Наведена радіоактивність — це радіоактивність речовин, що виникає внаслідок опромінення їх іонізуючим випромінюванням, зазвичай нейтронами.
При опроміненні частинками (нейтронами, протонами, гамма-променями) стабільні ядра можуть перетворюватися на радіоактивні ядра з різним періодом напіврозпаду, які продовжують випромінювати тривалий час після припинення опромінення. Особливо сильна радіоактивність, наведена нейтронним опроміненням. Це можна пояснити наступними властивостями цих частинок: для того, щоб викликати ядерну реакцію з утворенням радіоактивних ядер, гамма-промені та заряджені частинки повинні мати велику енергію (не менш ніж кілька МеВ). Однак вони взаємодіють з електронними оболонками атомів набагато інтенсивніше, ніж з ядрами, і швидко втрачають при цьому енергію. Крім того, позитивно заряджені частинки (протони, альфа-частинки) швидко втрачають енергію, пружно розсіюючись на ядрах. Тому ймовірність, що гамма-кванта чи заряджена частинка викликає ядерну реакцію, мізерно мала. Наприклад, при бомбардуванні берилію альфа-частками лише одна з кількох тисяч або десятків тисяч (залежно від енергії альфа-частинок) викликає (α, n) -реакцію, а для інших сполук ця ймовірність ще менша.
Нейтрони ж, навпаки, захоплюються ядрами при будь-якій енергії, понад те, максимальною є ймовірність захоплення саме нейтронів з низькою енергією. Тому, поширюючись у речовині, нейтрон може потрапляти до безлічі ядер послідовно, поки не буде захоплений черговим ядром, і ймовірність захоплення нейтрона практично дорівнює одиниці.
Слід зауважити, що поглинання нейтронів не обов'язково веде до появи наведеної радіоактивності. Багато ядер можуть захоплювати нейтрон з утворенням стабільних ядер, наприклад (бор-10) може перетворитися на стабільний бор-11 (якщо захоплення нейтрона ядром не призведе до утворення літію та альфа-Частинки), легкий водень (протій) — на стабільний дейтерій. У таких випадках наведена радіоактивність не виникає.
Процес перетворення нерадіоактивних ядер в радіоактивні та утворення в речовині радіоактивних ізотопів під дією опромінення називається активацією.
Активаційний аналіз
На ефекті наведеної радіоактивності ґрунтується дієвий метод визначення складу сполуки, званий активаційним аналізом. Зразок опромінюють потоком нейтронів (нейтронно-активаційний аналіз) або гамма-квантів (гамма-активаційний аналіз). При цьому в зразку наводиться радіоактивність, характер якої, при однаковому характері опромінення, повністю визначається ізотопним складом зразка. Вивчаючи (гамма-спектр) випромінювання зразка, можна з дуже високою точністю визначити його склад. Межа виявлення різних елементів залежить від інтенсивності опромінення та становить до 10-4-10-7 % для гамма-активаційного аналізу і до 10-5-10-10 % для нейтронно-активаційного аналізу.
Наведена радіоактивність при ядерних вибухах
Одним зфакторів ураження від ядерного вибуху є радіоактивне зараження. Основний внесок у радіоактивне зараження вносять уламки поділу ядер урану або плутонію, але частково радіоактивне зараження забезпечується наведеною радіоактивністю. Особливо сильна наведена радіоактивність при вибуху термоядерних (в тому числі і нейтронних) зарядів, оскільки вихід нейтронів на одиницю енергії в них у кілька разів вищий, ніж у ядерних зарядів, і середня енергія нейтронів теж вища, що робить можливими порогові реакції. Стверджують, наприклад, що вибух нейтронної бомби потужністю в 1 кт в 700 метрах від танка не лише вбиває екіпаж нейтронним випромінюванням, але й створює в броні наведену радіоактивність, достатню для отримання новим екіпажем смертельної дози протягом доби.
При атмосферних ядерних випробуваннях особливо велике значення має реакція нейтронів з атмосферним нітрогеном-14 яка має достатньо високий перетин (1,75 барн). Загальна кількість вуглецю-14, викинута в атмосферу під час ядерних випробувань, дуже велика. ЇЇ можна порівняти з загальним вмістом природного радіовуглецю в атмосфері.
