучения в дозе облучения подавляющего большинства людей весьма невелика. Однако именно антропогенные источники представляют наибольшую опасность острого лучевого поражения. Природная радиация в земных условиях практически никогда не угрожает жизни непосредственно — исключением является только работа на разработке некоторых, наиболее богатых, урановых месторождений. А вот искусственные источники уже успели убить немало людей. Это и физики, которые работали с ураном и плутонием и попали под вспышки СЦР, и жертвы бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, и жертвы Чернобыля и других менее известных радиационных аварий. Бывали и случаи, когда людей убивал потерянный или украденный источник излучения, либо когда люди по незнанию оказывались в зоне интенсивной радиации и набирали смертельные дозы за секунды.

    Об этом — а вернее, о радиационной безопасности, я расскажу в следующей статье.

    Все статьи серии



    Радиация: Будни радиохимической лаборатории
    Радиация: единицы измерения
    Радиация: риски, безопасность, защита
    Поделиться публикацией

    Комментарии 91

      +1
      радон (что урановый 222, что ториевый 220), стоя в середине радиоактивного ряда, быстро превращается в один из радиоактивных изотопов свинца (214 для радона и 212 для торона), который оседает в легких и остается там навсегда [....]
      если в сильный дождь замерить радиационный фон на улице, окажется, что он вырос — иногда даже в 2-3 раза. Это вовсе не «чернобыльский дождик» и не последствия Фукусимы, это всего-навсего продукты распада радона из километрового слоя атмосферы собрались на поверхности земли.
      … и вот как теперь с этим жить?
      Умом-то я понимаю, что такие цифры — это мелочи, но подсознание-то теперь не спит!
      Есть где-то курсы «самолечение от радиобоязни», а то страшно вторую половину статьи дочитывать?
        +9
        Утешьтесь тем, что под такими радоновыми дождиками ваши предки жили всю историю существования Земли, и никто от них не умер. Даже десятикратная доза облучения от природного фона слишком мала, чтобы достоверно обнаружить ее вредное воздействие.
          +5
          Точнее, если и умерли, то успели оставить потомство. А кто не успел, тот не успел, естественный отбор он такой.
            0
            Предположительно, из ежегодных 1,5 млн. случаев рака лёгких у населения планеты от 45 тыс. до 225 тыс. вызваны именно радоном (или его ДПР), согласно отчетам ВОЗ. Если для расчетного примера взять Москву, то радон забирает минимум 70 человек в год. Для сравнения, в ДТП гибнет в 7 раз больше людей, но этот уровень стабильно сокращается. А вот с радоном никто особо не изучает проблему, в нашем регионе. А тут подробнее про радон и один из способов его фильтрации.
          +4
          На лабе по охране труда делали такую психологически страшную вещь :)
          Берешь ватный диск, кладешь его в счетчик. Тишина. Вставляешь в этаких пылесос, трубу в окно и включаешь на пару минут (там ТТК к тому же). Достаешь диск, в счетчик — пищит, собака, паника, как страшно жить!:)
            +1
            А еще можно после дождя потереть этим ватным диском подоконник.
            Как я выше говорил, ТТК к этому отношения никакого не имеет. Автомобили на уране не ездят и радиоактивных веществ не выбрасывают.
              +1
              Не, ТТК имеет отношение только к количеству поднимаемой пыли:)
                +1

                Легко детектируемых ДПР радона в поднятой с земли пыли уже почти нет: периоды полураспада свинца и висмута-214 менее получаса. Поэтому та активность, которую набирает фильтр, не из пыли с ТТК.

            0
            Посмотрите вот эту таблицу, и поймете, что вас окружает гораздо больше всего слегка излучающего, и миллионы людей вообще ничего с этим не делают. А иногда и делают специально всякие КТ.
              0
              Вы главное не путайте ЯМР к ионизирующим излучением.
                +1

                ЯМР используется в МРТ, а в КТ — вполне себе ионизирующий рентген.

                  0
                  Значит рентген, понятно. Ну и понятно, что он ионизирующий. Если от него защищают плотные скопления кальция (видим темное на месте костей), значит энергии фотонов должно хватать на полную ионизацию электронов с уровней n = 2 и n = 3 кальция, ИМХО.
              +1
              Утешитесь тем что каменный уголь и обыкновенные дрова тоже радиоактивны, как и гранит кстати, а шлакоблоки фонят еще сильнее.
              +9
              Ну и где теперь Айзон? Год уже почти как пропал…
                +4

                За жабры его взяли, судя по тому, что известно...

