У світі невідомого, або коротко про важливе

Мельниченко Неля Анатоліївна, вчитель математики та фізики Нетішинської ЗОШ І-ІІІ ступенів №1

Подорож в країну Невідомого (або  «просто» про «непросте»)

Нас оточує дивовижний світ, в якому так багато всього цікавого. І можна кожного дня дізнаватися про цей світ щось нове. Ось і сьогодні я пропоную вам побувати в країні Невідомого і познайомитися з загадковими явищами, які відбуваються навколо нас. Чи чули ви коли-небудь слово «радіація»? Чи знаєте ви, що означає цей термін?

Навколо нас є безліч предметів, що складаються з різних речовин. Багато з них мають особливі властивості - можуть випромінювати промені. Ці промені називають «випромінюванням». Деякі з цих променів  ми можемо побачити або відчути.  Наприклад Сонечко. 

Часто у художніх творах зустрічаємо словосполучення  «сонечко променисте». Сонячне світло, з яким знайомий кожен з вас і яке можна побачити - це один з видів випромінювання. Його називають світловим випромінюванням. Тепло, яке виходить від гарячої плити на кухні - це теж випромінювання, але вже теплове. Світло від електричної лампочки, монітору комп’ютера, тепло від обігрівача - це теж теплове випромінювання. Однак не всі випромінювання можна побачити або відчути. Сонце, наприклад, випромінює не тільки видимі - світлові промені, але і безліч невидимих ​​променів. Невідомі  промені надходять на Землю і з далекого космосу, де знаходяться інші зорі, їх скупчення, планети. Радіація якраз і є одним із видів невидимих ​​променів, які випромінюються особливими, дуже маленькими частинками речовини - радіонуклідами. 

На Землі теж є безліч тіл, предметів і речовин, які випромінюють невидимі промені. Багато з них людина створила сам. Це різні машини, побутові прилади, медичні апарати, які широко використовуються в побуті та на виробництві, без яких нам сьогодні не обійтися. Сонячне світло дуже корисне, воно піднімає нам настрій і зміцнює здоров'я. Однак довго, особливо в спеку, перебувати на відкритому, яскраво освітленому сонцем місці не слід, тому що можна «перегрітися», отримати опік або сонячний «удар». Не можна також довго дивитися на яскраве сонце - це вкрай шкідливо для очей.

І так ми дізналися, що багато предметів побутової техніки, які знаходяться у нас в будинку, випромінюють невидимі промені. Вони можуть бути шкідливими. Тому всі ці предмети сконструйовані так, щоб забезпечити безпеку для людини. Наприклад, у кожного телевізора або комп'ютера екран покритий спеціальною захисною невидимою плівкою, яка не пропускає шкідливі промені. 

Сьогодні людина не тільки вміє виявляти невидимі промені, знає, що робити, щоб вони не могли принести шкоду здоров'ю, а й навчився активно використовувати промені-невидимки собі на користь.  Можливо, в поліклініці ви бували в рентгенівському кабінеті. Там встановлено рентгенівський апарат, від якого при включенні виходять невидимі промені. Їх називають рентгенівськими променями. Ці промені просвічують наше тіло і допомагають лікарям зазирнути в організм людини. Іноді тільки таким способом можна виявити захворювання (наприклад, перелом) і призначити правильне лікування. В цьому випадку небезпечні промені-невидимки служать людині і приносять йому користь. Той, хто проходив обстеження в рентгенівському кабінеті, знає, що просвічування рентгенівськими променями триває дуже короткий час. Це робиться для того, щоб зменшити шкоду, яку може завдати випромінювання. Користь, яку отримує людина при обстеженні, набагато перевищує шкоду, яку може завдати випромінювання.  Рентгенівські промені, які випромінює рентгенівський апарат - це один з видів радіації.

Радіацію використовують і в сільському господарстві. Наприклад, щоб продукти довго зберігалися і не псувалися, їх пропускають через особливі невидимі промені, і всі шкідливі мікроби, через які псуються продукти, гинуть.

Радіоактивні речовини використовують на атомних електростанціях для отримання тепла і електричної енергії. Уявіть собі, що б було, якби раптом у нас зникла електрика. Електрична енергія виробляється на електростанціях і по електричних проводах надходить в наші будинки.  Для отримання електричної енергії на електростанціях спалюють різні види палива (природний газ, кам'яне вугілля, нафтопродукти і ін.), Які отримують з природних речовин. Ці речовини знаходяться глибоко під землею, і добувати їх зовсім непросто. Запаси нафти, вугілля, газу, деревини на Землі не безмежні. Тому людина стала шукати інші способи отримання чарівної енергії. Ми навчилися отримувати енергію за допомогою води (гідро-електростанції), вітру (вітряні електростанції), сонця (сонячні батареї). На атомній електростанції, де радіонукліди знаходяться всередині великої «печі», яка надійно захищена, енергію отримують в результаті розпаду речовин. Безліч найрізноманітніших приладів вдень і вночі стежать за тим, щоб жодна з небезпечних часток не вирвалася назовні.

