Radiação: fontes

Em um post anterior, falei sobre unidades de radiação ionizante. Agora vamos falar sobre as fontes de radiação.

Não escreverei aqui sobre "que você não precisa tocá-lo" - muito já foi escrito sobre isso, mas não sou Oleg Aizon e não tenho fotos exclusivas de artefatos radioativos sem precedentes. Eu direi em geral - de onde vem a radiação.

Decaimento radioativo como fenômeno

O que é decaimento radioativo? Alguém, lembrando o conhecimento escolar, responderá - esse é o fenômeno da transformação de alguns elementos em outros. Alguém dará uma definição diferente, como regra, igualmente imprecisa. De fato, decaimento radioativo é qualquer mudança espontânea no estado de um núcleo atômico como um sistema de núcleons, acompanhado pela liberação de energia, cujo valor, em regra, excede vários quiloelétrons-volts. Essa energia é então transportada pelas partículas elementares emitidas pelo núcleo, por quanta de radiação eletromagnética ou transferida para os elétrons do átomo. Nesse caso, o próprio núcleo pode mudar sua carga, massa, dividida em dois ou mais núcleos, ou pode permanecer por si só, apenas entrando em um estado mais estável.

As características "externas" e facilmente determinadas de um núcleo atômico são sua massa A e carga (ou número atômico) Z , medidas nas cargas e massas do próton. Estes são valores inteiros que têm um significado físico do número de partículas correspondentes na composição do núcleo. A carga de nêutrons é zero e a massa é quase a mesma que a de um próton; portanto, calcule o número de nêutrons: $$$N = A - Z$. Núcleos com as mesmas cargas são chamados isótopos , com as mesmas massas - isobares , se o mesmo, então e o outro, estamos lidando com isômeros . Z e A são indicados à esquerda do símbolo do elemento nos índices inferior e superior, respectivamente.

Pelo que foi dito, é óbvio que, para Z mudar, o núcleo deve deixar a partícula carregada e, para A mudar, algo mais pesado que o elétron deve voar para longe do núcleo. Portanto, as seguintes opções são possíveis:

- um elétron e um antineutrino ou um pósitron e neutrino (decaimento beta) voam - Z muda em um (aumenta no caso do elétron e diminui no caso do decaimento do pósitron), A - não muda;

$$

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

- o núcleo, ao contrário, pode absorver um elétron do nível K do átomo (captura K) - Z aumenta em um (como no decaimento beta-plus), A não muda, são emitidos neutrinos.

$$

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

- o núcleo do hélio-4 voa, a chamada partícula alfa (decaimento alfa) - Z diminui 2, A diminui 4;

$$

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

O decaimento beta (e captura de elétrons) é a conversão de um dos nêutrons em um próton ou vice-versa, e é uma manifestação de uma interação fraca que "recarrega" um dos quarks de núcleons. Juntamente com o elétron, um antineutrino é sempre formado, o que retira parte da energia, enquanto a energia entre eles é redistribuída aleatoriamente. Por esse motivo, o espectro de energia da radiação beta é contínuo.

E a deterioração alfa ocorre simplesmente porque qualquer núcleo mais pesado que o ferro é energeticamente mais lucrativo para "perder peso". Mas, embora esse ganho não ultrapasse alguns MeV, a barreira energética para remover uma partícula alfa ou qualquer outro fragmento do núcleo é muito alta. E quando o ganho de energia é grande o suficiente (mas ainda menor que a energia de ligação), torna-se possível tunelar uma partícula alfa fora do núcleo. Além de uma partícula alfa, um nêutron ou próton pode voar para fora do núcleo em casos extremamente raros, ou o núcleo é mais pesado que a partícula alfa. E, finalmente, o núcleo pode cair em vários núcleos, emitindo vários nêutrons. Esta é uma fissão espontânea da qual apenas núcleos pesados ​​são capazes, começando com tório e urânio.
Após o ato da decadência, um excesso de energia pode permanecer no núcleo e esse núcleo "aquecido" deve de alguma forma se livrar dele. Para isso, emite um ou mais raios gama. Às vezes, o fenômeno da conversão interna também ocorre: a energia não é irradiada na forma de fótons, mas é transmitida aos elétrons que voam para fora do átomo. Ao contrário dos raios beta, os elétrons de conversão têm um espectro monoenergético (linear).