                  +1
                  А можно ссылки, если есть?
              +1
              о! вовремя вы!
              хотел сразу спросить, маленькая антропогенная штуковина (выглядит как кусочек металла) 5х3мм, даёт такие данные
              Много паники со стороны датчика внутри



              насколько вообще опасны такие вещи (я так понял что-то вроде из датчика дыма извлекли)
              и насколько можно доверять таким приборам?
              Ведь нашли её вот буквально на улице, явно она не должна быть опасной…
              ps: естественный фон 16мкР/ч
                +2
                Нужно хорошее фото этой штуки для идентификации.
                Гамма и бета могут быть основными излучениями источника (в этом случае это хорошая штука для проверки дозиметра и всяких опытов, при должном хранении вполне безопасная).
                А еще, то что мы видим может быть небольшим побочным фоном от дочерних продуктов распада некого мощного альфа источника. Такой случай более опасен при хранении, так как альфа источник склонен загрязнять местность. Загрязняет вследствие саморазрушения активной поверхности альфа-частицами, превращение радиоактивного материала в мельчайшую пыль. А если радий — дополнительно радоном и ДПР.
                  0
                  за жестью менее 0.5мм излучение не фиксируется, склонны думать, что только гамма и бета распады, хранится теперь в свинцовом ящике, спасибо за пояснение =) стало спокойнее =)
                    +3
                    В том-то и беда, что альфа-излучение бытовые приборы нормально измерить не могут. Обычный счетчик может насчитать небольшое превышение по гамме, а по альфе в этот момент может быть превышение хоть в тысячи раз, просто оно внутрь счетчика не попадает. Да, от него легко экранироваться почти любым материалом, но если источник рассыпется — эта пыль будет очень опасна при вдыхании.

                    Внешнее облучение вообще не так опасно, страшнее всего попадание радиохимии внутрь человека.
                      +3
                      Я б сказал — не «бытовые приборы альфу нормально измерить не могут», а «измерение альфы не слишком много дает». Дело в том, что допустимые уровни поступления в организм альфа-активных изотопов крайне малы. Так, чтобы многократно превысить ПДК плутония, достаточно пронести кусок плутония по комнате — не из-за его особой летучести, а из-за микроскопического количества, которое допускается.
                      В альфа-источниках плутоний или америций покрывают тонкой пленкой титана. Если эта пленка не нарушена, такой источник безопасен в плане распространения альфа-активных «горячих частиц». В противном случае — именно так, как вы написали.
                  +3
                  В старых датчиках дыма применяются источники на основе плутония-239, имеющие достаточно серьезную активность и высокий уровень не только альфа- но и гамма-излучения, и главное — нередко эти источники повреждены коррозией и плутоний с них буквально сыплется.
                  В более современных используется источник на основе америция-241 со сравнительно небольшой активностью (примерно 10 кБк). Он дает альфа-излучение и интенсивную гамма-линию 59 кэВ. Судя по тому, что полмиллиметра жести сильно ослабляют излучение, это он и есть. Уровень опасности — небольшой в плане внешнего облучения (Радиаскан с открытой крышкой сильно преувеличивает показания), а вот серьезность опасности попадания америция в организм, к сожалению, может быть велика, если источник поврежден, например, коррозией.
                  0
                  youtu.be/ejZyDvtX85Y

