Природа,1992, № 12, стр. 59-65.
Радиоактивный углерод
И.Я.Василенко, В.А.Осипов, В.П.Рублевский
© Василенко И.Я., Осипов В.А., Рублевский В.П. Радиоактивный углерод.
Иван Яковлевич Василенко, доктор медицинских наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР, ведущий научный сотрудник Института биофизики Минздрава Российское Федерации. Область научных интересов - токсикология продуктов ядерного деления, радиационная гигиена.
Вячеслав Александрович Осипов, кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник того же института, специалист по токсикологии. Занимается исследованием кинетики обмена и биологической эффективности радионуклидов в организме млеко-питающих.
Владимир Петрович Рублевский, кандидат технических наук, старший научный сотрудник того же института. Основные научные интересы связаны с экологией, охраной окружающей среды и радиационной безопасностью ядерной энергетики.
ИЗ ВСЕХ природных элементов таблицы Менделеева углероду принадлежит особая роль - он составляет структурную основу органических соединений, в том числе тех, которые входят в состав живых организмов.
Природный углерод - это смесь двух стабильных изотопов: 12 С (98,892%) и 13 С (1,108 %). Из четырех радиоактивных изотопов (10 С, 11 С, 14 С и 15 С) только долгоживущмй углерод-14 (период полураспада 5730 лет) представляет практический интерес, поскольку участвует в круговороте углерода биосферы. Этот чистый низкоэнергетический вета-излучатель с максимальной энергией частиц 156 кэВ относится к числу глобальных радионуклидов. Образуется он как в естественных, так и в искусственных условиях в результате нескольких ядерных реакций. Повышение концентрации антропогенного 14 С во внешней среде, а его источники - ядерные взрывы и выбросы предприятий ядерной энергетики) представляет большую гигиеническую и экологическую проблему.
ИСТОЧНИКИ РАДИОУГЛЕРОДА
Природный нуклид образуется главным образом при взаимодействии вторичных нейтронов космического излучения с ядрами азота в верхних слоях атмосферы по реакции 14 N (n, р) 14 С. Роль других реакций - 15 N (n, a) 14 С; 16 О (р, Зр) 14 С; 17 О (n,а) 14 С; 13 C (n.у) 14 С - в образовании природного углерода-14 незначительна из-за малых сечений взаимодействия и низкого содержания ядер этих изотопов в естественной смеси элементов.
Средняя интенсивность образования этого нуклида в атмосфере (в основном в стратосфере) равна 2,28 атом/с на 1 см2 земной поверхности, что составляет 9,7 x 10 \23 атом/сут. По массе это примерно 22,5 г/сут, а по активности-около 2,8 ТБк/сут или 1 ПБк/год. Среднее содержание природного нуклида в атмосфере и биосфере остается постоянным: 227 ± 1 Бк/кг углерода.
Антрогюгеиный углерод-14 образуется в основном подобно природному, т.е. нейтроны (возникающие в большом количестве при взрыве ядерных бомб) поглощаются ядрами азота-14. Количество нуклида зависит от типа бомбы (атомная или термоядерная), ее конструкции (используемые материалы) и мощности (плотность потока нейтронов). Величина выхода 14 С при взрывах по реакции синтеза принята равной 0,65 ПБк/Мт, по реакции деления - почти в пять раз меньше (0,12 ПБк/Мт). Подсчитано, что со времени взрыва первой атомной бомбы в 1945 г. до 1980 г. образовалось 249,2 ПБк углерода-14 (табл. 1).
С 1981 г. испытания ядерного оружия в атмосфере прекратились, и предприятия ядерно-топливного цикла оказались единственным мощным источником антропоген-ного нуклида, способным заметно влиять на повышение его концентрации в атмосфере и биосфере Земли. Этот нуклид образуется в активной зоне атомных реакторов любого типа, где существуют мощные потоки нейтронов, которые взаимодействуют с материалами конструкций реактора, с веществом теплоносителя, замедлителя, топлива и имеющимися в них примесями: 14 N (п, р) 14 С; 17 O (n.a) 14 С; 13 C (n.y) 14 С; 235 U (n.f) 14 C (тройное деление урана-235 в топливе).
В зависимости от типа и особенностей конструкции реактора вклад каждой из этих реакций в образование нуклида может меняться очень значительно. Согласно расчетам, его удельный выход при облучении тепловыми нейтронами некоторых веществ, применяемых в качестве замедлителя или теплоносителя по реакции (n,р), в газообразном азоте и воздухе примерно на четыре порядка выше, чем по реакции (n,а) в воде, углекислом газе или кислороде воздуха благодаря большому сечению взаимодействия тепловых нейтронов с ядрами азота (а = 1750 мбарн) и его высокому содержанию в воздухе (78%). Выход 14С по реакции (n,у) в графите, детолилметане, газойле и терфениле еще на порядок ниже, чем по реакции (n, а).
Скорость образования углерода-14 в топливе зависит главным образом от концентрации примеси азота: при обычном его содержании (0,001-0,002%) скорость составляет примерно 0,4-2,5 ТБк/(ГВт/год), а в воде теплоносителя-замедлителя находится в пределах 0,2-0,5 ТБк/(ГВтэ/год) .
В действующих АЭС бывшего СССР используются в основном водо-водяные реакторы (ВВЭР-440 и ВВЭР-1000), водо-графит-ные (РБМК-1000 и РБМК-1500) и реакторы на быстрых нейтронах (БН-350 и БН-600). Первые и третьи реакторы аналогичны соответствующим типам зарубежных реакторов (PWR и PBR) по скорости генерации 14 С и его выходу в окружающую среду.