Em alguns casos, um núcleo com excesso de energia pode existir por um longo tempo, às vezes até centenas de anos. Não difere do mesmo núcleo "comum" - nem por carga nem por massa, isto é, é o mesmo elemento químico e o mesmo isótopo. Mas os isômeros são diferentes. Na maioria das vezes, a vida útil dos isômeros metaestáveis ​​não excede horas e apenas alguns deles têm anos. Existe apenas um núcleo para o qual apenas o estado isomérico é estável: é o tântalo-180. No estado fundamental, é beta-ativo e de curta duração (meia-vida de 8 horas), e seu isômero tântalo de 180 m, ao que parece, deveria entrar no estado fundamental com a emissão de raios gama com uma energia de 75 keV ou sofrer decaimento beta, mas nenhum , ninguém jamais observou: esse isômero, em contraste com o estado fundamental de vida curta, é estável .

O decaimento de um isômero nuclear é o único exemplo de decaimento radioativo, acompanhado exclusivamente por radiação gama . Em todos os outros casos, a radiação gama sempre existe exclusivamente com radiação alfa ou beta.
Sobre isótopos e isômeros, dissemos. Mais um "iso" permanece - estes são isobares. Núcleos com cargas nucleares diferentes e a mesma massa. Isobares estáveis ​​geralmente têm cargas diferentes de duas unidades e, entre elas, quase sempre existe um isótopo radioativo. A existência de dois isobares estáveis ​​nas células vizinhas da tabela periódica é improvável - essa regra é chamada de regra de Schukarev-Mattauch. Apenas duas exceções são conhecidas: antimônio e telúrio-123 e háfnio-180 e o tântalo-180m acima mencionado.

Raios cósmicos e outras fontes de radiação não radioativa

Além das substâncias radioativas, alguns outros processos e fenômenos, naturais e gerados pela mente humana, também levam ao aparecimento de radiação com propriedades semelhantes.

Você provavelmente conhece a radiação cósmica. Os raios cósmicos enchem o universo inteiro, são prótons e núcleos mais pesados, elétrons e raios gama com energias excepcionalmente altas. A energia máxima registrada por partículas cósmicas atinge o zept de um volt de elétron! É $$$10 ^ {21}$eV. Qual é a fonte de tais partículas de alta energia é impossível dizer inequivocamente, mas partículas e raios gama com energias moderadas - de volts de kilo-giga-elétron - são gerados por estrelas, incluindo o nosso Sol.

Essa é a chamada radiação cósmica primária. Você só pode encontrá-lo se entrar em órbita baixa da Terra, ou pelo menos subir várias dezenas de quilômetros. Apesar da alta energia, essas partículas não atingem a superfície. Cada uma dessas partículas, tendo voado para a atmosfera, causa toda uma cascata de reações nucleares, levando à formação de muitas partículas - principalmente múons - que já atingem a Terra. A propósito, eles voam apenas devido à dilatação relativística do tempo: o tempo de existência de um múon - dois microssegundos - sem que fosse possível voar um múon apenas meio quilômetro com um pequeno. E outro fato interessante relacionado aos múons cósmicos: eles são carregados negativamente, mas os raios cósmicos primários são carregados positivamente, uma vez que consistem principalmente em prótons. É por isso que a Terra tem uma carga negativa e a ionosfera é positiva. Perto da superfície da Terra, em média, um múon voa através de cada centímetro quadrado por minuto. Cerca de um terço do fundo natural - cerca de 3,5 μR / h - é devido a eles. E na altitude em que os aviões de passageiros voam, os raios cósmicos criam uma taxa de dose de vários microsievert por hora, o que já representa um certo perigo para a saúde dos pilotos.


Além dos múons, também existem elétrons e nêutrons nos raios cósmicos secundários. Estes últimos desempenham um papel importante na formação dos chamados radionuclídeos cosmogênicos.

Os raios cósmicos secundários têm um poder de penetração muito alto. Para se proteger deles, você deve entrar em adegas e minas profundas. Obviamente, eles precisam se defender não porque são prejudiciais à saúde - mas porque interferem na detecção de eventos raros e fracos em experimentos de física nuclear, medindo pequenas atividades de radionuclídeos, etc. Mas há algum benefício neles: com a ajuda deles, é possível "brilhar" através de estruturas geológicas, grandes estruturas (como as pirâmides egípcias).