                  Приблизительно так выглядит миллиметровый осколок сборки чернобыльского реактора. Смотреть на 7:30.
                  Pyhesty, вот так кусочек топлива фонит где то в 10000 раз сильнее чем у вас если я правильно посчитал, так что у вас все практически безопасно если есть и вдыхать не будете.
                    +5
                    Графит с продуктами распада брать голыми руками? Смертники. Это ж все фиг отмоешь!
                    Никогда так не делайте.
                      0
                      30 грамм стронция не получите в графите «из ЧАЭС»?
                        0
                        Многие продукты распада из отработанного топлива — не только радионуклиды, но и очень токсичные вещества. Если чистым ураном можно хоть жонглировать голыми руками почти без последствий, то плутоний и полоний например вообще в руки брать нельзя — через кожу проникают.
                          0
                          Насчет токсичности, к сожалению, путают химическую токсичность и т.н. радиотоксичность. Если представить, что эти элементы стабильны, насколько бы они были опасны? Плутоний актиноид, его свойства сходны с таковыми у урана, химически он только чуть активнее. Полоний похож на теллур. В ряду S-Se-Te последние два считаются токсичными, причем селен в большей степени, так как ближе к сере и более активен. Можно было бы ожидать от полония меньшей токсичности, чем у теллура, но мы этого не узнаем. Через кожу они проникают не более и не менее, чем иные металлы. Проблема в радиоактивном распаде, вызывающем ускоренную деградацию и распыление поверхности. А металл в виде почти атомарной пыли сразу окисляется. Мельчайшая оксидная пыль хорошо проникает в слои кожи и далее.
                          В общем, все сверхсильные токсикоэффекты вызваны именно их радиоактивным распадом. Без этого таллий и бериллий побили бы их на несколько порядков. Изотопы иных элементов с такими же короткими периодами альфа полураспада столь же опасны, независимо от химических свойств. Например, чистый Уран-230 — пожонглировать не выйдет.
                            0
                            Теллур все же металл, то есть тяжелый металл. По поводу «ближе к сере» — это нужно изучить в сравнении с типичными п/п типа PbS и CdHgTe.
                            По поводу именно теллура. По свойствам ближе к металлам:
                            Как и селен, он тоже полупроводник, но его применение более ограничено. Теллур и его соединения в целом менее ядовиты по отношению к селену. Применяется как легирующая добавка к свинцу, улучшающая его механические свойства.

                            В отличии от селена, который:
                            Селен — микроэлемент в организме человека,… Все его соединения и модификации ядовиты.


                            То есть, полоний ещё менее активен, что, ИМХО, является смыслом вреда т.н. тяжелых металлов. К самому полонию не совсем относится, но если скажем полоний заменит в молекулах селен, то эта молекула станет тяжелее на 130 дальтон и просто будет очень сложно двигаться в типичных клеточных процессах.
                              0
                              Не все тяжелые металлы токсичны, пример — висмут (P-As-Sb-Bi). Несомненно, что собственная хим. токсичность у плутония, а особенно у полония есть, но не более, чем у известных токсичных металлов (будь они неактивны — руками трогать было бы можно, главное потом помыть). Однако, она не имеет никакого значения. Отравиться плутонием или полонием не получится, ибо результат употребления некорректно называть отравлением. Все равно что съесть 3 килограмма песка и «отравиться» песком или проглотить пару грамм металл. калия (это журналистам все равно, они любят писать «отравление Литвиненко», так же как «семафоры на станции»).
                                +1
                                4 грамма калия с фодой устроят отличную реакцию.
                                А ещё вистмут радиоактивный. В 209 граммах висмута происходит не менее 28600 альфа-распадов в год.
                                … так как за год в одном грамме природного висмута в среднем лишь около 100 ядер испытывают альфа-распад, превращаясь в стабильный таллий-205.
                                  +1
                                  Не многие знают, что среди природных элементов, кроме калия и висмута есть и другие нестабильные, встречающиеся в технике и природе среди нас :).
                                  Небольшая выборка (далеко не полная, но со значимо активными):
                                  image
                                  Тут цветами выделен калий и изотопы, которые придают даже большую активность естественным веществам, чем калий (рубидий, самарий, лютеций, рений). Кроме альфы от самария, остальные распады реально обнаружить радиометром с неосвинцованным датчиком типа СБМ-20, еще легче — слюдяным СБТ-10.

                                  Еще любопытный факт, 95.72% индия нестабильны, хотя распадается он медленно. Но на 5 порядков быстрее известного висмута, так что радиометр внутри килограммовой трубы из него уже что-то намеряет, тем более это бета.
                                    +1

                                    Я так и не смог ничего от индия намерять, несмотря на килограммовый его кирпич...