Небезпека може виникнути тільки в тому випадку, якщо на станції відбудеться велика аварія. Саме така аварія сталася багато років тому на Чорнобильській атомній електростанції. Багато невидимих ​​оком найдрібніших частинок - радіонуклідів розлетілося тоді по світу.

«Весна одягала барвисту, шовком шиту сорочку. Весна між Десною і Прип’яттю і не думала навіть про смерть. І прибутному рокові наказувала, мов синочку:

– Сину, ступай міцніше на землю отчу, на твердь!

Атом ще спав покірно в реакторах і в долонях. Ще не чули його загрози поліські бори і вода. І лише земля відчувала, як б’ється жилка на скронях. Як вишумовує травами весна співуча і молода. І раптом – вибух як сполох…»  - так  описав ті події М. Сингаївський  в творі «Обпалена мужність»

За допомогою спеціальних інструментів - дозиметрів люди швидко визначили місця, де «сховалася» радіація.  Сьогодні радіонукліди можна знайти тільки в тих місцях, де встановлено знак «Обережно, радіація!».

То що ж воно таке ця «радіоактивність»  та «невидимі промені»?

Атом будь-якого хімічного елемента складається з ядра, навколо якого обертаються частки, названі електронами. Ядра атомів це найдрібніші частинки. Вони - основа для всього речовини і матерії. У них від природи закладений  великий запас енергії. Ця енергія вивільняється у вигляді радіації, коли розпадаються деякі радіоактивні елементи. Радіація небезпечна для всього живого на землі, але разом з тим її використовують для виробництва електрики і в медицині.

Радіоактивність - це властивість ядер нестабільних атомів випромінювати енергію. Велика частина важких атомів нестабільна, а у атомів, що легше є радіоізотопи, тобто радіоактивні ізотопи. Причиною появи радіоактивності служить те, що атоми прагнуть отримати стабільність. На сьогодні відомо три типи радіоактивного випромінювання: альфа, бета і гамма. Назвали їх так за першими літерами грецького алфавіту. Першими ядро ​​випромінює альфа або бета-промені. Але якщо воно все ще залишається нестабільним, тоді виходять гамма-промені.

Альфа-частинки мають в складі два протони і два нейтрони. Абсолютно таким же складом володіє і ядро ​​атома гелію. Рухаються альфа-частинки повільно і тому їх може затримати будь-який матеріал товщіший, ніж паперовий лист. Оскільки вони мало чим відрізняються від ядер атомів гелію, більшість вчених висувають версію про те, що гелій на Землі має природне радіоактивне походження.

Бета-частинки - це електрони, що володіють величезною енергією. Їх утворення відбувається при розпаді нейтронів. Бета-частинки також не особливо швидкі, можуть пролітати по повітрю до одного метра. Тому перешкодою на їх шляху може стати мідний лист міліметрової товщини.

Гамма-промені - це електромагнітне випромінювання володіє величезною енергією. Його швидкість руху дорівнює швидкості світла. Якщо виставити заслін з свинцю в 13-15 мм або з шару повітря в 120 метрів, то можна зменшити гамма-випромінювання вдвічі.

Транспортування радіоактивних речовин відбувається в спеціальних свинцевих контейнерах з товстими стінами для запобігання витоку радіації.

Вплив радіації вкрай небезпечно на людину. Вона викликає опіки, катаракту, провокує розвиток раку. Виміряти рівень радіації допомагає спеціальний прилад - лічильник Гейгера, який видає клацають звуки при появі джерела радіації.

Коли ядро ​​випускає частки, то воно перетворюється в ядро ​​іншого елемента, змінивши при цьому свій атомний номер. Це називається періодом розпаду елемента. Але якщо знову утворився елемент як і раніше нестабільний, то процес розпаду триває. І так до тих пір, поки елемент не стане стабільний. У багатьох радіоактивних елементів цей період займає десятки, сотні і навіть тисячі років, тому прийнято вимірювати період напіврозпаду. Взяти, наприклад, атом плутонію  з масою 242. Після випромінювання ним альфа-частинок з відносною атомною масою 4, він стає атомом урану-238 з такою ж атомною масою.

Ядерні реакції.

Ядерні реакції діляться на два види: ядерний синтез і ділення (розщеплювання) ядра.

Синтез чи інакше «з'єднання» має на увазі під собою з'єднання двох ядер в одне велике під впливом дуже високої температури. У цей момент виділяється велика кількість енергії. При розподілі і розщепленні відбувається процес поділу ядра, звільняючи при цьому ядерну енергію.