Реакторы РБМК с кипящей водой под давлением в качестве теплоносителя и графитом в качестве замедлителя не имеют аналогов в зарубежной практике реакторостроения. Их основная особенность - наличие большого количества азота в активной зоне, используемого в смеси с гелием для охлаждения замедлителя, и большой массы углерода самого замедлителя. Это приводит к большей скорости генерации 14 С до величины 2- 3 ТБк/ (ГВтэ/год), что примерно на порядок больше, чем в реакторах типа ВВЭР .
Углерод-14, образующийся в теплоносителе и замедлителе, частично или полностью выбрасывается в окружающую среду в виде газоаэрозолей, а из топлива реакторов - с радиоактивными отходами заводов по его переработке (регенерации).
МИГРАЦИЯ ВО ВНЕШНЕЙ СРЕДЕ
Радиоуглерод высоко подвижен. С мест выбросов в результате атмосферных процессов нуклид переносится на большие расстояния и, окисляясь до 14 СО2, вступает в естественный круговорот углерода.
Известно, что весь земной углерод сосредоточен в двух бассейнах - «осадочном» и «обменном». Углерод первого бассейна (органический и неорганический углерод осадочных пород, уголь, нефть и другие ископаемые) практически не участвует в естественных обменных процессах, он вступает в круговорот только после сжигания органического топлива. Углерод второго бассейна, в котором находится около 0,17% всего земного количества углерода, причем более 90% его - в глубинных водах Мирового океана, участвует в круговороте отдельными его резервуарами: атмосферой, биосферой, гидросферой и др.
Модель глобальной циркуляции углерода-14, поступающего в атмосферу с выбросами предприятий ядерно-топливного цикла (1) и со сбросами (2). Коэффициенты обмена приведены в отн. ед./год.
Круговорот углерода в природе состоит как бы из двух циклов, проходящих параллельно в наземной и морской частях биосферы и связанных атмосферой. Из множества моделей, описывающих поведение углерода в «обменном» бассейне, НКДАР использует для расчетов 8-резервуарную, в которой учитываются все основные процессы, проходящие в природном цикле углерода Земли.
Скорость обмена углерода между резервуарами «обменного» бассейна различна: среднее время пребывания молекулы CO2 в атмосфере до ее перехода в воду океана составляет несколько лет, из его глубин в атмосферу - до нескольких сотен лет, а из осадочных пород в атмосферу даже несколько миллионов лет. Таким образом, осадочные породы являются как бы «могильником» радиоуглерода (естественного и искусственного), в котором он практически распадается и выходит из природного круговорота.
КИНЕТИКА ОБМЕНА
Окисленный во внешней среде, до 14 СО2 углерод-14 за счет фотосинтеза накапливается в растениях (в незначительных количествах поглощается и из почвы), а затем по пищевым цепочкам поступает животным и человеку. Коэффициент перехода в цепочке «атмосферный углерод - углерод растений» равен единице, а равновесие устанавливается в течение двух-трех месяцев За время интенсивных испытаний ядерного оружия (1963-1964 гг.) содержание 14 C в растительных продуктах, молоке, мясе повысилось примерно в два раза по сравнению с природным фоном. Заметим, период полуочищения продуктов питания составляет около шести лет .
В организм человека радиоуглерод поступает в форме различных органических и неорганических соединений, в основном в составе углеводов, белков и жиров. Аэрогенное поступление незначительно - лишь 1% от пищевого. Чтобы понять, какое действие оказывает на организм. 14 C, поступающий в виде органических и неорганических соединений, мы в опытах на крысах исследовали кинетику обмена. Выяснилось, что обмен неорганических соединений (На2 14 СОз, NaH 14 CO3, К2 14 СОз) характеризуется высокой интенсивностью; радиоуглерод обнаруживается в крови животных уже с первых минут поступления в организм, через 15 мин. его содержание достигает максимума - нескольких процентов от введенного количества. Образуя в крови непрочные бикарбонатмые соединения, радиоуглерод быстро выводится. В органах и тканях накапливается лишь незначительная часть введенного количества нуклида, причем распределяется он достаточно равномерно: вначале - в печени, почках, селезенке, а затем - в скелетной и жировой ткани. При длительном поступлении активность нуклида медленно накапливается - от 1,7% на вторые сутки до 7,7 на 32-е от ежедневно вводимого количества Na2 14 CO3. Можно считать, что к концу месяца опытов устанавливается равновесное состояние между поступлением нуклида и его содержанием в организме крыс, при этом кратность накопления примерно равна 0,07.
В экспериментах по изучению обмена 14 C в форме органических соединений мы использовали содержащие нуклид глюкозу, янтарную кислоту, глицин, валин, трипто-фан, глицерин, пальмитиновую и стеариновую кислоты, метиловый и этиловый спирты, т. е. соединения, входящие в состав важнейших классов: углеводов, белков, жиров и спиртов. Поступив в организм, высокомолекулярные соединения расщепляются до низкомолекулярных, углерод которых в конце концов окисляется до углекислоты. Одновременно синтезируются аминокислоты, жирные кислоты, гексозы и другие важные метаболиты, используемые организмом как энергетический и пластический материал. Таким образом, радионуклид проникает во все структуры и ткани живых организмов.
Динамика его накопления при хроническом поступлении в виде органических соединений зависит от формы соединения. Равновесное содержание 14 С-глюкозы наступает к концу третьего месяца (кратность накопления равна трем), 14 С-глицина и 14 С-пальмитиновой кислоты - к концу четвертого (кратность накопления соответственно 12 и 13) .
Скорость выведения из организма нуклида органических соединений в определенной мере тоже зависит от их класса: нуклид углеводов выводится интенсивнее, чем поступивший в форме аминокислот и жирных кислот, а введенный в составе спиртов задерживается дольше «углеводного», Со временем скорость выведения постепенно замедляется, видимо за счет того, что поступивший в организм нуклид используется как пластический материал. Радиоуглерод выводится в основном через органы дыхания, значительно меньше - через почки и кишечник, причем соотношение тоже зависит от формы соединения.