                                      +1
                                      В компактной форме слитка то наверное нельзя. Тут бы распределить его вокруг детектора так, чтобы как можно меньше беты поглощалось самим индием. Килограмм даст 245 распадов в секунду. Если подумать, для β- 496 кЭв полезен только слой не толще 0,25мм. То есть, надо будет раскатать слиток в фольгу, из фольги свернуть большой цилиндр с датчиком в центре. Ну и датчик слюдяной.., хотя они обычно односторонние, попробовать и такой и сбм.
                                        0

                                        По идее, в слое 0,25 мм с площадью, как у счетчика СИ-8Б, как раз около 5 граммов индия, которые должны дать примерно 60 распадов в минуту. То есть где-то 15 cpm должно получиться (половина уйдет не в ту сторону, половина поглотится). Видимо, оценка толщины слоя полного поглощения 0,25 мм сильно завышена.

                                          0
                                          Так всеже, из каких элементов фольга нужна против электронов с кин. энергией чуть меньше энергии покоя?
                                          Против нейтронов прокатит полиэтилен и жидкий метан (можно с примесью этана и пропана), т.к. лучше всего на водороде. Против альфа-частиц — бериллий и органика, именно типа полиэтилена или тяжелых фракций, скажем ароматических или вообще пиридин.
                                          Это все из логики того, что наилучшее рассеивание энергии будет при столкновении нейтрона с телом (ядром) порядка массы протона, а альфа частицы — не очень плохо на углероде (в 3 раза больше масса) и азоте (в 3.5 раза больше).
                                          0
                                          Наверное лучше будет вместо гейгера использовать пластиковый сцинтиллятор небольшой толщины.
                                        0
                                        Грамм самария или лютеция не так просто найти будет. Рений — тоже не самый простой минерал — один из самых тугоплавких и тяжелее вольфрама. Получить 1 грамм рения с очисткой 88% Вам не так просто будет, ИМХО.
                                          +1
                                          Сейчас хорошее время, все можно относительно легко купить. Навскидку, первые попавшиеся лоты: самарий, лютеций, рений.
                                            +1
                                            Круто. Только ссылки первые 2 перепутаны.
                                +1

                                Уран как раз сам по себе весьма токсичен. Радиотоксичность свежего природного или обедненного урана по сравнению с его химической токсичностью не очень существенна — по последней он сопоставим со ртутью. Впрочем, сами эффекты, которые он вызывает, которые сродни физиологическому действию платиновых металлов, близки к действию радиации: канцерогенное, мутагенное, тератогенное...

                          +1
                          Делайте ссылки на предыдущие и следующие посты по этой теме, пожалуйста.
                            +2

                            Правильная мысль. Сделаю!

                            0
                            Был у меня знакомый, который продавал изделия из мрамора, травертина итд.
                            И рассказал такой факт, что при добычи натурального камня, в разных источниках и на разной глубине уровень радиации в этом камне сильно отличается. И для памятников, полов, уличных дорожек и столешниц используется камень с разными нормами радиации. Но многие желают сэкономить и заказывают себе столешницу там где памятники делают или еще хуже.
                              +4
                              В основном повышенной радиоактивностью обладают не мрамор и травертин, а кислые и средние магматические породы, в основном — гранит.
                                0

                                А насколько опасно отдыхать на природе, в районах скальников, сложенных из гранитных массивов?

                                  +3

                                  На открытом воздухе вероятность образования опасных концентраций радона почти отсутствует (если источники радона — не такие, как на Бештау). А существенного внешнего облучения от гранита вы не получите.

                                    +1
                                    Как сказали Выше, тяжелые радиоактивные элементы типа урана и тория в основном находятся в магматических породах, так как в расплавленной Земле они спустились ближе к ядру. Есть чуть более легкие, вплоть до висмута, но радиацию от 1 грамма висмута Вы не сможете обнаружить.
                                    Потом была магматическая активность и скажем через 4 миллиарда лет эти тяжелые элементы прошли литосферу и вышли на поверхность.
                                    Кратко про гранит из Вики
                                    Температура плавления 1215—1260 °C; при присутствии воды и давления температура плавления значительно снижается — до 650 °C. Граниты являются наиболее важными породами земной коры. Они широко распространены, слагают основание большей части всех континентов и могут формироваться различными путями

