Канальный кипящий графитовый реактор Реакторы водо-водяного типа Реакторы на быстрых нейтронах Задачи по физике ядра Испытания ядерного оружия Атомные батареи Физика ядерного реактора

Радиоактивное излучение Атомные реакторы и батареи

Современные ускорители - это комплексы, состоящие из нескольких ускорителей. На Рис.9 показан ускорительный комплекс CERN, он носит название LHC (Large Hadron Collider), в котором планируется сталкивать протоны с суммарной энергией 14 ТэВ в системе центра масс. Предполагается также ускорять ядра свинца с суммарной энергией столкновения 1150 ТэВ. Кинетическая энергия летящего москита приблизительно 1 ТэВ.

Рис. 9. Ускорительный комплекс

ЦЕРНа

Протоны и ионы через накопительные кольца поступают в протонный синхротрон PS (26 ГэВ), который инжектирует протоны в протонный синхротрон SPS (450 ГэВ). Протоны из SPS будут поступать в LHC, где до недавнего вреени ускорялись встречные пучки электронов и позитронов на установке LEP. В ускорителе LHC будут ускоряться протоны 7*7 ТэВ. Инжектором протонов является линейный ускоритель Proton ion linacs.

Одной из важных характеристик ускорителя является отношение длительности импульса излучения tизл к длительности интервала времени Т между последовательными импульсами излучения. Ускорители, в которых tизл~Т называются ускорителями с непрерывными пучками. На ускорителях с непрерывными пучками наиболее удобно проводить эксперименты, в которых необходимо регистрировать большое число частиц образующихся в одном цикле ускорения.

Основным элементом ускорителя электронов непрерывного действия CEBAF являются сверхпроводящие ускоряющие структуры (Рис.10). Электроны, испущенные инжектором с энергией 40 МэВ, ускоряются в двух линейных ускорителях, соединенных с обоих концов пятью поворотными арками. Ускорение в каждом из линейных ускорителей обеспечивается 40 ниобиевыми ускоряющими структурами разделенными на 8 криомодулей, охлаждаемых жидким гелием. Ускоряющие структуры имеют минимальный градиент ускорения 5 МэВ на метр и частоту 1.5 ГГц. На каждом круге электроны получают ускорение около 800 МэВ, что позволяет достичь максимальной энергии пучка 6 ГэВ после пяти оборотов.

Рис.10 Схема ускорителя электронов непрерывного действия CEBAF

Пучок электронов одновременно доставляется в три экспериментальных зала А, В и С. Пучок состоит из микросгустков разделенных на 0.67 нс, которые могут быть ускоренны до различных энергий проходя различное количество оборотов в ускорителе. Таким образом, экспериментальные залы могут получать пучок с различными величинами энергии, кратными энергии получаемой  за один оборот. Кроме того, сгустки могут иметь различную плотность электронов, что дает возможность доставлять в экспериментальные залы пучок с различными значениями  тока.

Ускоритель позволяет получать любые величины тока пучка в пределах от 100 нА до 100 мкА.

Рис.11 Лабораторный реактор АРГУС

Реакции переноса водорода

Нейтрализация органических радикалов может происходить путем отнятия атома водорода у другого растворенного соединения:

R· + Р - Н ® R - Н + Р·

Наиболее распространенные реакции такого типа в растворах происходят с участием сульфгидрильных соединений.  Например, свободный радикал метанола, образующийся при облучении растворов, нейтрализуется в присутствии SH- групп:

CH3OH + OH· ® H2O + · CH2OH,

· CH2OH + R - SH ® CH3OH + RS

 Инактивация молекул белков и НК в водных растворах

Существуют  специальные методы, позволяющие выявить причинно-следственные связи между типом поражения молекул и наблюдаемым характером их инактивации. Как уже отмечалось, основными повреждающими агентами макромолекул при облучении живых клеток являются продукты радиолиза воды. С определенными макромолекулами взаимодействуют конкретные формы свободных радикалов. В растворе конкретные молекулы белков и НК многократно взаимодействуют со свободными радикалами, претерпевая различные повреждения. Однако не все структурные повреждения приводят к потере функциональной активности. Для определения конкретного типа радикала, ответственного за те или иные повреждения макромолекул, используют инактиваторы или перехватчики радикалов определенных типов. При использовании определенной комбинации перехватчиков в растворе можно инактивировать большую часть свободных радикалов, оставив реакционноспособным только радикалы одного типа. Другой прием для определения специфичности действия свободных радикалов состоит в том, что в растворе макромолекул специальными методами создают определенную концентрацию того или иного радикала и изучают протекающие реакции. Используя такие подходы, было изучено действие различных типов радикалов на растворенные молекулы белков и нуклеиновых кислот. В частности, обнаружено, что фермент лизоцим инактивируется в результате взаимодействия с радикалами ОН· , eq , Н·. Инактивация трипсина происходит, в основном, за счет взаимодействия молекукл с радикалом ОН·. Так, этиловый спирт - эффективный перехватчик радикалов ОН· - блокирует инактивацию молекул трипсина в их присутствии. Зависимость между числом инактивированных молекул в водном растворе и дозой облучения носит тоже экспоненциальный характер. Как и в случае прямого действия, причина инактивации белковой молекулы является случайное событие попадания. В водном растворе инактивирующим событием (попаданием)  может служить специфическая реакция свободного радикала с определенным участком молекулы. Например, причиной инактивации может быть частичная денатурация молекулы вследствие разрушения аминокислот, образующих дисульфидные, гидрофобные, водородные связи. Потеря ферментативной активности может наступить и в случае разрушения аминокислоты, входящей в состав активного центра фермента. Для выявления таких реакций и ее последствий используются различные методы определения физико-химических параметров макромолекул. Так, после облучения раствора рибонуклеазы в концентрации 1 мг/мл удается обнаружить различные изменения. В частности, увеличивается вязкость раствора, что свидетельствует о появлении агрегатов макромолекул. Образование агрегатов молекул можно определить и при помощи гельфильтрации (появляются новые фракции). Увеличение гидролитической активности протеиназ по отношению к облученному белку также свидетельствует об изменении конформации макромолекулы. Появление свободных SH -групп в растворе говорит о разрушении аминокислот цистеина, метионина.  Такие нарушения структуры обнаруживаются при дозах равной D37, когда каждая молекула испытывает в среднем по одному инактивирующему событию попадания.

При облучении раствора ДНК-азы обнаружено снижение количества остатков триптофана, который входит в состав активного центра фермента. Если на одну нативную молекулу фермента приходится в среднем 5 остатков триптофана, то после облучения в дозе близкой к D37 , определяется всего 3 остатка этой аминокислоты в расчете на одну молекулу. Разрушение триптофана вследствие ее взаимодействия со свободным радикалом  приводит к резкому снижению активности ДНК-азы при облучении. В таблице 2 представлены  данные о причинах инактивации некоторых ферментов при облучении их растворов.

Таблица 2

Предполагаемые причины инактивации ферментов облученных в водных растворах

( Окада, 1974)

Фермент

Причина инактивации при облучении

Рибонуклеаза

Дезоксиробинуклеаза

Фосфоглюкомутаза

Каталаза

Фософоглицеридаль-дегиддегидрогеназа

АТФ-аза, сукцинат-

оксидаза, глутамат-

дегидрогеназа, лактат-

дегидрогеназа, алка-

гольдегидрогеназа

 разрушение остатков метионина

разрушение остатков триптофана

разрушение остатков гистидина

разрушение гемопорфириновой группы в ак-

тивном центре фермента

деструкция SH -групп цистеина и окисление

 SH -групп

окисление и деструкция SH -групп


На главную