Известно, что конечные метаболиты углеводов, жиров и спиртов - углекислота и вода, а белков - еще и мочевина, мочевая кислота, креатинин (последние и выводятся из организма почками и кишечником). Часть нуклида спиртов выдыхается в неизмененном виде.
Результаты исследований на крысах мы использовали для оценки обмена углерода-14, поступающего в организм человека с пищей. Поскольку в стандартный рацион взрослого человека входит около 500 г углеводов, по 100 г жиров и белков, а доля углерода в них составляет соответственно 50, 75 и 54%, то с пищей мы получаем за день около 70, 20 и 10% углерода.
Если учесть, что кратность накопления нуклида, поступающего в составе этих соединений, равна 15, 65 и 60, то в стандартном рационе она окажется равной примерно 31. Это значение близко к кратности накопления у человека стабильного углерода и нуклида естественного происхождения. Наступление равновесного состояния будет определять радиоуглерод, поступающий с жирами и белками, и, памятуя различия в интенсивности обмена у крысы и человека, можно ожидать, что у последнего оно наступит примерно через 1,5 года после начала поступления нуклида в организм .
Таким образом, обмен радиоуглерода зависит от формы его соединения, что сказывается на величинах формируемых доз внутреннего облучения (табл. 2). Поглощенные дозы содержащих его органических веществ с момента поступления в организм до образования конечных метаболитов не одинаковы: в силу различий их метаболизма, но в среднем они в десятки-сотни раз больше, чем неорганических. Особенности метаболизма различных соединений радиоуглерода сказываются и на их токсичности.
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ
Эффект облучения, как известно, зависит от величины поглощенной, дозы, ее мощности, объема облучаемых тканей и органов и вида излучения. В основе повреждающего действия лежит комплекс взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов - ионизация и возбуждение атомов и молекул дают начало образованию высокоактивных радикалов, вступающих во взаимодействие с различными биологическими структурами клеток. Важноe значение имеет внутри- и межмолекулярная передача энергии возбуждения, а также возможные разрывы связей в молекулах за счет непосредственного действия радиации. Физико-химические процессы, протекающие на начальном этапе, принято считать первичными, пусковыми. В последующем развитие лучевого поражения проявляется в нарушении функций органов и их систем.
Особую опасность представляют радионуклиды, которые, накапливаясь в органах и тканях, становятся источником длительного внутреннего облучения. Характер его зависит от физико-химических свойств радионуклидов, среди них особое место, как отмечено, занимает углерод-14, поскольку является изотопом основного биогенного элемента. Биологическое действие его связывают не только с радиационными, но и трансмутационными эффектами, которые возникают при превращении атомов 14 С в атомы 14 N в результате (бета-распада. Особую опасность эти процессы могут приобрести при включении радиоуглерсда в ДНК и РНК половых клеток, так как даже единичные акты его распада ведут к неустранимым организмом точковым мутациям.
Многие специалисты считают, что биологическая эффективность нуклида за счет трансмутационного действия должна существенно повыситься. Но результаты экспериментов оказались противоречивыми. Значение относительной биологической эффективности 14 C, установленное разными исследователями7 по показателям генных мутаций (фаг, дрожжи, дрозофила), хромосомных аберраций (корешки лука и проростки бобов) и репродуктивной гибели клеток (культура ткани и бактерии), колеблется от 1 до 20. Видимо, это связано с разными условиями опытов, разнообразием тестов и условий облучения. Материалы исследований на теплокровных животных нам неизвестны.
Мы изучали биологическое действие остропоражающих доз радиоуглеродв на мышей, используя органические соединения, которые могут моделировать поступление нуклида в составе белков (14 С-глицин), жиров (14 С-стеариновая кислота), а также 14 С-янтарную кислоту, соединение, образующееся в организме в результате окисления углеводов, белков и жиров (т. е. всех основных пищевых продуктов) и их взаимных превращений в клетках. Состояние животных оценивали по клиническим, гематологическим, физиологическим, биохимическим, иммунологическим и патологоанатомическим показателям.
Облучение животных было длительным, относительно равномерным. Различие в поглощенных дозах (их оценивали по данным специальных радиометрических исследований) в органах и тканях, за исключением жировой, дозы облучения которой были выше среднетканевых примерно в два-три раза, не превышало 1,5. К концу первого месяца дозы формировались примерно на 50%, а в течение трех-шести месяцев (в зависимости от соединения) - на 90%. Отмеченные особенности облучения имеют принципиальное значение в оценке биологической эффективности радиоуглерода, который характеризуется сравнительно невысокой радиотоксичностью, определяемой формой соединения. Для глицина доза, вызывающая гибель 50% животных за 30 сут (СД 50/30), равна 6,3 МБк/г массы тела. К моменту гибели 50% мышей (средняя продолжительность жизни 17,5 ± ± 1,5 сут) cреднетканевая доза составила 8-1 Гр при мощности 0,08-0,02 сГр/мин. Тяжелые радиационные поражения мышей со смертельным исходом в течение первого месяца при введении 14 С-стеариновой кислоты (2,2 МБк/г) связаны с тем, что на единицу введенной активности формируются более высокие дозы внутреннего облучения.