                                    Замечу, что у тория темп. плавления куда выше — 2028 К, то есть он мог быстрее остыть, хотя имеет плотность куда меньше, чем у урана и чуть выше, чем у свинца.
                                      +2
                                      Сравнивать плотности и температуры плавления свободных металлов здесь смысла мало, так как в условиях земной коры и мантии свободные уран и торий существовать не могут.
                                        0
                                        Понял. Будут скажем оксиды. Оксид висмута(III) наверное тоже жидким будет.
                                          +2
                                          Будут не оксиды, а многочисленные силикаты, алюмосиликаты, боросиликаты сложных составов.
                                      +2
                                      Бояться надо не естественных природных вещей, а результатов действий человека. Особенно действий с момента открытия радия и до 50-ых годов, когда поняли насколько все это вредно и стали вести учет и утилизацию материалов. Помимо Чернобыля есть еще довольно много мест, где лучше не появляться без костюма химзащиты. Из самого «смачного» и почему-то мало кому известного — закопанные РИТЭГи на пляже одного из островов в финском заливе, «Черная быль ладоги» и заброшенные теплицы под Краснодаром, где исследовали воздействие излучений на растения. В этих местах реально и дозу хорошую набрать и пыли нахвататься. Хотя ни там ни там нету уже почти никаких следов присутствия человека, все поглотил лес. И сколько таких мест еще — никто не знает. У меня в кофре мотоцикла во время путешествий всегда валяется счетчик для проверки места под палатку. Может это просто такая у меня «профдеформация» и не стоит париться на этот счет. Но где-то что-то плохо закопали, где-то грохнулся с орбиты спутник с ядерной установкой, куда-то принесло кусочек ТВЭЛа из Чернобыля, куда-то пролился дождь из стронция после взрыва на Маяке, а где-нибудь в деревне изотоп от дефектоскопа подпирает дверь сарая, в котором пустили переночевать и мотик подремонтировать…
                                        0
                                        А ещё есть инфа, что стронций неплохо замещает кальций в раковинах моллюсков.
                                          0

                                          И костях человека

                                            0
                                            Так что до 2044 года не кушайте кости животных из Чернобыльской зоны.
                                          0
                                          Постоянно работающий прибор всегда имеет смысл держать в кармане, можно иногда найти массу интересного. Что за РИТЭГи на пляжах?
                                            0
                                            Инфа пробегала давно, еще когда радиоактивную помойку на Шкиперском обнаружили — большую часть особо опасного хлама вывезли на чумной форт и там закопали. Говорят и пара ритэгов там была.
                                              0
                                              Если найдете 87.8 г «свежего» плутония-238 — храните в плотной алюминиевой фольге.
                                                0

                                                Его обычно никелем покрывают гальванически. И в таком состоянии его можно трогать руками. Он теплый)

                                                  0
                                                  Конечно теплый. Типичная энергия альфа-распада, ЕМНИП, пару МэВ. Так как я взял маленькую штучку (плотность грубо те самые 19,84 г/куб. см, значит это 4.425 куб. см — чурка чуть больше 2*2*1.1 см), то у неё большое отношение площади S = (2*(2*2) +2*(2*1.1) + 2*(1.1*1.1) = 14.82 кв. см) к массе. Значит каждую секунду 1 кв. см. поверхности прошивает поток альфа частиц весьма высокий (вряд ли плутоний имеет большое поглощение альфа-частиц на 1 см. пути).
                                                  А если закинуть чурку в космос — будет светиться никель как АЧТ, явно не меньше 350 К температрура станет на поверхности.
                                                    +2
                                                    Пробег альфа-частиц в плутонии — доли микрона. Так что прошивать поверхность будут не сами альфа-частицы, а их перешедшая в тепло энергия.
                                                  +1
                                                  87.8 г «свежего» плутония-238 (сфера с радиусом ~1см, суммарная α-активность полезного слоя поверхности до 1 мкм в глубину — 0,16ГБк, при предельном пробеге 10мкм) в алюминиевой фольге это:
                                                  в секунду 2,3×105 спонтанных нейтронов (Pu238 → 2n + оскол.А + оскол.Б) и 1,6×105 выбитых нейтронов из алюминия, Al27 + α → P30 + n (если выход n=0,001%).
                                                  Дополнительно, бонусом 1,6×105 позитронов из распада фосфора-30, в который превратился алюминий при выбивании нейтрона, P30 → β+ + S30. Ну а позитроны это далее 320 тыс. гамма-квантов/в сек., β- + β+ → 2γ (511 кЭв).
                                                  Мягкий рентген от ионизаций и накопление весьма активных осколков от деления можно уже не учитывать. Так что только никель. И то дозиметр трещать будет, чем дальше, тем больше.
                                                    0
                                                    Реакция альфа частиц с алюминием — это конечно круто.
                                                    1 см алюминию упомянутые гамма-кванты с энергией 511 кэВ почти не заметят, вот 1.5 см железа будут для них более весомым аргументом.
                                      0
                                      Существует единственное ядро, для которого изомерное состояние устойчивее, чем основное: это тантал-180.

