5.8.2. Ядерный синтез

Ядерный синтез – слияние легких ядер с образованием более тяжелых элементов, сопровождающееся выделением гигантского количества энергии. Для осуществления реакций ядерного синтеза требуются чрезвычайно высокие температуры и давления. В этом случае ядра сталкиваются с достаточно большой скоростью, и им удается преодолеть энергетический барьер, обусловленный отталкиванием электрических зарядов. Такого состояния можно достичь, разогревая смесь легких изотопов до температур порядка 100 миллионов ⁰С.

Когда газ разогрет до очень высокой температуры, электроны приобретают достаточную энергию, чтобы оторваться от ядер. В результате газ становится ионизированным. Такой ионизированный газ называется плазма. Плазма представляет собой наиболее распространенную форму материи во Вселенной.

Энергия слияния ядер – это энергия Солнца и звезд. Ученые считают, что Солнце образовалось от скопления межзвездного газа, в основном водорода, сжатого гравитационными силами. Когда гравитационное давление настолько возросло, что температура газа достигла 15 миллионов градусов, атомы водорода стали превращаться в атомы гелия. Суммарный процесс может быть описан следующим уравнением:

4 ¹₁Н  ⁴₂Не + 2⁰₊₁е.

Излучаемой частицей является позитрон – элементарная частица с массой электрона, но несущая положительный заряд.

Когда звезда исчерпает свой запас водорода, она сжимается, превращаясь в белый карлик, нейтронную звезду или черную дыру. Солнце состоит примерно из 95 % водорода, остальные 5 % приходятся на долю гелия и более тяжелых элементов. Время жизни Солнца оценивается примерно в

10  10¹⁰ лет, и прошла еще только половина этого срока.

5.8.3. Трансурановые элементы

Элементы с атомными номерами 93 и больше не встречаются в естественных условиях. Их приходится получать искусственно при помощи ядерных реакций. Они называются трансурановыми элементами.

Первые трансурановые элементы были получены в 1940 году в результате бомбардировки урана-238 нейтронами:

²³⁸₉₂ U + ¹₀n  ²³⁹₉₂ U

²³⁹₉₂ U  ²³⁹₉₃ Np + ⁰_-1e (-излучение).

Большинство элементов с атомными номерами 99 или выше были получены с помощью тяжелых бомбардирующих частиц, как, например, ¹²₆С или ¹⁴₇N. Например, эйнштейний-248 был получен в результате следующей реакции:

²³⁸₉₂ U + ¹⁴₇N  ²⁴⁸₉₉ Es + 4 ¹₀n.

5.9. Применение изотопов

Применение радиоактивных изотопов в промышленности начало быстро развиваться примерно с 1947 года. Ниже приводятся отдельные примеры использования радиоизотопов. Каждая отдельная методика, упоминаемая в таблице, используется и в других отраслях (как, например, методики определения утечек веществ, методика удаления статического электричества и др.).

Таблица 5.5.

Некоторые применения радиоизотопов

Отрасли хозяйства	Методики, приборы или технология	Примеры применения
Сельское хозяйство	Меченые атомы	Изучение роста и функционирования корневых систем
Авиастроение	Испытание износостойкости	Испытание износостойкости двигателей
Градостроительство	Плотномеры	Измерение плотности почвы
Газовая промышленность	Течеискатели	Обнаружение течей в газопроводах
Черная металлургия	Уровнемеры	Измерение уровня расплавленного металла в печи
Коммунальное хозяйство	Стерилизаторы	Стерилизация больничного белья, разрушение микроорганизмов в пищевых продуктах
Машиностроение	Толщиномеры	Измерение толщины листов, труб и стержней
Химия полимеров	Полимеризация	Инициирование полимеризации с помощью гамма-излучения
Текстильная промышленность	Удаление электростатических зарядов	Антистатическая обработка пряжи и синтетического волокна
Медицина	Радиационная терапия и диагностика	Диагностика заболеваний щитовидной железы (иод-131), поражения системы кровообращения (натрий-24); лечение опухолей (кобальт-60, цезий-137, золото-198 и др.)
Пожарная охрана	Дымоизвещатели	(америций-241)