Па результатам исследований биологического действия 14 С-глицина, с учетом особенностей метаболизма и формируемых величин поглощенных доз на единицу введенной активности, мы оценили токсичность и других соединений радиоуглерода. Оказалось, что токсичность 14 С-карбоната и бикарбоната натрия в 130 раз ниже, чем 14 С-глицина, 14 С-карбонатов калия и кальция - соответственно в 85 и 30 раз, 14 С-глю-козы, 14 С-глюкозамина и 14 С-янтарной кислоты - примерно в четыре-раза, 14 С-валина, 14 С-этилового и 14 С-метилового спиртов - почти такая же, как токсичность 14 С-глицина, а 14 С-триптофана, и 14 С-пальмитиновой кислоты - примерно в четыре-пять раз выше. Учитывая содержание углеводов, белков и жиров в суточном рационе, мышей, мы рассчитали, что доза нуклида, вызывающая гибель 50% животных за 30 сут, приблизительно равна 15 МБк/г массы тела.
Содержание радиоуглерода в организме крыс при однократном введении в форме: 14 С-бикарбоната натрия (1), 14 С-карбонатов натрия (2), калия (3); и кальция (4); 14 С-янтарной кислоты (5), 14 С-глюкозамина (6), 14 С-глюкозы (7), 14 С-этилового (8) и метилового (9) спиртов, 14 С-валина (10), 14 С-глицерина (11), 14 С-стеариновой кислоты (12), 14 С-глицина (13), 14 C-триптофана (14) и 14 С-пальмитиновои кислоты (15).
В клиническом течении острых поражений нуклидом, поступающим с пищей, не было существенных отличий от лучевой болезни, вызванной внешним гамма-облучением, так же выделялись известные периоды: скрытый, выраженных проявлений болезни и восстановительный (выздоровление или переход болезни в хроническую форму). Изменения показателей крови, по которым обычно судят о тяжести болезни, были типичными, нарушение обмена проявлялось в ожирении животных, отчетливо фиксировалось бластомогенное (опухолеродное) действие нуклида. При остром поражении они резко теряли свою массу и погибали на фоне глубокой лейкопении (низком содержании лейкоцитов в периферической крови). Тяжелые и средней тяжести поражения перешли в хроническую форму, медленно восстанавливались показатели крови. Выздоровление крайне затянулось. Продолжительность жизни (в зависимости от тяжести поражения) была существенно ниже, чем у контрольных мышей.
Концепция беспорогового действия ионизирующей радиации поставила проблему малых доз. Опасность доз на уровне естественного облучения связывают в основном с индуцированием мутаций (их число определяется величиной поглощенной дозы) в соматических: » половых клетках. Мутации в соматических клетках приводят к росту злокачественных новообразований и другим нарушениям, в половых-к снижению воспроизводительной функции, отклонению нормального развития и наследственным болезням. При воздействии малых доз возможны медленно развивающиеся нарушения с широким индивидуальным разбросом, зависящим от исходного состояния организма и его наследственных особенностей.
Биологическое действие малых доз углерода-14 в условиях хронического поступления мы исследовали в опытах на крысах. Животные восьми групп получали его ежедневно с питьевой водой в форме 14С-глюкозы в течение всей жизни в количестве 92,5; 18,3; 13; 1,9; 1,3; 0,2; 0,1 и 0,01 кБк/г массы тела. Среднетканевые поглощенные дозы составили соответственно 233; 47; 11,5; 1; 0,5; 0,1 и 0,01 мГр в год. Состояние крыс оценивалось клиническими, гематологическими, физиологическими, биохимическими, иммунологически-ми и морфологическими показателями.
В начальный период состояние подопытных и контрольных животных существенно не отличалось, но в последующем выявились функциональные изменения, которые можно оценить как реакцию на облучение. И в конце опытов (в основном в трех первых группах) обнаружилась морфологическая патология в легких, почках и печени, снизилась воспроизводительная функция. Видимо, в начальный период организму удается компенсировать нарушения, но затем, по мере накопления радиационных повреждений сказывается недостаточность механизмов репарации и адаптивных реакций. В результате снижаются устойчивость организма к другим неблагоприятным факторам внешней среды и продолжительность жизни.
Состояние крыс, облученных меньшими дозами (четвертая - восьмая группы), оставалось без существенных изменений в течение всего опыта, хотя и проявлялась тенденция к более раннему появлению опухолей молочных желез по сравнению с контрольными животными. Количественные различия, однако, оказались статистически недостоверными.
Генетические эффекты действия радиоуглерода мы изучали (совместно с сотрудниками Института общей генетики РАН В.А. Шевченко, М.Д. Померанцевой и Л.К. Рамайя) на разных стадиях сперматогенеза у мышей при однократном, длительном и хроническом введении самцам 14 С-глюкозы. Через три месяца после однократного введения нуклида дозы облучения составили 0,22; 0,5; и 1,01 Гр, при длительном-0,74 и 1,47 (к концу опыта) и хроническом - 0,066 и 0,013 Гр/год.
Мы сопоставили частоту доминантных летальных мутаций в пост- и премейотических половых клетках, частоту реципрок-ных транслокаций (обмена двумя участками между гомологическими хромосомами) в сперматогониях и частоту встречаемости аномальных головок спермиев с этими же показателями при действии внешнего гамма-излучения. Выяснилось, что относительная генетическая эффективность радиоуглерода составляет примерно 1-2, причем трансмутационные последствия не выявляются - видимо, 14 С-глюкоза не проникает в ДНК половых клеток. Наши выводы вряд ли следует считать окончательными, радиационное действие на живой организм требует множества специальных исследований.
Итак, мы имеем некоторые экспериментальные результаты по действию разных доз радиоуглерода на животных. Можно ли на основании этого оценить соматические и генетические последствия в человеческой популяции при повышении концентрации нуклида? Мы попытались сделать это (табл. 3), приняв во внимание, что при происходящем глобальном загрязнении окружающей среды радиоуглеродом устанавливается равновесие в цепи «атмосфера - продукты питания - человек» с коэффициентом дискриминации во всей цепочке, равным 1 ;
ядерные испытания в атмосфере прекращены;
существует беспороговое линейное соотношение доза/эффект.