                                      Вы имеете в виду «совсем стабильное» изомерное состояние. Если говорить о случае «возбужденное состояние всего в несколько раз больше живет», то таких случаев множество. У того же тантала это изотопы массой 156 и 178 (оба состояния дают бета-плюс распад).

                                      А ещё, по поводу последнего. Как я понимаю, реакцию D + T как-то вызывают для «зажигания» ядерной бомбы, то есть самой 1й стадии взрыва (видимо одновременно с созданием критической массы).
                                        +2
                                        Да, вы правы — здесь есть неточность. Что касается ядерной бомбы, то в первых использовался полоний-бериллиевый источник, так называемый «еж», в котором условия для образования нейтронов возникали только в тот момент, когда источник сдавливался имплозией и при этом полоний с бериллием смешивались. А затем перешли на использование нейтронных трубок, в которых нейтроны генерируются за счет ядерного синтеза. За счет него стало возможным гибко управлять мощностью взрыва.
                                          0
                                          Где об этом почитать можно? Или всё как обычно секретно?
                                            0
                                            Термоядерная Бомба. На кухне. На коленке… Легко..

                                            Сталкивался с критикой этого обсуждения, что, мол, все на самом деле не так или не совсем так, но без конкретики, что именно не так.
                                              0
                                              Долго ли разгонял протончик до 2.3 МЭВ

                                              Строите линейный ускоритель для протонов, создаете в нем линейный потенциал 2.3 МВ (+ небольшая поправка или как там перерсчитать в систему ЦМ для кин. энергии << 1 ГэВ?). Сталкиваете с металлическим бором (желательно — провести очистку поверхности мишени от изотопа бор-10).
                                                0
                                                Там дальше — про устройство атомных бомб, принципы подрыва и т.п.
                                                  0
                                                  Тогда ещё немного прокоментирую.
                                                  Спойлер №1
                                                  Можно массу свыше критической, хранить в виде единого металлического ядра, и ничегошеньки не будет. Более того, и в Толстяке, и во многих других зарядах плутониевое ядро ( цельное! Единая отливка! ) имеет массу больше критической — и ничего


                                                  Плутоний-239. Из 24100 кг «массы выше критической» мы получим за год около 3.1*10-7 грамм распадов с рождением нейтронов. Да, эти нейтроны могут давать низкое сечение цепной реакции, я не в курсе.

                                                  Интересная схема:
                                                  Взрывной волной сфера обжимается, телесный угол, под которым виден поглотитель из плутониевой сферы уменьшается, и система быстро переходит в закритическое состояние.

                                                  Последний спойлер
                                                  Это достигается при скоростях сближения порядка 2.5 км в секунду. Вот тогда они успеют влипнуть друг в друга прежде, чем разогреются от энерговыделения. И тогда последующее энерговыделение будет таким пиковым, что возникнет ядерный взрыв с грибом.

                                                  0
                                                  Строите линейный ускоритель для протонов, создаете в нем линейный потенциал 2.3 МВ
                                                  Электрон надо разгонять потенциалом 2,3 МВ, а протон на три порядка тяжелее, а разгоняем до тех же 2,3 МэВ. Именно поэтому в коллайдерах используют протоны, а в синхротронах — электроны.
                                                    0
                                                    Во первых, синхротрон как кольцевой коллайдер может быть как минимум 3 типов:
                                                    1. Электрон-позитронный.
                                                    2. Электрон(позитрон)-протонный.
                                                    3. Протон(антипротон)-протонный.

                                                    Но если Ваша цель — создать синхротронное излучение, тогда конечно нужно взять электроны, разогнать до gamma = 100000 и направить на такой градиент/поворот направления магнитного или электрического поля, что он совершит поворот с радиусом кривизны 3 ангстрема.