Відбувається це тоді, коли ядро ​​бомбардуєтеся нейтронами в спеціальному пристрої під назвою «прискорювач частинок».

При розподілі ядра і випромінювання нейтронів, виділяється просто колосальна кількість енергії.

Відомо, що для отримання великої кількості електроенергії необхідна лише одиниця маси радіо палива. Жодна інша електростанція нічим подібним похвалитися не може.

Ядерна енергія.

Таким чином, енергію, що вивільняється при ядерної реакції, використовують для отримання електрики або як джерело енергії в підводних і надводних судах. Процес отримання електричної енергії на атомній станції заснований на поділі ядер в ядерних реакторах. У величезному резервуарі знаходяться стрижні з радіоактивної речовини (наприклад, урану).

Вони атакують нейтронами і розщеплюються, виділяючи енергію. Нові нейтрони розщеплюються далі і далі. Це називається ланцюговою реакцією.

Від відкриття радіоактивності до пізнання її природи

• 1895 рік - відкриття В. Рентгеном х-променів, які виникають при попаданні катодних променів в речовину. Пізніше х-промені були названі «рентгенівськими».
• 1896 рік - відкриття А. Беккерелем здатності сполук урану мимовільно випускати промені, які: невидимі, проходять через непрозорі тіла, засвічують фотоматеріали, збільшують електропровідність опромінюваних речовин. 1 березня 1896 року вважається датою відкриття радіоактивності.
• Відкриття М. Склодовської-Кюрі і П. Кюрі   радію і полонію, які подібно урану випускають невидимі промені, що збільшують електропровідність опромінюваних речовин. Здатність речовин випускати такі промені М. Склодовська-Кюрі запропонувала назвати радіоактивністю, а речовини, які їх випромінюють, радіоактивними. У 1903 році вони отримали за це Нобелевську премію.
• Початок ХХ століття

• Доказ Е. Резерфордом, Ф. Содді, К. Фаянс і іншими вченими, що радіоактивність пов'язана з нестійкістю атомних ядер. Пізніше атоми з нестійкими, ядрами були названі радіонуклідами.
• Дослідження будови атома Е. Резерфордом, Н. Бором, Г. Мозлі, Р. Міллікеном, Х.В. Гейгером, Е. Марсденом, Дж. Чедвиком і іншими вченими.
• Відкриття більше 30 радіоактивних елементів в природі. Вивчення процесу їх розпаду і визначення характеристик.

• 1932 рік - фізик Джемс Чедвік відкрив нейтрон, що сприяло початку нової ядерної ери в історії розвитку людства. Він теж став Нобелівським лауреатом (1935).
• 1934 рік - відкриття Фредеріком і Ірен Жоліо-Кюрі штучної радіоактивності.
• 1942 рік - під керівництвом Енріко Фермі в США був побудований перший ядерний реактор. В СРСР перший реактор був запущений чотири роки по тому, проектом керував Ігор Васильович Курчатов.
• 1945 рік - перше випробування атомної зброї. Атомне бомбардування японських міст Хіросіма і Нагасакі.
• 1955 рік - створення Наукового комітету ООН з дії атомної радіації (НКДАР ООН). Комітет призначений для збору, вивчення і поширення інформації за рівнями іонізуючого випромінювання природного і антропогенного походження, які спостерігалися в навколишньому середовищі, а також за наслідками впливу такого випромінювання для людини і навколишнього середовища.
• 1956 рік - перша згадка в науковій пресі терміну «радіоекологія».
• 1957 рік - створення Міжнародного агентства з атомної енергії (МАГАТЕ).
• 1963 рік - міжнародний договір про обмеження випробувань ядерної зброї в атмосфері, під водою і в космосі.
• 1954 рік -перша в світі атомна електростанція була побудована в Обнінську (Калузька обл.). Вона була оснащена уран-графітовим реактором типу АМ ( «Атом мирний») потужністю 5 МВт. Ця АЕС безаварійно пропрацювала близько 50 років.

Це цікаво!

• Найбільший в світі парк АЕС належить США. В експлуатації перебувають 104 енергоблоки сумарною потужністю близько 100 ГВт. Вони забезпечують виробництво 20% електроенергії.
• Світовим лідером з використання АЕС є Франція. Її 59 атомних станцій виробляють близько 80% всієї електроенергії.
• Сьогодні в Україні працює чотири АЕС, на яких діють 15 енергоблоків типу ВВЕР (водо-водяний енергетичний реактор) загальною потужністю 13880 МВт. За останнє десятиліття загальне щорічне виробництво електроенергії в Україні збільшилось, зросла й частка енерговиробітку на атомних електростанціях. Тобто, атомна енергетика перетворилася на основний стабілізуючий фактор енергетичної системи країни.