При генетической эффективности нуклида, равной 1 (без трансмутаций), можно ожидать, что число онкогенных заболеваний со смертельным исходом в популяции из 10 6 человек и среди 10 6 новорожденных при облучении в дозе 10 6 чел.-Гр составит 124 и 40 случаев соответственно. Для сравнения отметим: смертность от новообразований различной этиологии и локализации (без учета действия ионизирующего облучения) достигает 1500-2000 случаев в год в такой же популяции людей, а естественная частота генетических нарушений - 60 тыс. случаев на 10 млн. детей, причем 16 тыс. - тяжелые дефекты.
Итак, воздействию глобального радионуклида - углерода-14 - подвергаются все представители растительного и животного мира. Не исключено, что в экосистемах существуют менее устойчивые объекты, чем человек, потому повышение концентрации радиоуглерода во внешней среде представляет не только гигиеническую, но и экологическую проблему... Отсутствие явного генетического груза как результата облучения естественным радиоуглеродом, видимо, связано с выработкой в ходе эволюции защитных механизмов, которые устраняют мутационные повреждения на разных стадиях развития организмов. Но с увеличением доз облучения эти механизмы могут оказаться недостаточно эффективными.
1. Былкин Б. К., Рублевский В.П., Хрулев А. А, Т и щ е н к о В. А. // Атом. техника за рубежом. 1988. № 1. С. 17-20. 2. Рублевский В. П., Голенецкий С, П., К и р д и н Г. С. Радиоактивный углерод в биосфере. М., 1979.
3. Б о л и н Б. Круговорот углерода // Биосфера. М., 1982. С. 91--104.
4. Broeker W. S., WaHon A.//Science. 1959. V. 130. N 3371. P. 309-314.
5. Василенко И. Я., Бугры шее П. Ф., Истомина А. Г., Т у р о в а В. И. // Журн. гигиены, эпидемиологии, микробиологии и иммунологии (Прага). 1982. Вып. 26. № 1. С. 18-27.
6. В а с и л е н к о И. Я., О с и 11 о в В. А., Л я г и н-с к а я А. М. и др. Кинетика обмена и биологическое действие радиоактивного углерода (^С). Пре-принт ЦНИИатоминформ-ОН-4-88. М., 1988. С. 28-29.
7. См., например; Кузин А. М., Исаев Б. М., Хвостов а Б. М. и др. Эффективность биологического действия ^С при его включении в живые структуры // Радиационная генетика. М., 1962. С.267- 273; Кузин А. М., Глембоцкий Я. Л., Л в п к и н Ю. А.//Радиобиология. 1964. Т. 4. № 6. С. 804-809; Александров С. Н., П о п о в Д. К., Стрельникова Н. К.//Гигиена и санитария. 1971. № 3. С. 63-66; Apelgot S. Effect lйtal de la dйsintйgration d"atomes radioacfivs [ "H, "C, "Pi incorpores dons Lactous//Biological effects of transmutation and decay of incorporated radioiiotops. Vienna, 1968. P. 147-163.
Создать перпендикулярное к пластинке магнитное поле с ность потенциалов Uх=2,8 В. Определить концентрацию но- индукцией В=0,100 Тл, то возникает поперечная разность сителей тока. потенциалов U2=55 нВ. Определить для меди концентрацию 119. Поперечная разность потенциалов, возникающая свободных электронов n и подвижность Un. при пропускании тока через алюминиевую пластинку тол- 112. Подвижность электронов в германии n-типа щиной 0,1 мм, равна 2,7⋅10-6 В. Какой ток пропускается че- 3,7⋅10 см2/(В⋅с). Определить постоянную Холла, если 3 рез пластину, если она помещена в магнитном поле с ин- удельное сопротивление полупроводника 1,6⋅10-2 Ом⋅м. дукцией В=0,5 Тл. Концентрация электронов проводимости 113. Перпендикулярно однородному магнитному по- равна концентрации атомов. лю, индукция которого 0,1 Тл, помещена тонкая пластинка Ядерная физика из германия, ширина пластинки b=4 см. Определить плот- 120. При распаде 94 Pu → 92 U + 2 He освобож- 239 235 4 ность тока j, при которой холловская разность потенциалов достигает значения 0,5 В. Постоянная Холла для германия дается энергия, большая часть которой составляет кинети- принять 0,3 м3/Кл. ческую энергию α- частиц. 0,09 мэВ уносят γ-лучи, ис- 114. Определить подвижность электронов в полупро- воднике, если постоянная Холла 0,8 м3/Кл, удельное сопро- пускаемые ядрами урана. Определить скорость α-частиц, тивление его 1,56 Ом⋅м. mPu=239,05122 а.е.м., mU=235,04299 а.е.м., mAl=4,00260 115. Энергии, необходимые для образования элек- а.е.м. тронов проводимости в германии и кремнии, соответствен- 121. В процессе деления ядро урана распадается на но равны 1,12⋅10-19 Дж и 1,76⋅10-19 Дж. В каком из этих по- две части, общая масса которых меньше начальной массы лупроводников при данной температуре концентрация соб- ядра приблизительно на 0,2 массы покоя одного протона. ственных электронов больше? Укажите, какой из этих эле- Сколько энергии выделяется при делении одного ядра ура- ментов более пригоден для изготовления фотосопротивле- на? ния. 123. Определить число атомов урана 92U238, распав- 116. При нагревании кремния от Т=273 К до Т=283 К шихся в течение года, если первоначальная масса урана 1 его удельная проводимость возросла в 2,3 раза. Определить кг. Вычислить постоянную распада урана. ширину запрещенной зоны кристалла кремния. 