Ядерная физика, кроме своего основного технического применения — в ядерной энергетике, — широко используется в самых различных областях науки и техники.
Широко используется высокая проникающая способность у-излучения, которая много больше, чем у рентгеновских лучей. Поскольку излучение поглощается тем больше, чем большую толщину вещества оно проходит, то по изменению интенсивности излучения, проходящего сквозь предмет, молено измерять его толщину, а также обнаруживать внутренние дефекты. Для измерения малых толщин используется β-излучение.
Ионизирующее действие излучения используется для нейтрализации статического электричества, например, в текстильной промышленности. Нити при трении (особенно синтетические) сильно электризуются, прилипают к различным частям машины, плохо скручиваются. Нередко это приводило даже к самовозгоранию. Излучение радиоактивных изотопов делает воздух электропроводным и снимает заряды.
Ионизирующее действие излучения используется в медицине для разрушения злокачественных опухолей; γ-излучение убивает микробы и применяется для стерилизации инструментов ‘и одежды, для предохранения овощей, фруктов, мяса от порчи и т. д.
При поглощении радиоактивного излучения выделяется тепло, которое можно использовать для обогрева. Такой изотопный источник-тепла был использован для внутреннего обогрева «Лунохода-1» во время лунных ночей.
Большинство применений радиоактивных изотопов основано на явлении искусственной радиоактивности, открытом в 1934 г. Фредериком и Ирен Жолио-Кюри. Они обнаружили, что алюминий, бор и магний при облучении а-частицами становились радиоактивными. Оказалось, что при облучении алюминия α-частицами происходит ядерная реакция:
2713Al + 42He → 3015Р + 0n1.
Изотоп фосфора 3015Р β+-радиоактивен и, выбрасывая позитрон, превращается в устойчивый изотоп кремния:
3015Р → 3014Si + +1e°.
Открытие искусственной радиоактивности замечательно, во-первых, тем, что впервые были искусственно созданы радиоактивные вещества, а во-вторых, оказалось, что радиоактивные изотопы существуют не только у тяжелых элементов, но и у легких элементов, например, у фосфора — радиофосфор 3015Р, у азота — радиоазот 137N.
Дальнейшие исследования показали, что искусственно можно создать радиоактивные изотопы у всех элементов. Большинство из них испускает либо β—-лучи, либо β+-лучи. Радиоактивные изотопы получаются при облучении ядер α-частицами, протонами, дейтронами, γ-квантами большой энергии.
Ферми начал исследования искусственной радиоактивности, возникающей при поглощении ядрами нейтронов. В настоящее время метод облучения нейтронами наиболее широко применяется для получения радиоактивных изотопов. Все ядра, кроме 42He, поглощают нейтроны, и при этом в большинстве случаев образуются β—-активные изотопы. В качестве источника нейтронов используется обычно ядерный реактор.
В продуктах деления урана содержится около 180 радиоактивных изотопов. Многие из них извлекаются из радиоактивных отходов реактора и используются.
Искусственные радиоактивные изотопы служат не только разнообразными источниками радиоактивных излучений, их широко используют в качестве меченых атомов.
Поскольку радиоактивные изотопы какого-либо элемента по химическим свойствам ничем не отличаются от его устойчивых изотопов, то, вводя в состав вещества небольшое количество радиоактивных атомов, можно следить за поведением этого вещества в различных процессах. Примешивая к веществу радиоактивные атомы, мы как бы отмечаем те молекулы, в которые попадают эти атомы, дающие о себе знать радиоактивным излучением. Поэтому такой способ исследования получил название метода меченых атомов. Он отличается очень высокой чувствительностью, поскольку с помощью счетчика Гейгера — Мюллера можно регистрировать ничтожные количества радиоактивных атомов. Приведем несколько примеров его применения,
Добавляя к металлу радиоактивный изотоп и измеряя радиоактивность смазочных масел, можно установить, насколько, быстро снашивается трущаяся поверхность, и подобрать наиболее подходящие материалы как для детали, так и для смазочных масел. Вместо добавления радиоактивного изотопа при изготовлении детали часто создают в готовой детали наведенную, радиоактивность, облучив ее нейтронами.
В химии метод меченых атомов используется для определения растворимости очень мало растворимых, веществ.
Меченые атомы помогают установить, как действуют на растения вводимые в почву удобрения, как усваиваются важнейшие элементы. На рис. 39.6 показаны фотографии растений, поглотивших радиоактивный фосфор (фотографии получены под действием радиоактивного излучения радиофосфора).
С помощью меченых атомов изучают фотосинтез в растениях. Было установлено, что кислород в реакциях фотосинтеза выделяется из воды, а не из углекислого газа, как считали раньше. Методом меченых атомов определяют скорость обмена веществ в тканях живого организма; было установлено, что ткани обновляются гораздо быстрее, чем полагали раньше.
С помощью радиоактивной «метки» можно следить за движением крови в организме обнаружить нарушения кровообращения; меченые атомы позволяю? наблюдать за усвоением питательных веществ и лекарств, исследовать деятельность внутренних органов (наблюдая, например, как накапливается меченый йод в щитовидной железе, можно быстро поставить диагноз).
Интересное применение радиоактивные изотопы нашли в археологии. В верхних слоях атмосферы происходит взаимодействие нейтронов вторичных космических лучей с ядрами атмосферного азота:
147N + 0n1 → 146C + p
Образующийся радиоактивный углерод 146C окисляется, перемешивается с основной массой атмосферного углекислого газа и участвует в круговороте углерода. В тканях растений и животных существует постоянная равновесная концентрация изотопа 146C. Эта концентрация начинает падать, когда прекращается обмен веществ. Зная период полураспада радиоуглерода (5730 лет), по содержанию нераспавшегося радиоуглерода в ископаемых находках, например, в черепе древнего человека, можно определить их возраст. С помощью радиоуглерода получено много ценных сведений. Установлено, например, что в Англии и Америке человек появился около 10 400 лет назад, т. е. сразу после ледникового периода.
Из рассмотренных примеров видно, насколько широко используются в науке и технике достижения ядерной физики. Однако самым главным, применением ядерной физики, является ядерная энергетика. Ускоренное развитие ядерной техники позволит решить одну из важнейших проблем, стоящих перед человечеством, — удовлетворение быстро растущих потребностей в энергии.
Советский Союз вместе со всем прогрессивным человечеством ведет последовательную борьбу за полное запрещение и уничтожение, ядерного оружия и успешно сотрудничает с другими странами в области мирного использования ядерной энергии.