A propósito, a atmosfera da Terra é equivalente a cerca de um metro de chumbo para os raios cósmicos. Não apenas uma atmosfera protege a Terra e todos nós dos raios cósmicos - além disso, existe um campo magnético que desvia as partículas carregadas. Mas não se deve subestimar as propriedades protetoras da atmosfera. Durante inversões geomagnéticas, o escudo magnético da Terra pode praticamente desaparecer por um certo tempo, mas, ao contrário das histórias de terror dos alarmistas, isso não levará à cessação da vida na Terra, e o nível de radiação na superfície aumentará apenas 2-3 vezes.

Particularmente partículas de alta energia que chegam do espaço causam a formação de uma chuva de partículas, que cobre uma grande área, causando o registro simultâneo de muitas partículas em detectores espaçados por distâncias consideráveis. Estes são os chamados chuveiros de ar amplo. Seu registro com a ajuda de uma variedade de detectores espaçados torna possível determinar a energia da partícula primária, e é assim que são determinadas as energias das partículas de energia mais alta dos raios cósmicos. Além disso, essa partícula causa um poderoso flash de radiação Cherenkov na atmosfera.

Fontes terrestres de pequenas rajadas de radiação gama e elétrons de alta energia são raios e outras descargas atmosféricas.

E o trabalho das mãos humanas são numerosos dispositivos que geram fluxos de partículas e quanta de alta energia, não necessariamente intencionalmente. Especialmente para isso, existem tubos de raios-X e vários tipos de aceleradores - desde os pequenos que cabem quase na palma da sua mão até o monstro do LHC, que ocupa o território de vários países. E as fontes, como se diz na linguagem seca dos jornais oficiais, de radiação de raios X não utilizada são quaisquer dispositivos de eletrovácuo. Mas geralmente é capaz de sair quando a tensão no ânodo é dezenas de kilovolts. Assim, kenotrons de alta tensão, lâmpadas moduladoras pulsadas e lâmpadas de microondas de ondas viajantes, klystrons etc. tornam-se fontes de raios-X. em estações de radar. E também - nas mãos de vários amantes de experiências caseiras.

Você pode ouvir freqüentemente o fato de que a fonte de radiação de raios-x é o tubo de imagem de uma TV ou monitor. Talvez, mas geralmente não. O fato é que o vidro no tubo de imagem é bastante espesso e a radiação de raios-x na voltagem do ânodo de 15-25 kV é muito mole para passar por esse vidro. Aqui estão os cinescópios de TVs de projeção, que operavam em tensões de até 50 kV e tinham pequenas dimensões e paredes finas da lâmpada, "radiografadas" mesmo assim. E entre os televisores, o ULPTC com seu circuito para estabilizar a tensão do ânodo "se destacou". Nesse circuito, a lâmpada GP-5 foi usada, operando a uma tensão de ânodo igual à tensão no segundo ânodo (ou seja, 25 kV), uma corrente de ânodo perceptível passou por ele e as paredes dessa lâmpada eram finas. Como resultado, brilhou intensamente na faixa de raios-X. Ao colocar uma folha de papel fotográfico embrulhada em papel preto em tal aparelho de televisão, você poderá obter uma imagem clara de seu interior - especialmente se você remover a tampa protetora da lâmpada.

Mas retornaremos à radioatividade.

Urano e tório e suas filhas

Urânio e tório se tornaram os primeiros elementos radioativos conhecidos pelo homem. Foi no minério de urânio que Henri Becquerel descobriu uma nova radiação penetrante, semelhante ao raio X. Foi dela que Maria Skłodowska Curie produziu os primeiros grãos de rádio e polônio.

Esses elementos são uma espécie de "ilhas de estabilidade" no meio de um mar de elementos cuja vida é muito curta em comparação com a vida útil da Terra. Eles permaneceram desde o momento em que se formaram nas entranhas de uma supernova, durante a explosão na qual esses gases e poeira foram formados, a partir dos quais nosso sistema solar foi formado. E eles estão localizados no meio de elementos cujas meias-vidas são medidas em minutos, horas, anos, milênios ... Então, alterando a célula da tabela periódica para a da direita (em decaimento beta) ou a da esquerda, esse elemento se torna ainda mais instável e um elemento radioativo que decai novamente - e assim, até que a cadeia de decaimento finalmente leve a um elemento estável - chumbo ou bismuto.





Nesse sentido, em discussões sobre vários fóruns de artefatos radioativos, como lentes japonesas ou vidro de urânio, bem como a história do urânio empobrecido em armas e aviões, pode-se ouvir muitas vezes uma falácia: eles dizem que o urânio e o tório são emissores alfa e, nesse contexto, sua radioatividade pode negligenciados se não entrarem no corpo. Sim, o urânio-238 e o tório-232 sofrem decaimento alfa, não acompanhado por radiação gama. No entanto, os membros subsequentes da série urânio-238, cujos decaimentos seguem rapidamente um após o outro até o urânio-234 de vida longa, são beta-ativos e o protactinium-234m produz intensa radiação gama.

Além disso, no urânio natural, além do 238º isótopo, sempre existem os 235º e 234º isótopos. A atividade específica do primeiro em urânio natural é 21 vezes menor do que $$${} ^ {238} U$No entanto, possui intensa radiação gama, como o urânio-234, cuja atividade é quase sempre igual à atividade do urânio-238, uma vez que está em equilíbrio secular com ele. Portanto, um pedaço de urânio-238 decentemente brilha e ilumina o filme em que se encontra por cerca de uma hora. A história do tório é praticamente a mesma, com a única diferença de que o tório-232 recentemente isolado é realmente um emissor alfa quase puro e, por exemplo, o vidro de tório das lentes japonesas na época de sua fabricação não constituía um risco específico de radiação. Mas, à medida que o equilíbrio é restaurado, dentro de 10 a 15 anos, a intensidade da radiação beta e gama do tório aumenta significativamente, devido ao acúmulo de rádio 228 e membros subsequentes da série - até a "saudação" final do tálio-208, o que dá muito radiação gama dura com uma energia de 2,6 MeV. Essa linha é geralmente a última nos espectros gama, além dela não há nada além de radiação cósmica.

A “filha” mais famosa do urânio-238 é, obviamente, o rádio-226, o mesmo que foi descoberto pelos cônjuges Curie e com a extração da qual Mayakovsky comparou seu trabalho:

Assediar uma única palavra para
Milhares de toneladas de minério ...

Mas quase não há rádio no urânio fresco. Diante dele, outros 245 mil anos para esperar a decadência do urânio-234 e depois 75 mil anos - tório-230, com o belo nome "íon". Mas no minério de urânio, o rádio está em equilíbrio com o urânio e sua atividade é igual a ele, urânio, atividade. Portanto, o minério de urânio é muito mais radioativo que o próprio urânio.

É por isso que o urânio fresco não é fonte de radônio-222 (outro menos um mito sobre o vidro de urânio).

O tório também possui seu próprio rádio - duzentos e vigésimo oitavo. Como o equilíbrio na série do tório é rapidamente estabelecido, o rádio 228, e com ele o radônio 220, não demora muito.

Algumas palavras sobre radon

O rádon é um gás inerte. A este respeito, parece que não deve ter um alto grau de radiotoxicidade, uma vez que praticamente não é absorvido e não se acumula. Eles pensaram assim por um longo tempo, e mesmo quando sabiam muito sobre os perigos da radiação, os banhos de radônio eram o método mais popular de tratamento.

Mas o fato é que o rádon (que é o urânio 222, o do tório 220), parado no meio da linha radioativa, rapidamente se transforma em um dos isótopos radioativos do chumbo (214 para o rádon e 212 para o toro), que se instala nos pulmões e permanece lá para sempre. Pelo contrário, até que decaia. E ele (e os membros subsequentes da série - na série de urânio, por exemplo, polônio-210) irradia eficaz e eficientemente os pulmões. É o rádon e seus produtos de decomposição que dão a principal contribuição para a dose anual de radiação.

A propósito, esses produtos de decaimento radioativo caem constantemente sobre nossas cabeças. E se você medir a radiação de fundo na rua sob chuva forte, verifica-se que ela cresceu - às vezes até 2-3 vezes. Esta não é a "chuva de Chernobyl" e as consequências de Fukushima, são apenas os produtos de decomposição do rádon de uma atmosfera de um quilômetro de comprimento reunida na superfície da terra.
Então esse chumbo e o bismuto-214 se transformarão em um chumbo-210 de vida relativamente longa (22 anos), que pode ser usado para determinar quanto tempo se passou desde o momento em que a camada de sedimentos no fundo do mar ou outro reservatório foi bloqueada por novas camadas.

E eles também são facilmente absorvidos por líquenes, por exemplo, musgo de rena, no qual o cervo se alimenta. A concentração de produtos filhas do decaimento do radônio nos líquenes é muitas vezes superior ao seu conteúdo inicial na água da chuva e no solo. O teor de chumbo-210 no musgo de renas atinge 500 Bq / kg, o que leva a um alto teor desse nuclídeo (e, portanto, polônio-210) na carne de renas - e nos ossos dos representantes dos povos do extremo norte, nos quais esta carne (assim como peixes). que também é rico em chumbo-210) são alimentados. O resultado é uma dose anual 35 vezes maior do que um residente, por exemplo, Moscou.

Sobre potássio, bananas e outras laranjas

Além de urânio e tório com “filhas”, fontes de radioatividade natural são vários elementos que possuem, além de isótopos naturais radioativos estáveis. Entre eles, há isótopos que foram formados durante o reinado de Peas antes do nascimento do sistema solar.Suas meias-vidas, como a de urânio e tório, excedem a vida útil do sistema solar e até do universo. Outros têm meias-vidas relativamente curtas que não lhes permitem sobreviver desde os tempos antigos. Eles não poderiam ter se formado durante o decaimento de outros isótopos radioativos, o que significa que em algum lugar deve haver uma fonte diferente de sua aparência. Estes são raios cósmicos.

Prótons de alta velocidade, colidindo com os núcleos de átomos, causam reações nucleares e levam ao nascimento de nêutrons e raios gama de alta energia, que causam novas reações nucleares. Como resultado, cada um dos prótons cósmicos que voam para a atmosfera leva à formação de não apenas um monte de múons e elétrons, mas também à formação de muitos núcleos instáveis ​​- radionuclídeos cosmogênicos. Devido ao fato de serem formados constantemente, estão sempre presentes na atmosfera, apesar da vida relativamente curta (de segundos a milhares de anos). Talvez o mais importante dos radionuclídeos cosmogênicos seja o carbono-14, formado sob a ação dos raios cósmicos do nitrogênio. Outros exemplos são o berílio-7, que, juntamente com os produtos decadentes do rádon, é facilmente detectado na água da chuva pela característica radiação gama, o trítio.

Alguns radionuclídeos cosmogênicos não se formaram na atmosfera da Terra sob a influência dos raios cósmicos, mas chegaram com esses raios cósmicos. Estes são cloro-36 e berílio-10.
Os radionuclídeos cosmogênicos são traçadores importantes para o estudo de vários processos naturais de transferência de substâncias, "relógios" radioativos para datação (todo mundo sabe sobre o método de radiocarbono), mas seu papel na criação do fundo de radiação natural é pequeno - ninguém pode competir com potássio nisso - 40 Sua atividade (principalmente carbono-14) no corpo humano é apenas ligeiramente menor que a atividade do potássio-40, no entanto, a energia de decomposição deste último é de um meio e meio e a do carbono-14 é de 156 keV. Consequentemente, a dose é uma ordem de magnitude mais baixa - apenas cerca de 15 μSv / ano.

A peculiaridade do potássio é que é o elemento vital mais importante para quase qualquer forma de vida. E, ao mesmo tempo, o potássio é inseparável do potássio radioativo-40, o que causa sua radioatividade muito perceptível. A atividade de um grama de potássio natural é de 31 Bq / g, e a atividade de potássio no corpo humano é de aproximadamente 60 Bq / kg. Essa atividade cria uma dose anual de 170 μSv / ano - em algum lugar um pouco menos de um décimo da dose total de radiação.

As bananas, como você sabe, são ricas em potássio e, portanto, seu isótopo radioativo. De fato, o potássio muitas coisas são ricas - damascos secos, tâmaras, nozes e bananas em geral não são líderes entre eles, mas ainda há muito potássio. Uma banana média contém cerca de meio grama de potássio, o que corresponde a 15 a 16 becquerels de potássio. Esta atividade, bem como a magnitude da contribuição para a dose de radiação causada pelo consumo de uma banana (estimada em 0,1 μSv) durante o acidente de Crash Island, foi apelidada de brincadeira como "equivalente de banana".

De fato, o "equivalente de banana" em termos de dose é quase zero. O fato é que a concentração de potássio no corpo é uma coisa bastante constante. O corpo percebe qualquer desvio sério na concentração de potássio nos tecidos com muita dor e mantém cuidadosamente essa concentração dentro de limites estreitos. Se muito potássio entra no corpo, muito potássio é excretado pelos rins. Potássio insuficiente - os rins economizam potássio com toda a força. Mas seu conteúdo no corpo permanecerá inalterado. Portanto, a banana consumida não altera a quantidade de potássio no organismo, o que significa que não criará uma dose adicional de radiação.

Ainda existe o rubídio-87. Ele também se comporta no corpo como potássio, mas devido à sua raridade, sua contribuição para a dose é pequena - algo na região de 6 μSv / ano.

Obra humana

Desde o momento em que a radioatividade foi descoberta até 1934, os cientistas lidaram apenas com os elementos radioativos que existem na natureza. Em 1934, Frederic e Irene Joliot-Curie, estudando a formação de nêutrons livres sob a influência de um fluxo de partículas alfa, descobriram que, após a cessação da irradiação, o alvo de alumínio continua emitindo algumas partículas (que mais tarde se mostraram pósitrons), cujo fluxo decaiu rapidamente. Assim, a primeira síntese artificial de um isótopo radioativo foi realizada:

$$

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

A formação de fósforo radioativo foi comprovada quimicamente: quando o alumínio que se tornou radioativo foi dissolvido em ácido clorídrico, toda a atividade foi para o gás liberado na forma de hidrogênio fosforoso. Os cônjuges Joliot-Curie também mostraram a formação de outros isótopos radioativos artificiais: por irradiação de boro com partículas alfa, foi obtido nitrogênio radioativo e por irradiação de magnésio - alumínio. O sonho dos alquimistas de transformar alguns elementos em outros se tornou realidade. Mais produtivo foi o uso de aceleradores de partículas carregados criados recentemente, com a ajuda dos quais foi possível sintetizar não apenas muitos isótopos radioativos de elementos conhecidos, mas também os elementos que não existiam na natureza. O primeiro deles foi o tecnécio de Emilio Segre, descoberto em 1937, cujo nome desde então indica sua origem artificial. Havia a França, astatina,então os primeiros elementos transurânicos - neptúnio, plutônio ...

Finalmente, foi descoberta, talvez a fonte mais poderosa de novos isótopos artificiais: a fissão nuclear.

Como eu disse acima, para núcleos pesados, toda a existência de um núcleo inteiro é menos vantajosa em termos energéticos do que sua destruição. No entanto, o núcleo permanece intacto, pois existe uma barreira energética significativa entre os estados do “núcleo inteiro” e dos “fragmentos individuais”. A probabilidade de superação espontânea de tal barreira, mesmo para os núcleos mais pesados ​​- elementos de urânio, tório e transurânio - é insignificante. É muito maior se o fragmento destacável for uma partícula alfa, que determina a atividade alfa de tais núcleos. Mas ainda existe uma chance muito pequena de que o núcleo se desmonte em várias "partes" aproximadamente idênticas que se separem imediatamente sob a influência da repulsão eletrostática. Mas a probabilidade de fissão nuclear aumenta acentuadamente se o núcleo for "aquecido", excitado por qualquer partícula do lado de fora. A maneira mais fácil de fazer isso é com um nêutron:ele não precisa superar a barreira de Coulomb. O núcleo excitado é deformado e depois quebrado. É importante que a fissão geralmente produza não apenas “fragmentos”, mas também nêutrons livres, que também acabam causando a fissão em outros núcleos. Esse processo é a base de toda a energia nuclear de nosso tempo e produz um grande número dos mais diversos isótopos radioativos: os "fragmentos" nucleares podem ser quase todos, e podemos detectá-los e isolá-los ou não, é determinado apenas pela vida útil. Um poderoso fluxo de nêutrons gerado durante uma intensa reação nuclear (especialmente em uma explosão nuclear) é capaz de produzir elementos transurânicos muito pesados. Einsteinio e férmio se tornaram "filhos de uma explosão nuclear". E plutônio mais leve, amerício,Cúrio e Califórnia são obtidos em reatores em quantidades completamente industriais.

O reprocessamento de combustível nuclear irradiado e a irradiação por nêutrons de vários elementos nos reatores tornou-se uma fonte eficaz e barata de quase todos os isótopos radioativos, permitindo que sejam obtidos em qualquer quantidade - desde pequenas fontes de controle para calibrar dosímetros de bolso que vêm com eles e não representam um perigo sério, aqueles no raio do qual até as bactérias morrem quase instantaneamente, e o ar brilha como uma lâmpada.