124. Вычислить число атомов радона, распавшихся в 117. Удельная проводимость кремния с примесями течение первых суток, если первоначальная масса радона 1 112 Ом/м. Определить подвижность дырок и их концентра- г. Вычислить постоянную распада урана. 125. В человеческом организме 0,36 массы прихо- цию, если постоянная Холла 3,66⋅10-4 м3/Кл. Полупровод- дится на калий. Радиоактивный изотоп калия 19К40 состав- ник обладает только дырочной проводимостью. ляет 0,012% от общей массы калия. Какова активность ка- 118. Тонкая пластинка из кремния шириной 2 см по- лия, если масса человека 75 кг? Период его полураспада мещена перпендикулярно к линиям индукции однородного магнитного поля равного 0,5 Тл? При плотности тока j=2 1,42⋅108 лет. мкА/мм2, направленного вдоль пластины, холловская раз- 126. 100 г. радиоактивного вещества лежит на весах. Через сколько суток весы с чувствительностью 0,01 г пока- жут отсутствие радиоактивного вещества? Период полурас- 137. Через сколько времени распадается 80% атомов пада вещества равен 2 суткам. радиоактивного изотопа хрома 24Сr51, если его период полу- 127. За два дня радиоактивность препарата радона распада 27,8 суток? уменьшилась в 1,45 раза. Определить период полураспада. 138. Масса радиоактивного изотопа натрия 11Na25 128. Определить число радиоактивных ядер в свеже- равна 0,248⋅10-8 кг. Период полураспада 62 с. Чему равна приготовленном препарате 53J131, если известно, что через начальная активность препарата и его активность через 10 сутки его активность стала 0,20 Кюри. Период полураспада мин? иода 8 суток. 139. Сколько радиоактивного вещества остается по 129. Относительная доля радиоактивного углерода истечение одних, двух суток, если вначале его было 0,1 кг? 14 6С в старом куске дерева составляет 0,0416 доли его в жи- Период полураспада вещества равен 2 суткам. вых растениях. Каков возраст этого куска дерева? Период 140. Активность препарата урана с массовым числом полураспада 6С14 составляет 5570 лет. 238 равна 2,5⋅104 расп/с, масса препарата 1 г. Найти период 130. Было установлено, что в радиоактивном препа- полураспада. рате происходит 6,4⋅108 распадов ядер в минуту. Опреде- 141. Какая доля атомов радиоактивного изотопа 234 лить активность этого препарата. 90Th , имеющего период полураспада 24,1 дня, распадает- 131. Какая доля первоначального количества ядер ся за 1с, за сутки, за месяц? 90 38Sr остается через 10 и 100 лет, распадается за один день, 142. Какая доля атомов радиоактивного изотопа ко- за 15 лет? Период полураспада 28 лет. бальта распадается за 20 суток, если период его полураспа- 132. Имеется 26⋅106 атомов радия. Со сколькими из да 72 суток? них произойдет радиоактивный распад за одни сутки, если 143. За какое время в препарате с постоянной актив- период полураспада радия 1620 лет? ностью 8,3⋅106 расп/с распадается 25⋅108 ядер? 133. В капсуле находится 0,16 моль изотопа 94Pu238. 144. Найти активность 1 мкг вольфрама 74W185, пери- Его период полураспада 2,44⋅104 лет. Определить актив- од полураспада которого 73 дня. ность плутония. 145. Сколько распадов ядер за минуту происходит в 134. Имеется урановый препарат с активностью препарате, активность которого 1,04⋅108 расп/с? 20,7⋅106 расп/с. Определить в препарате массу изотопа 146. Какая доля начального количества радиоактив- 235 92U с периодом полураспада 7,1⋅108 лет. ного вещества остается нераспавшейся через 1,5 периода 135. Как изменится активность препарата кобальта в полураспада? течение 3-х лет? Период полураспада 5,2 года. 147. Какая доля первоначального количества радио- 136. В свинцовой капсуле находится 4,5⋅1018 атомов активного изотопа распадается за время жизни этого изото- радия. Определить активность радия, если его период полу- па? распада 1620 лет. 148. Чему равна активность радона, образовавшегося из 1 г радия за один час? Период полураспада радия 1620 лет, радона 3,8 дня. 149. Некоторый радиоактивный препарат имеет по- Сколько α и β-превращений произошло в каждом стоянную распада 1,44⋅10-3 ч-1. Через сколько времени рас- семействе? падается 70% первоначального количества атомов? 159. Найти энергию связи, приходящуюся на один 150. Найти удельную активность искусственно полу- нуклон в ядре атома кислорода 8О16. ченного радиоактивного изотопа стронция 38Sr90. Период 160. Найти энергию, выделившуюся при ядерной ре- полураспада его 28 лет. акции: 151. Может ли ядро кремния превратиться в ядро H 2 + 1H 2 →1 H1 + 1H 3 1 алюминия, выбросив при этом протон? Почему? 161. Какая энергия выделится при образовании 1 г 152. При бомбардировке алюминия 13Al27 α- гелия 2Не4 из протонов и нейтронов? частицами образуется фосфор 15Р30. Записать эту реакцию и 162. Во что превращается изотоп тория 90Th234, ядра подсчитать выделенную энергию. которого претерпевают три последовательных α-распада? 153. При соударении протона с ядром берилия про- 163. Допишите ядерные реакции: изошла ядерная реакция 4 Be + 1 P → 3 Li + α . Найдите 9 1 6 3 Li 6 + 1 P 1 → ?+ 2 He 4 ; энергию реакции. 154. Найти среднюю энергию связи, приходящуюся 13 Al 27 + o n 1 → ?+ 2 He 4 на 1 нуклон, в ядрах 3Li6, 7N14. 164. Ядро урана 92U235, захватив один нейтрон, раз- 155. При обстреле ядер фтора 9F19 протонами образу- делилось на два осколка, при этом освободилось два ней- ется кислород 8О16. Сколько энергии освобождается при трона. Один из осколков оказался ядром ксенона 54Xe140. этой реакции и какие ядра образуются? Каков второй осколок? Напишите уравнение реакции. 156. Найти энергию, освободившуюся при следую- 165. Вычислить энергию связи ядра гелия 2Не3. щей ядерной реакции 4 Be + 1 H → 5 B + o n . 9 2 10 1 166. Найти энергию, освобождающуюся при ядерной реакции: 157. Изотоп радия с массовым числом 226 превра- тился в изотопе свинца с массовым числом 206. Сколько α и 20 Ca 44 + 1 P 1 → 19 K 41 + α β-распадов произошло при этом? 167. Написать недостающие обозначения в следую- 158. Заданы исходные и конечные элементы четырех щих ядерных реакциях: радиоактивных семейств: ....+ 1 P 1 → α + 11 Na 22 U 238 → 82 Pb 206 , 92 13 Al 27 + o n 1 → α + ... 90 Th 232 → 82 Pb 202 , 168. Определить удельную энергию связи тритина. U 235 → 82 Pb 207 169. Изменение массы при образовании ядра 7N15 92 равно 0,12396 а.а.м. Определить массу атома. 95 Am 241 → 83 Bi 209 170. Найти энергию связи ядер 1Н3 и 2Не4. Каков из этих ядер наиболее устойчив? 171. При обстреле лития 3Li7 протонами получается 183. За один год распалось 64,46% ядер их первона- гелий. Записать эту реакцию. Сколько энергии освобожда- чального количества радиоактивного препарата. Опреде- ется при такой реакции? лить среднее время жизни и период полураспада. 172. Найти энергию, поглощенную при реакции: 184. Среднее время жизни радиоактивного вещества N 14 + 2 He 4 → 1 P 1 + ? τ=8266,6 года. Определить время, за которое распадается 7 51,32% ядер от их первоначального количества период по- 173. Вычислить энергию связи ядра гелия 2Не4. лураспада, постоянную распада. 174. Найти энергию, освободившуюся при следую- 185. В радиоактивном веществе с постоянной распа- щей ядерной реакции: да λ=0,025 лет-1 распалось 52,76% ядер их первоначального 3 Li 7 + 2 He 4 → 5 B10 + o n 1 количества. Сколько времени длился распад? Чему равно среднее время жизни ядер? 175. Допишите ядерные реакции: 186. Определить активность 222 Rn массой 0,15 мкг с 86 ?+ 1 P → 11 Na 22 + 2 He 4 , 1 25 Mn 55 + ?→ 27 Co 58 + o n 1 периодом полураспада 3,8 суток через двое суток. Проана- 176. Найти энергию, освободившуюся при следую- лизировать зависимость А=f(t) щей ядерной реакции: 187. Период полураспада висмута (83 Bi 210) равен 5 3 Li 6 + 1 H 2 → 2α суток. Какова активность этого препарата массой 0,25 мкг 177. Ядра изотопа 90Th232 претерпевают α-распад, два через 24 часа? Считать, что все атомы изотопа радиоактив- β-распада и еще один α-распад. Какие ядра после этого по- ные. лучаются? 188. Изотоп 82 Ru 210 имеет период полураспада 22 го- 178. Определить энергию связи ядра дейтерия. да. Определить активность этого изотопа массой 0,25 мкг 179. Ядро изотопа 83Bi211 получилось из другого ядра через 24 часа? после одного α-распада и одного β-распада. Что это за яд- 189. Поток тепловых нейтронов пройдя в алюминии ро? расстояние d=79,4 см, ослабляется в три раза. Определить 180. Какой изотоп образуется из радиоактивного то- эффективные сечения реакции захвата нейтрона ядром ато- рия 90Th232 в результат 4-х α-распадов и 2-х β-распадов? ма алюминия. Плотность алюминия ρ=2699 кг/м3. 181. В радиоактивном препарата с постоянной распа- 190. Поток нейтронов ослабляется в 50 раз, пройдя да λ=0,0546 лет-1 распалось к=36,36 % ядер их первоначаль- расстояние d в плутонии, плотность которого ρ = 19860 ного количества. Определить период полураспада, среднее кг/м3. Определить d, если эффективное сечение захвата время жизни. За какое время распалось к ядер? ядром плутония σ = 1025 бары. 182. период полураспада радиоактивного вещества 191. Во сколько раз ослабляется поток тепловых ней- 86 лет. За какое время распадется 43,12% ядер их первона- тронов, пройдя в цирконии расстояние d=6 см, если плот- чального количества. Определить постоянную распада λ и ность циркония ρ = 6510 кг/м3, а эффективное сечение ре- среднее время жизни радиоактивного ядра. акции захвата σ = 0,18 барн. 192. Определить активность 85 Ra 228 с периодом по- активности образца из свежих растений. Период полураспа- лураспада 6,7 года через 5 лет, если масса препарата m=0,4 да 14С Т=5730 лет. 6 мкг и все атомы изотопа радиоактивны. 