                                                    Но если энергия нужна большае для электронов и самих электронов нужно много (скажем не джоули кин. энергии пучка, а куда больше) — этап разгона с большой энергией лучше проводить в области с маленьким магнитным полем, а значит — большим радиусом кривизны. Условно говоря, по сравнению с LEP нам нужно в X раз уменьшить поле H при росте лоренц-фактора в X раз. Какой радиус кривизны удержит электроны?
                                                      0

                                                      Сорри, у меня там какая-то фигня написана )))
                                                      А синхротрон это просто общепринятое название «источника синхротронного излучения», и в них не используют протоны. А про коллайдеры обычно не говорят «синхротрон» просто, чтобы не путаться. И, насколько я знаю, экспериментов с электронными меньшая часть. Видимо, на маленьких энергиях меньше интересного.

                                                        0
                                                        Видимо, на маленьких энергиях меньше интересного.


                                                        Пересказываю слова шарящих людей. Протонный коллайдер (как LHC) или протон-антипротонный (SppS, Tevatron) используется для наработки статистики. Имея много статистики (вплоть до десятков fb-1 на LHC) на большой энергии (Run 2 LHC — 13 ТэВ) можно обнаружить соответствующие пики распределений распада частицы возле некоторой инвариантной массы пары частиц и сказать «с достоверностью 4.9 „сигма“ мы открыли W-бозон». Например, для открытия упомянутого бозона хватило энергии столкновения «протон + антипротон» 546.630 ГэВ при массе покоя бозона не менее 80 ГэВ.
                                                        Но, погрешность упомянутого результаты была не менее 0.85 ГэВ. Электрон-позитронный коллайдер при точной подстройке энергии пары элементарных частиц не менее 161 ГэВ дала уменьшить погрешность на порядок. Но, колоссальная статистика ATLAS на энергии 7 ТэВ дала уменьшить погрешность ещё где-то в 3.25 раз.

                                                        Но, смысл тут в том, что сначала нужно открыть частицу (детекторы LHC ATLAS и CMS при энергии столкновений 7 и 8 ТэВ справились с этой задачей в 2012 году), а потом — досконально изучить. Но не так просто вычленить процесс рождения конкретной тяжелой частицы из фона рождения типичных для неё продуктов распада. Скажем бозон Хиггса распадается на пару тау-лептонов, а распад на пару b-кварков было сложно выделить, так как такая пара легко рождается сама по себе в столкновении протонов.
                                                        Досконально изучить можно на коллайдере типа электрон-позитронном — энергия пороговая реакции
                                                        e + anti-e -> Z + H
                                                        будет около 216.5 ГэВ. Если промерять вероятность рождения H-бозона начиная с такой энергии с шагом 160.00 МэВ, то можно более точно узнать величину «пик энергии бозона Хиггса» и «ширина пика».
                                                        Но планы постройки такого коллайдера пока несколько неопределенны.
                                                  0
                                                  Да, я читал это давно. Интересно кто эта загадочная Лахезис и зачем всё это было написано.
                                                0
                                                Полоний-209 (210 тоже, но живет 138 дней) дает альфа частицы (вероятность не менее 99.5%), а они, как я понял, дают энергетически эффективную реакцию
                                                He-4 + Be-9 — >C-12 + n,
                                                в которой энергии нейтрона хватает для зажигания цепной реакции в критической массе.
                                                KbRadar, это все конечно ИМХО, но может Вам пригодится такая «секретная» инфа.
                                              –1
                                              полграмма калия в одном банане?
                                              может речь про микрограмм?
                                                +2
                                                Калий — отнюдь не микроэлемент. Его много. Разумеется, речь идет об общем содержании калия, включая его нерадиоактивный 39-й изотоп. Содержание калия-40 при этом в 10000 раз меньше.
                                                +2
                                                В УПИМЦТ не было ламп кроме кинескопа. ГП5 применялась в УЛПЦТ.
                                                  +1
                                                  Конечно, УЛПЦТ. Исправил.
                                                  +1
                                                  Я не буду здесь писать о «том, что не надо трогать руками»


                                                  Об этом отлично написано тут.
                                                    0
                                                    Собственно, название этой темы на кавесах я и процитировал.
                                                    0
                                                    «ториевое стекло японских объективов в момент их изготовления не представляло собой особой радиационной опасности. Но по мере восстановления в нем равновесия, в течение 10-15 лет интенсивность бета- и гамма-излучения тория значительно возрастает, что обусловлено накоплением в нем радия-228 и последующих членов ряда — вплоть до финального «салюта» таллия-208, дающего очень жесткое гамма-излучение с энергией 2,6 МэВ.»

