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

Для конкретности, приведём некоторые примеры использования разных радионуклидов в атомных батареях.

Полониевая батарея. Полоний-210 - практически чистый альфа-излучатель. Распад полония сопровождается гамма-излучением слабой интенсивности. В связи с относительно небольшим периодом полураспада при использовании полония-210 в изделиях практически не возникает проблемы долговременного хранения радиоактивных отходов. Так, источник на основе полония-210 с тепловой мощностью 10 Вт через 12 лет будет иметь активность < 0,1 микро Ки, что по санитарным правилам РФ уже не превышает уровень радиоактивности источников, для работы с которыми требуется разрешение Государственного санитарного надзора. При разбавлении этой активности в 10 кг инертного вещества полученный материал уже не является радиоактивными отходами. Радиоизотопные источники тепла на полонии-210 были успешно использованы в четырех космических аппаратах: в первых двух типа «Космос» - для электропитания бортовой аппаратуры, а на «Луноходах» - в качестве источников тепла для поддержания нормального температурного режима в приборном отсеке в период «лунной ночи».

В СССР первая экспериментальная модель термоэлектрического генератора «Л-106» с радиоизотопным источником тепла (РИТ), содержание полония-210 в котором составило 1850 кюри, была создана в марте  1962. Вторая экспериментальная модель термоэлектрического генератора на основе полония-210 «Лимон-1» построена в 1963. 

Цериевая батарея. В источнике «Бета» в качестве источника тепла используется β-радиоактивный изотоп 144Се. Он предназначен для питания автоматических метеорологических станций и радиопередатчиков (мощность 200 вт).

Прометиевая батарея. В прометиевой атомной батарее происходит ионизация β-излучением прометия пограничного слоя полупроводника, в результате чего возникает электрический ток. Такое явление называют бетавольтэффектом. Оксид прометия-147 массой в 24 г, запрессованный под давлением в платиновую капсулу, дает энергию в 8 Вт. В современной модификации прометиевой батареи реализовано двукратное преобразование энергии. Сначала излучение прометия заставляет светиться специальный люминесцирующий состав (фосфóр), а эта световая энергия преобразуется в электрическую в кремниевом фотоэлементе. На одну батарейку расходуется всего 5 мг окиси прометия-147. Особенность прометия-147 в том, что он практически не дает гамма-лучей, а дает лишь мягкое бета-излучение, задерживаемое даже тонким слоем фосфора и корпусом батарей. Длительность работы такой батареи ограничена лишь периодом полураспада изотопа (2,6 года).

Плутониевая батарея. Батарея с 4 кг 238PuO2 при тепловой мощности 1480 Вт имеет электрическую мощность 60 Вт и рассчитана на работу в течение 10 лет.

Анализ экспериментов с облучением белковых препаратов позволило выявить следующие типы повреждений этих молекул.

  Изменение аминокислотного состава.

 Нарушение высших ( четвертичной, третичной и вторичной) структур молекул

 Возникновение разрывов полипептидной цепи.

  Появление агрегатов молекул с высокими молекулярными массами.

 Разрыв SH-связей и возникновение свободных SH- групп

 Разрушение аминокислотных остатков.

 

Большое число исследований посвящено выяснению механизмов поражения молекул нуклеиновых кислот в водных растворах. При помощи методов седиментации, хроматографии, электрофореза зарегистрированы появление поперечных сшивок и одиночных разрывов полинуклеотидных цепей в растворах ДНК после облучения. Показано, что возникновение однонитевых разрывов связано с повреждением азотистых оснований вследствие их взаимодействия с радикалами ОН· Потеря инфекционной активности ДНК фага j 29 происходит в результате двухнитевых разрывов цепи. Вероятность появления двухнитевых разрывов пропорционально дозе облучения. Двухнитевые разрывы в молекуле ДНК появляются в результате накопления одиночных разрывов, т.е. при совпадении близкорасположенных разрывов в каждой цепи.

Расчеты показывают, что уже при поглощенной дозе 1 Гр в каждой клетке человеческого организма повреждается до 5000, что приводит к возникновению около 1000 одиночных и до 100 двойных разрывов нуклеотидов в молекулах ДНК.

Схематично представить процессы, происходящие в облученных клетках и живых организмах можно следующим образом:

 Молекулы, атомы ® ионы, свободные радикалы ® изменения в органических молекулах ® радиобиологический эффект ( например, мутация, болезнь, гибель ).

 Конечный (радиобиологический) эффект зависит от типа и дозы, от условий облучения и от свойств облучаемого ионизирующего излучения, объекта.

Вопросы и задания.

За счет какого механизма ( прямого или косвенного) происходит инактивация рибулозадифосфаткарбоксилазы листьев при облучении растений γ- излучением.

Опишите, какие повреждения структуры молекул могут возникать при облучении рентгеновскими лучами: а) лиофильного высушенного  препарата ДНК б) водного раствора ДНК.

При облучении тканей происходит нарушение специфических свойств и функций биологических мембран, в частности нарушается избирательная проницаемость клеточной мембраны. Какие изменения в структуре мембран приводят нарушению функций мембран?

Чем Вы объсните неодинаковую радиочувствительность различных ферментов? Дайте объяснения данным, приведенным на рис.3.

Какие методы можно использовать для определения радиочувствительности молекул белков, нуклеиновых кислот, липидов, полисахаридов?

Почему при растворении кристаллов трипсина в буфере, радиочувствительность молекул повышается в десятки и сотни раз?

Опишите физико-химические процессы, происходящие при облучении дистиллированной воды.

Какие типы реакций могут иметь место при облучении а) раствора уксусной кислоты; б) раствора олеиновой кислоты; в) раствора глицина; г) раствора белка; д) раствора ДНК.

Будут ли одинаковы велечины LD50, для молекул фермента в растворенном состоянии, в среде с кислородом и в среде без свободного кислорода.

 Опишите схематично процессы, происходящие при облучении живых организмов ионизирующими излучениями.


На главную