Принцип наведеної радіоактивності покладений в основу ідеї т. зв. кобальтовою бомби. Це вид ядерної зброї, в якій основним вражаючим фактором є радіоактивне зараження. Вона являє собою термоядерну бомбу з кобальтовою оболонкою, в якій під дією нейтронного випромінювання вибуху створюється ізотоп (кобальт-60) — потужне джерело гамма-випромінювання з періодом напіврозпаду 5,27 років. Ядерний вибух розпилює кобальт по великій території, і робить цю територію надовго непридатною для проживання.
Активація конструкційних матеріалів ядерних реакторів
Ядерні реактори тривалий час (десятки років) працюють в умовах сильного нейтронного опромінення (інтенсивність потоку нейтронів в деяких енергетичних реакторах досягає 1016 см-2·c-1, а в деяких експериментальних реакторах — навіть 1019 см-2·c-1), а повний флюенс за весь час — 1023 см-2. Ще інтенсивнішими будуть нейтронні потоки в проектованих термоядерних реакторах. Це створює проблеми з утилізацією конструкцій реакторів, які відпрацювали свій термін, оскільки інтенсивність наведеної радіоактивності в конструкціях реактора змушує віднести їх до радіоактивних відходів, причому маса цих відходів може бути навіть більшою ніж маса відпрацьованого ядерного палива. Наприклад, реактор ВВЕР-1000 важить 324,4 т. (без води і палива) і дає за 30 років служби 750 т ВЯП — трохи менше ваги самого реактора. Ще більше важать конструкції реактора РБМК — 1850 т.
Для вирішення проблеми з утилізацією елементів конструкції реакторів проводяться дослідження зі створення матеріалів та сплавів, в яких наведена радіоактивність спадає відносно швидко. Це досягається підбором матеріалів, які при опроміненні нейтронами не дають довгоживучих ізотопів (з T½ від десятків до мільйонів років). Характер спаду радіоактивності визначається ізотопним складом сполуки, що опромінюється, а також спектром нейтронів.
Наприклад, небажаним є вміст у таких сплавах нікелю, молібдену, ніобію, срібла, бісмуту: вони при опроміненні нейтронами дають ізотопи з тривалим часом життя, наприклад (T½ = 100 тис. років), (T½=20 тис. років), (T½=680 років), (T½=4 тис. років). В термоядерних реакторах небажаним матеріалом є також алюміній, в якому під дією швидких нейтронів напрацьовується ізотоп 26Al (T½=700 тис. років). Водночас такі матеріали, як ванадій, хром, манган, титан, вольфрам не створюють ізотопів з тривалим часом життя, тому після витримки протягом кількох десятків років активність їх падає до рівня, що допускає роботу з ними персоналу без спеціального захисту. Наприклад, сплав 79 % ванадію і 21 % титану, опромінений нейтронами спектру термоядерного реактора DEMO з флюенсом 2 ·1023 см-2, за 30 років витримки зменшує активність до безпечного рівня (25 мкЗв/ч), а малоактивована сталь марки Fe12Cr20MnW лише за 100 років. Однак навіть невелика домішка нікелю, ніобію або молібдену може збільшити цей час до десятків тисяч років.
Ще одним способом зменшення наведеної радіоактивності є ізотопне збагачення. Наприклад, при опроміненні заліза нейтронами основний внесок у наведену радіоактивність робить ізотоп 55Fe з періодом напіврозпаду 2,7 років, він утворюється з легкого ізотопу 54Fe, тому збагачення природного заліза важкими ізотопами може істотно знизити наведену радіоактивність. Аналогічно, істотно знижує наведену радіоактивність молібдену збагачення важкими ізотопами, а цирконію або свинцю — навпаки, легкими. Однак розділення ізотопів обходиться дуже дорого, тому економічна доцільність його під питанням.
Посилання
- Радіоактивність наведена (рос.). Атомна енциклопедія. Архів оригіналу за 13 травня 2012.
- Колотов В. П. (2007). Теоретичні та експериментальні підходи до вирішення завдань активаційного аналізу, гамма-спектрометрії та створення малоактивованих матеріалів (PDF). Дис.... Д. Хім. н. (рос.). Архів оригіналу (PDF) за 13 травня 2012.
- П. Д. Сміт. Кобальтова бомба. [ 15 вересня 2008 у Wayback Machine.] (рос.)
Примітки
- Активація та активаційний аналіз [ 18 грудня 2014 у Wayback Machine.] (рос.)
- Нейтронна бомба — принцип дії заряду зі збільшеним виходом випромінювання [ 18 грудня 2014 у Wayback Machine.] (рос.)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет