43. Склад ядра атома. Енергія зв’язку атомних ядер.

До складу ядра атома входять нейтрони і протони. Заряд протона дорівнює заряду електрона тільки з протилежним знаком. Маса спокою будь-якого ядра менша від суми мас спокою окремих протонів і нейтронів, що складають його. Енергією зв'язку складної системи зв'язаних об'єктів називають різницю між сумою енергій складових частин, взятих окремо й енергією системи у зв'язаному стані.

44. Радіоактивність, α, β ,γ – випромінювання. Закон радіоактивного розпаду. Радіоактивністю називають самовільне (спонтанне) перетворення ядер нестійких ізотопів одних елементів в ядра ізотопів інших елементів, що зумовлено внутрішніми причинами та супроводжується α- β- γ-  випромінюванням, а також інших частинок (нейтронів, протонів). До радіоактивних процесів належать: 1. α – розпад;

2. β – розпад;

3. γ – випромінювання;

4. спонтанний поділ тяжких ядер;

5. протонна радіоактивність;

Радіоактивність, яка спостерігається в ядрах, що існують у природних умовах, називається природною.

Радіоактивність ядер, які отримані за допомогою ядерних реакцій, називається штучною.

Природні радіоактивні перетворення ядер, які відбуваються самочинно, називаються радіоактивним розпадом.

α – розпад: перетворення атомних ядер, яке супроводжується випусканням α – частинок.

45. Одержання і використання радіоактивних ізотопів. У 1932 р. французькі фізики Ірен і Фредерік Жоліо-Кюрі першими штучно одержали радіоактивні речовини, бомбардуючи  -частинками нерадіоактивні речовини. Приклад:  , тобто утворився нестійкий (радіоактивний) фосфор. Принципової різниці між природною і штучною радіоактивністю немає. Для штучно одержаних радіоактивних ізотопів властиві всі процеси, що ведуть до утворення  - і  -частинок та  -променів. Сфера застосування радіоактивних ізотопів дуже широка: біологія, хімія, медицина, металургія, дефектоскопія та ін. 

46. Поглинена доза випромінювання та її біологічна дія. Захист від опромінення. Дозиметрія. При формуванні дози опромінення в біологічному середовищі розрізняються безпосередньо іонізуючі частки і побічно іонізуючі частки. Безпосередньо іонізуючі частки - це заряджені частки: альфа-частки (ядра гелію), бета-частки (електрони, позитрони) і ін., а побічно іонізуючі частки - це незаряджені частки: нейтрони, гамма-кванти.

При опроміненні біологічних індивідуумів розрізняють гостре (що виявляється ранніми ефектами опромінення) і пролонговане (тривале), однократне і багатократне (фракціоноване) опромінення. Як гостре, так і пролонговане опромінення може бути однократним або фракціонованим. Крім того, можливе хронічне опромінення, яке можна розглядати як різновид фракціонованого, але такого, що здійснюється тривалий час при дуже малих потужностях дози.

Дозу, що формується випромінюванням в речовині можна оцінити, вимірюючи, наприклад, викликане ним підвищення температури. Проте, навіть при дозах небезпечних для життя людини, енергії, що виділяється, виявляється недостатньо для нагріву опромінюваного організму на тисячні долі градуса. Тому при вивченні дії випромінювання на біологічні об'єкти, дози оцінюють із застосуванням чутливіших методів дозиметрії.

Розподіл дози в часі для різних по лінійній передачі енергії (ЛПЕ) випромінювань може значно розрізнятися і по-різному позначатися на радіобіологічних ефектах опромінення. Це виявляється особливо на віддалених наслідках біологічної дії випромінювань різних ЛПЕ, у зв'язку з чим, визначенню тимчасового розподілу дози в радіобіології приділяється серйозна увага.

Іонізуюче випромінювання, взаємодіючи з речовиною, передає йому енергію малими, кінцевими порціями. Передача енергії є процесом випадковим. Випадковою є і енергія, передавана речовині в кожному акті взаємодії. Тому поглинена в деякому об'ємі речовини енергія при багатократному опроміненні його в тотожних умовах однією і тією ж дозою іонізуючого випромінювання одного вигляду, строго кажучи, є дещо різною. Необхідно пам'ятати про принципово завжди присутні, але не завжди істотні флуктуації (розкиди) енергії, що поглинається (і, відповідно, поглиненої дози).

У випадку малих опромінюваних об'ємів, порівняних по величині з об'ємом окремих клітин, або субклітинних структур, можлива ситуація, при якій флуктуації поглиненої дози виявляються порівняними і навіть перевершують величину дози. У таких умовах зіставлення виходу радіаційно-індукованих ефектів з поглиненою дозою стає неоднозначним і виникає необхідність враховувати ці флуктуації. Флуктуації тим значніше, чим менше об'єм, в якому оцінюється величина поглиненої дози, і чим більше величина ЛПЕ випромінювання, що формує цю дозу.

В випадку формування так званих "малих доз" опромінення (у мікродозиметричному розумінні даного терміну, яке не завжди збігається з його біологічним розумінням), кількість пронизуваних треками іонізуючого випромінювання чутливих мікрооб'ємів в опромінюваному об'єкті істотно менше їх загального числа. В цьому випадку спостережувана, в середньому, лінійна зміна ступені прояву того або іншого радіобіологічного ефекту від дози випромінювання пов'язана просто із зростанням числа чутливих мікрооб'ємів, що пронизуються треками випромінювання, а не з власне лінійним характером дозової залежності виходу цього ефекту. Дозиметрія - розділ прикладної ядерної фізики, що розглядає іонізуюче випромінювання, фізичні величини, що характеризують поле випромінювання або взаємодію випромінювання з речовиною, а також принципи і методи визначення цих величин. Дозиметрія має справу з такими фізичними величинами іонізуючого випромінювання, які визначають його хімічну, фізичну і біологічну дію. Найважливіша властивість дозиметричних величин - встановлений зв'язок між фізичною величиною що вимірюється і очікуваним радіаційним ефектом.

47. Поділ ядер урану. Ланцюгова реакція. По́діл ядра́ — ядерна реакція, при якій ядро важкого елементу розпадається на менші ядра, часто виділяючи при цьому гамма-кванти й вільні нейтрони. Поділ ядра — екзотермічна реакція. Виділене при поділі тепло набагато перевищує характерні енергії хімічних реакцій. Тому поділ використовується в ядерній енергетиці, а також у військовій справі для створення атомних бомб. Поділ слід відрізняти від реакцій радіоактивного розпаду, при яких виділяються гамма-кванти, альфа- і бета-частинки, а маса ядра та його атомний номер змінюються незначно, або зовсім не змінюються. При поділі первинне ядро розпадається на великі шматки і як наслідок виникають відносно важкі ядра із середини періодичної таблиці. При поділі ядер виділяються нейтрони. Їхня кількість залежить від конкретного сценарію поділу. Зазвичай виділяються 2-3 нейтрони. Ці нейтрони можуть захопитися іншими, ще неподіленими ядрами, й викликати їхній поділ, при якому знову ж таки виділяються нові нейтрони. Така реакція називається ланцюговою. Ланцюгова реакція характеризується коефіцієнтом розмноженнянейтронів. Він залежить не тільки від кількості нейтронів, що виділяються при кожному акті поділу, а й від втрат нейтронів: частина нейтронів вилітає за межі області, де відбувається реакція і знаходяться здатні до поділу ядра, інша ж частина поглинається ядрами інших (стабільних)хімічних елементів і не викликає реакцій поділу. Якщо коефіцієнт розмноження більший за одиницю, виникає вибух. Такий сценарій використовується у атомних бомбах. Якщо коефіцієнт розмноження строго дорівнює одиниці, то реакція протікає стабільно. Такий сценарій використовується уядерних реакторах. Ймовірність поглинання нейтрона ядром залежить від енергії нейтрона. Для ²³⁵U ймовірність збільшується при зменшенні швидкості нейтронів. Тому у ядерних реакторах використовуютьсясповільнювачі нейтронів. Оскільки найважливішими для реакції поділу є теплові нейтрони, то коефіцієнт розмноження нейтронів залежить від температури у ядерному реакторі. Для управління реакцією у реактор вводять (або виводять) речовини, здатні поглинати нейтрони, таким чином зменшуючи (або збільшуючи) їхній потік.

48. Проблеми розвитку ядерної енергетики України. Чорнобильська катастрофа та ліквідація її наслідків. Боротьба за ліквідацію загрози ядерної війни. У грудні 1991 р. підприємства атомної енергетики були об'єднані у концерн "Укратоменергопром", який у січні 1993 було реорганізовано у Державний комітет України з використання ядерної енергії - Держкоматом України.

• 21 жовтня 1993 р. Верховна Рада України скасувала дію мораторію. Було відновлено роботи на 6-му блоці Запорізької АЕС, 4-му блоці Рівненської та 2-му - Хмельницької АЕС. У жовтні 1995 р. відбувся енергетичний пуск 6-го блоку Запорізької АЕС. Запорізька атомна станція із встановленою потужністю 6 млн кВт стала найбільшою в Європі. 17 жовтня 1996 р. постановою Кабінету Міністрів №1268 було створено державне підприємство «Національна атомна енерго-генеруюча компанія "Енергоатом". Чорнобильська АЕС — перша українська атомна електростанція, експлуатацію якої припинено до закінчення проектного ресурсу. Нині три блоки станції з реакторами РБМК-1000 перебувають у стадії зняття з експлуатації, зокрема, 2-й енергоблок - з 1991 р. після пожежі у машинному залі, 1-й енергоблок - з 1996 р. за рішенням українського уряду, 3-й блок зупинено наприкінці 2000 р.

Постановою Уряду України від 25 квітня 2001 р. Чорнобильську АЕС виведено зі складу НАЕК "Енергоатом". Їй надано статус державного спеціалізованого підприємства. Для вирішення питань працевлаштування вивільненого персоналу Чорнобильської АЕС, а також з метою підвищення ефективності управління якістю та ефективністю ремонтних робіт, що проводяться на атомних електростанціях, у листопаді 2000 р. створено підприємство "Атомремонтсервіс", яке увійшло до складу Компанії.

• З квітня 1999 р. уведено в промислову експлуатацію Олександрівську ГЕС з потужністю 2,5 МВт — частину Південноукраїнського енергетичного комплексу.

• У 2003 р. планується добудувати Ташлицьку ГАЕС, готовність двох агрегатів якої оцінюється у 80 відсотків. На державному рівні здійснюються заходи з добудови двох енергоблоків на Рівненській та Хмельницькій АЕС, готовність яких - 85-90 відсотків.

• У липні 2001 р. Запорізька АЕС отримала ліцензію на введення в дослідно-промислову експлуатацію перших трьох контейнерів сухого сховища відпрацьованого ядерного палива (ССВЯП). Нині проводиться робота з переведення сховища у промислову експлуатацію.

• У липні 2002 р. Південно-Українська АЕС першою серед українських атомних електростанцій отримала ліцензію Держатомрегулювання на експлуатацію ядерних установок. Серпень - жовтень 2004 р. Завершення спорудження та енергетичний пуск другого Хмельницького та четвертого Рівненського енергоблоків. На сьогодні в експлуатації на АЕС перебуває 15 енергоблоків, з них 13 - з реакторами типу ВВЕР-1000, 2 - ВВЕР-440.

За кількістю реакторів та їх сумарною потужністю Україна посідає восьме місце у світі та п'яте в Європі.

При наявності в Україні п’яти атомних електростанцій потужністю 11800 МВт (на 01.01.2000), уран відіграє значну роль у забезпеченні країни електроенергією. Його частка у виробництві електроенергії, в порівнянні з іншими енергоносіями, постійно зростає. Так у 2000 р. АЕС виробили 45,1% електроенергії і майже зрівнялись з часткою ТЕС, на яких 19 млн. кВт потужностей із 36 вимагають ремонту чи реконструкції. У грудні 1991 р. підприємства атомної енергетики були об'єднані у концерн "Укратоменергопром", який у січні 1993 було реорганізовано у Державний комітет України з використання ядерної енергії - Держкоматом України. Чорно́бильська катастро́фа — екологічно-соціальна катастрофа, спричинена вибухом і подальшим руйнуванням четвертого енергоблоку Чорнобильської атомної електростанції в ніч на 26 квітня 1986 року, розташованої на території України (у той час — Української РСР). Руйнування мало вибуховий характер, реактор був повністю зруйнований і в довкілля було викинуто велику кількість радіоактивних речовин. Відбувся радіоактивний викид потужністю в 300 Хіросім^[1]. На думку багатьох людей, зокрема Валентини Семенівні Шевченко, тодішньої голови Президії Верховної Ради УРСР, ця подія так само як офіційна реакція, яка була продемонстрована у Москві, стала однією з причин розвалу СРСР.

Катастрофа вважається найбільшою за всю історію ядерної енергетики^[2][3][4][1] до вибуху на АЕС «Фукусіма-1», як за кількістю загиблих і потерпілих від її наслідків людей, так і за економічним збитком.

Радіоактивна хмара від аварії пройшла над європейською частиною СРСР, більшою частиною Європи, східною частиною США. Приблизно 60% радіоактивних речовин осіло на території Білорусі. Близько 200 000 чоловік були евакуйовані із зон забруднення.

Чорнобильська аварія стала подією великого суспільно-політичного значення для СРСР і світу. Це наклало деякий відбиток на хід розслідування її причин. Підхід до інтерпретації фактів і обставин аварії мінявся з часом і повністю єдиної думки не існує досі.

Спершу керівництво УРСР та СРСР намагалося приховати масштаби трагедії, але після повідомлень з Швеції, де на Фоксмаркській АЕС були знайдені радіоактивні частинки, які були принесені з східної частини СРСР та оцінки масштабів зараження, розпочалася евакуація близько 130 000 мешканців Київської області із забруднених районів. Радіоактивного ураження зазнали близько 600 000 осіб, насамперед ліквідатори катастрофи. Навколо ЧАЕС створена 30-кілометрова зона відчуження.

49. Елементарні частинки та їх властивості; частинки і античастинки.Взаємоперетворюваність елементарних частинок. Елементарні частинки – це первинні частинки, які дальше не розпадаються, з них складається вся матерія. Поняття елементарні частинки сформувалося в тісному зв'язку з встановленням дискретного характеру будови речовини на мікроскопічному рівні. Відкриття на рубежі 19-20 ст. найдрібніших носіїв властивостей речовини – молекул і атомів – і встановлення того факту , що молекули побудовані із атомів , дозволило описати всі відомі речовини як комбінації кінцевого числа структурних складових – атомів . Виявлення в подальшому наявності складових атомів–електронів і ядер , встановлення складної природи ядер , які складаються із двох типів частинок (протонів і нейтронів) , дало можливість передбачити , що ланцюжок складових матерії завершиться дискретними безструктурними утвореннями – елементарними частинками. Але не можна впевнено стверджувати , що такі елементарні частинки існують. Протони і нейтрони , наприклад , довгий час рахувалися елементарними , а тепер вияснилось , що вони мають складну будову. Не виключена можливість того , що послідовність структурних складових матерії безкінечна. Термін “елементарні частинки” часто використовується в сучасній фізиці для найменування великої групи найдрібніших частинок матерії , які не являються атомами і атомними ядрами (виняток складає ядро атома водню–протон). Як показали дослідження , ця група частинок дуже велика . Крім згадуваних протона , нейтрона і електрона до неї відносяться : фотон , пімезони, мюони, нейтрино, дивні частинки (К-мезони і гіперони) , різноманітні резонанси , “зачаровані” частинки , іпсилон-частинки і важкі лептони–всього більше 350 частинок, в основному нестабільних . Число частинок , що входить в цю групу , продовжує рости , і скоріше всього , необмежено велике. Використання назви “елементарні частинки ” до всіх цих частинок має історичні причини і пов'язано з тим періодом досліджень (початок 30-х років 20 ст.), коли єдиними представниками даної групи були протон , нейтрон і частинка електромагнітного поля – фотон. Ці чотири частинки тоді рахувалися елементарними , так як вони служили основою для побудови речовини і електромагнітного поля , яке з нею взаємодіє , а складна структура протона і нейтрона не була відома. Відкриття нових мікроскопічних частинок матерії поступово зруйнувало цю просту картину. Нові відкриті частинки дуже були близькі до перших чотирьох відомих частинок. Спільним для них є те, що вони являються специфічними формами існування матерії , яка не асоціюється в ядра і атоми , тому їх іноді називають “суб'ядерними частинками”. До тих пір , поки кількість таких частинок була не дуже велика , існувала думка , що вони відіграють фундаментальну роль в будові матерії , і їх відносили до елементарних частинок . Зростання кількості суб'ядерних частинок , виявлення у багатьох із них складної будови показало , що вони , як правило , не мають властивості елементарності , але традиційна назва “елементарні частинки ” за ними збереглась.