E então, drenando o gás e iniciando o reator ...

O isótopo radioativo como fonte de radiação tem uma propriedade, que é uma vantagem e uma desvantagem. Ele "funciona" por si só, não depende de nada. É impossível "desligar" uma fonte radioativa - apenas oculte-a atrás de uma espessa camada de chumbo.

Mas a reação de fissão pode (e deve) ser controlada. Um pré-requisito para a ocorrência de uma reação de fissão autossustentável é que o número de nêutrons produzidos durante os eventos de fissão seja suficiente para preencher os nêutrons gastos na própria fissão e os que deixaram a zona ativa sem causar fissão: foram absorvidos ou capturados, ou simplesmente voou além dele. Esta é uma condição crítica. Mais nêutrons são formados do que o necessário - a reação acelera, aumentando sua intensidade exponencialmente, como uma avalanche. Não há nêutrons suficientes - a reação está morrendo.

Os reatores nucleares são geralmente considerados principalmente como fontes de nêutrons. Em torno de um reator de pesquisa (ou vários), geralmente é construído um centro científico inteiro, no qual são realizados diversos estudos e experimentos, que exigem um intenso fluxo de nêutrons. Estes são estudos da estrutura cristalina usando difração de nêutrons, vários métodos de análise química baseados na conversão de elementos estáveis ​​em isótopos radioativos (análise de ativação de nêutrons), o estudo do efeito da radiação na matéria, incluindo biomoléculas e organismos vivos em geral, e muito mais.

Uma das opções para esse reator é um reator nuclear pulsado. Esta é quase uma bomba atômica, na visão de alguns popularizadores da física nuclear: "se pegarmos dois pedaços de urânio e os juntarmos, obteremos um funil de meia milha de diâmetro". É exatamente isso que acontece em um reator pulsado: uma massa crítica é formada por um instante quando um pedaço de urânio passa rapidamente por outro. A explosão de nêutrons, formada neste caso, pode ser milhares de vezes mais intensa que o fluxo de nêutrons de um reator convencional de energia ou pesquisa.

Um reator nuclear é uma boa fonte de nêutrons, mas estacionário, caro, volumoso e perigoso. Nas condições de um laboratório particular ou em campo, a California-252, que gera nêutrons por fissão espontânea, ou fontes baseadas nas reações de partículas alfa com berílio, boro ou alumínio, são usadas para obter um fluxo de nêutrons. No entanto, essas fontes são de baixa intensidade e inevitavelmente produzem radiação gama juntamente com nêutrons. Tais fontes têm uma alternativa na forma do chamado tubo de nêutrons.

De fato, este também é um reator, apenas um termonuclear : uma reação de fusão nuclear é realizada em um tubo de nêutrons. É verdade que gasta muito mais energia em sua implementação do que a liberada, mas fornece um fluxo de nêutrons. E o mais importante, um tubo de nêutrons desligado é praticamente seguro (com exceção de alguma ativação dos elementos de sua estrutura e uma certa quantidade de trítio no interior do tubo) e, nesse sentido, é semelhante a um tubo de raios-X. A fusão nuclear ocorre em um alvo do trítio sob a influência de núcleos de deutério - deuterons, acelerada por uma descarga de gás no deutério.

Posfácio

A radiação ionizante não é um fenômeno novo. Ao contrário das crenças populares (já escrevi sobre alguns mitos sobre esse tópico em artigos anteriores), a proporção de fontes de radiação antropogênica na dose de radiação da grande maioria das pessoas é muito pequena. No entanto, são as fontes antropogênicas que apresentam o maior perigo de danos agudos à radiação. A radiação terrestre natural quase nunca ameaça a vida diretamente - a única exceção é o trabalho no desenvolvimento de alguns dos mais ricos depósitos de urânio. Mas fontes artificiais já conseguiram matar muitas pessoas. Estes são físicos que trabalharam com urânio e plutônio e caíram sob os surtos de SCR, e as vítimas do bombardeio de Hiroshima e Nagasaki, e as vítimas de Chernobyl e outros acidentes de radiação menos conhecidos. Houve casos em que pessoas foram mortas por uma fonte de radiação perdida ou roubada, ou quando pessoas sem saber se encontraram em uma zona de intensa radiação e ganharam doses letais em segundos.

Vou falar sobre isso - ou melhor, sobre segurança contra radiação, no próximo artigo.

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