                                                    Что-то непонятно, как такое равноесие может установиться за 10-15 лет ежели период полураспада 232Тh 15 миллиардов лет.
                                                      0
                                                      14 млрд., да. По поводу равновесия, как я это понимаю. Есть у нас система уравнений:
                                                      dn_Th/dt = -n_Th/tau_Th
                                                      dn_Ra/dt = n_Th/tau_Th — n_Ra/tau_Ra

                                                      Из него следует, что существует равновестное соотношение концентраций
                                                      n_Th/tau_Th = n_Ra/tau_Ra,
                                                      при котором возникает адиабатическое равновесие в концентрации радия-228 (период п.р. 5.75(3) лет). Получается, что это соотношение около 2.44 млрд: 1.
                                                      Адиабатическое оно в том смысле, что за 5.75 лет эти «миллиарды» соотношения меняются на 1 единицу.
                                                      0
                                                      К-орбитали атома

                                                      K-орбитали нет, есть орбитали К-уровня атома
                                                        0
                                                        Принимается.
                                                          0
                                                          Да там всего 1 орбиталь на 1м уровне, для обычных фермионов выходит только 2 возможных состояния (условно можно назвать «спин вверх» и «спин вниз»). Вот в позитронии была бы другая симметрия гамильтониана относительно смены 2 фермионов местами?
                                                          А под «необычным» фермионом я имел в виду например гиперон сигма-1385, имеющий спин 3/2. Вот он скажем в магнитном поле имеет 4 возможных проекции спина: -3/2, -1/2, 1/2, 3/2.
                                                          0
                                                          А еще их охотно поглощают лишайники, например, ягель, которым затем питаются олени. Концентрация дочерних продуктов распада радона в лишайниках многократно превышает исходное их содержание в дождевой воде и почве.

                                                          Стоит уточнить, что большие дозы в лишайниках, и соответственно в северных оленях вызваны проведением воздушных и наземных ядерных взрывов. Причём, это особенно выражено в Северном полушарии. В СССР была большая программа по исследованию этой радиоактивности, и даже в конце 80-х начали выделять деньги народам Крайнего Севера, в чей рацион в основном входила оленина. Повышение радиоактивности было основной причиной запрета воздушных ядерных взрывов. Если в Средней полосе радиоактивность достаточно быстро снизилась, т.к. много однолетних растений, то на Севере в связи с тем, что мхи и лишайники живут очень долго, периоды полураспада ещё не всех основных элементов прошли «лишняя» радиоактивность накапливалась… В Южном полушарии по-моему эти процессы меньше выражены, хотя там, наверное, и исследований было меньше.
                                                            0
                                                            В качестве типичного и для южного полушария лишайника Гугл нашел этот — Икмадофила пустошная.
                                                            Но точно проводились ядерные испытания в южном полушарии надземные?
                                                              0
                                                              Радиоактивный фон повысился по всей планете. Я читал про проведение исследований ФМБА в СССР, они смотрели куда и как распространялись воздушные массы с мест проведения воздушных испытаний СССР, как выпадали осадки, выезжали по всей территории СССР, брали пробы, исследования достаточно долго проводились. Естественно большую часть проб брали недалёко от точки проведения каждого испытания, непосредственно после испытания, т.к. старались следить за безопасностью для населения и испытателей.
                                                              Надо хорошо представлять, как перемещались воздушные массы после испытаний США на атоллах и где выпадали осадки. Т.к. атоллы располагаются неособо далеко от экватора, то вполне возможно, что часть радиоактивных масс попадала и в Южное полушарие, где и выпадали осадки, но это только предположение.
                                                            0
                                                            выключенная нейтронная трубка практически безопасна
                                                            То есть фузором вещество почти не активируется?
                                                            Если не путаю, то в самодельных фузорах активность в лучшем случае десятки-соти тысяч Бк, энергия нейтронов 2,45 МэВ. На fusor.net сходу ничего не нашел, но почему-то помню такую цифру.

                                                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                            Самое читаемое