Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
4°. Внесистемной единицей экспозиционной дозы служит рентген (P):
IP = 2,58-10-* Кл/кг.
Рентген соответствует экспозиционной дозе, при которой в 1 см3 сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении возникает суммарный заряд ионов каждого знака, равный одной абсолютной электростатической единице заряда.
5°. Мощность экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучений N9=DJt измеряется в амперах на килограмм (А/кг, A/kg, размерность M-1I). Амперна килограмм равен мощности экспозиционной дозы излучений, при которой за время 1 с сухому атмосферному воздуху передается экспозиционная доза 1 Кл/кг.
Внесистемные единицы мощности экспозиционной дозы:
1 Р/с = 2,58- Ю-4 А/кг, IP/мин = 4,30-10-« А/кг, 1Р/ч = 7,17- Ю-8 А/кг.
6°. Эквивалентная доза излучения оценивается по биологическому воздействию излучения. Единицей эквивалентной дозы излучения является джоуль на килограмм (Дж/'кг, J/kg, размерность L8T-8).
Внесистемной единицей эквивалентной дозы излучения служит биологический эквивалент рентгена (бэр). Так назы*
498
ОТДЕЛ VI. ГЛ. 4. СВОЙСТВА АТОМНЫХ ЯДЕР
вается поглощенная энергия излучения, биологически эквивалентная одному рентгену:
1бэр = IG1"2 Дж/кг.
Биологическое действие зависит, помимо эквивалентной дозы, от энергии отдельных частиц. Так, одинаковые дозы у-излучения, рентгеновского излучения и нейтронов не одинаково опасны.
7°. Для человеческого организма безопасной считается экспозиционная доза, примерно в 250 раз превышающая дозу, создаваемую космическим фоном и радиоактивными излучениями из недр Земли. Опасной для человека считается однократно полученная экспозиционная доза, превышающая 500 рентген. При пассивном лечении (без пересадки костного мозга и др.) такая экспозиционная доза дает пятидесятипроцентную смертность.
4.15. Термоядерные реакции
Г. Термоядерными реакциями называются экзотермические ядерные реакции (VI.4.8.3°) синтеза легких ядер в более тяжелые. Термоядерные реакции эффективно происходят при сверхвысоких температурах порядка 107—109 К. При термоядерных реакциях выделяется весьма большая энергия, превышающая энергию, которая выделяется при делении тяжелых ядер (VI.4.11.2°). Например, при реакции слияния ядер дейтерия 2D и трития ?Т (VI.4.1.2°) в ядро гелия 4He:
-ИТ-^He+ Jn,
выделяется энергия, приблизительно равная 3,5 МэВ на один нуклон. В реакциях деления энергия на один нуклон составляет около 1 МэВ.
При синтезе ядра гелия из четырех протонов:
4Хр_4Не + 2 + 0Є)
где +?е — символ позитрона (VI.4.10.3°), выделяется еще большая энергия, равная 6,7 МэВ на одну частицу. Энергетическая выгодность термоядерных реакций объясняется тем, что удельная энергия связи в ядре гелия значительно превышает удельную энергию связи ядер изотопов водорода (VI.4.2.20, рис. VI.4.1).
2°. Для слияния легких ядер необходимо преодолеть потенциальный барьер (VI.4.7.2°), обусловленный кулонов-
4.15. ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
499
ским отталкиванием протонов в одноименно положительно заряженных ядрах. Для слияния ядер водорода 2D их надо сблизить на расстояние г, равное приблизительно г» »3•10"16M. Для этого нужно совершить работу, равную электростатической потенциальной энергии отталкивания е2
Я = 4де г т 0,1 МэВ. Ядра дейтона смогут преодолеть такой
барьер, если при соударении их средняя кинетическая
энергия -J ?7(11.2.4.4°) будет равна 0,1 МэВ. Это возможно
при Т=2 •1O9 К. Практически по ряду причин *) температура, необходимая для протекания термоядерных реакций, снижается на два порядка и составляет 107 К.
3°. Температура порядка 107 К характерна для центральной части Солнца. Спектральный анализ излучения Солнца показал, что в веществе Солнца, как и многих других звезд, имеется до 80% водорода и около 20% гелия. Углерод, азот и кислород составляют не более 1 % массы звезд. При огромной массе Солнца (»!2•1O1" кг) количество этих газов достаточно велико.
4°. Термоядерные реакции происходят на Солнце и звездах и являются источником энергии, обеспечивающим их излучение. Ежесекундно Солнце излучает энергию 3,8•1O2' Дж, что соответствует уменьшению его массы на 4,3 млн. тонн (V.4.11.10). Удельное выделение энергии Солнца, т. е. выделение энергии, приходящееся на единицу массы Солнца в одну секунду, равно 1,9•1O-4 Дж/с-кг. Оно весьма мало и составляет около Ю-3 % от удельного выделения энергии в живом организме в процессе обмена веществ. Мощность излучения Солнца практически не изменилась за несколько миллиардов лет существования Солнечной системы.
5°. Один из путей протекания термоядерных реакций на Солнце — углеродно-азотный цикл, в котором соединение ядер водорода в ядро гелия облегчается в присутствии ядер углерода 1IC играющих роль катализаторов **). В начале цикла быстрый протон проникает в ядро углерода "С и образует неустойчивое радиоактивное ядро изотопа азота 13N (VI.4.10.3°) с излучением у-кванта:
?С + }р -*»N + у.
*) Анализ этих причин выходит за рамки данного справочного руководства.
**) Катализаторами (от греческого «katalisis») называются вещества, ускоряющие химические реакции.