201. Определить толщину слоя ртути, если поток 193. За какое время распалось 44,62% ядер из перво- нейтронов пройдя этот свой ослабляется в 50 раз эффектив- начального количества, если период полураспада т=17,6 ное сечение реакции захвата нейтрона ядром σ = 38 барн, лет. Определить постоянную распада λ, среднее время жиз- плотность ртути ρ=13546 кг/м3. ни радиоактивного ядра. 202. Изотоп 81Тλ207 имеет период полураспада Т=4,8 194. Определить возраст археологической находки из млн. Какова активность этого изотопа массой 0,16 мкг через древесины, если активность образца по изотопу 14С состав- 6 время t=5 млн. Считать, что все атомы изотопа Тλ207 радио- ляет 80% образца из свежих растений. Период полураспада активны. 14 6 С равен 5730 лет. 203. Сколько ядер от них первоначального количест- 195. Жидкий калий ρ = 800кг / м 3 ослабляет поток ва вещества распадается за 5 лет, если постоянная распада нейтронов в два раза. Определить эффективное сечение ре- λ=0,1318 лет-1. Определить период полураспада, среднее акции захвата нейтрона ядром атома калия, если поток ней- время жизни ядер. тронов проходит в жидком калии расстояние d=28,56 см. 204. Определить активность 87 Fr 221 массой 0,16 мкг 196. Определить возраст древней ткани, если актив- с периодом полураспада Т=4,8 млн через время t=5мин. ность образца по изотопу 14С составляет 72% активности 6 Проанализировать зависимость активности от массы (А=f(m)). образца из свежих растений. Период полураспада 14С 6 205. Период полураспада изотопа углерода 6 С 14 Т=5730 лет. 197. Записать в полной форме уравнение ядерной ре- Т=5730 лет, активность древесины по изотопу 6 С 14 состав- акции (ρ,α) 22 Na . Определить энергию, выделяемую в ре- ляет 0,01% активности образцов из свежих растений. Опре- зультате ядерной реакции. делить возраст древесины. 198. Уран, плотность которого ρ=18950 кг/м3, ослаб- 206. Поток нейтронов, пройдя в сере (ρ=2000 кг/м3.) ляет поток тепловых нейтронов в 2 раза при толщине слоя расстояние d=37,67 см ослабляется в 2 раза. Определить d=1,88 см. Определить эффективное сечение реакции захва- эффективное сечение реакции захвата нейтрона ядром ато- та нейтрона ядром урана. ма серы. 199. Определить активность изотопа 89 Ас 225 с перио- 207. Сравнение активности препаратов 89 Ас 227 и дом полураспада Т=10 суток через время t=30 суток, если 82Pb 210 , если массы препаратов по m=0,16мкг, через 25 лет. начальная масса препарата m=0,05 мкг. Периоды полураспада изотопов одинаковы и равны 21,8 200. Определить возраст археологической находки из лет. древесины, если активность образца по 6 С 14 составляет 10% 208. В радиоактивном веществе за t=300 суток рас- палось 49,66% ядер их первоначального количества. Опре- делить постоянную распада, период полураспада, среднее 22. 52 82 112 142 172 202 время жизни ядра изотопа. 23. 53 83 113 143 173 203 209. Проанализируйте зависимость активности ра- 24. 54 84 114 144 174 204 диоактивного изотопа 89 Ас 225 от массы через t= 30 суток, 25. 55 85 115 145 175 205 если период полураспада Т=10 суток. Начальная масса изо- 26. 56 86 116 146 176 206 топа взять соответственно m1=0,05 мкг, m2=0,1 мкг, 27. 57 87 117 147 177 207 m3=0,15 мкг. 28. 58 88 118 148 178 208 210. Иридий ослабляет поток тепловых нейтронов в 2 28. 59 89 119 149 179 209 раза. Определить толщину слоя иридия, если его плотность 30. 60 90 120 150 180 210 ρ=22400 кг/м3, а эффективное сечение реакции захвата ней- трона ядром иридия σ=430 барн. Рекомендуемая литература n/n № задач 1. Савельев И.В. Курс физики. М,- 1987. Т3. 2. Трофимова Т.И. Курс физики. М, -1989. 1. 31 61 91 121 151 181 3. Ветров В.Т. Сборник задач по физике. Минск, - 2. 32 62 92 122 152 182 1991. 3. 33 63 93 123 153 183 4. Цедрик М.С. Сборник задач по курсу общей фи- 4. 34 64 94 124 154 184 зики. М,- 1989. 5. 35 65 95 125 155 185 6. 36 66 96 126 156 186 7. 37 67 97 127 157 187 8. 38 68 98 128 158 188 9. 39 69 99 129 159 189 10. 40 70 100 130 160 190 11. 41 71 101 131 161 191 12. 42 72 102 132 162 192 13. 43 73 103 133 163 193 14. 44 74 104 134 164 194 15. 45 75 105 135 165 195 16. 46 76 106 136 166 196 17. 47 77 107 137 167 197 18. 48 78 108 138 168 198 19. 49 79 109 139 169 199 20. 50 80 110 140 170 200 21. 51 81 111 141 171 201
Спрашивает НаталияОтвечает Елена Титова, 26.04.2013
Наталия спрашивает: «Скажите, пожалуйста, а как быть с радиоуглеродным анализом, который датирует находки возрастом гораздо более библейского возраста земли?».
Приветствую, Наталия!
Радиометрические методы, в том числе и радиоуглеродный, в определении возрастов археологических и палеонтологических находок имеют колоссальные погрешности из-за множества допущений, которые невозможно проверить. Поэтому такие методы являются весьма сомнительным инструментом в руках исследователей.
Подробнее о радиоуглеродном датировании, которое применяется только к находкам, бывшим когда-то живыми организмами. Метод основан на следующем. В атмосфере из атомов азота под действием космических излучений образуется радиоактивный углерод (С-14). В отличие от обычного углерода (С-12), С-14 радиоактивен, то есть нестабилен и медленно распадается до азота. Обе формы углерода входят в состав углекислого газа (СО2 ) , который через фотосинтез попадает в живые организмы. Соотношение С-14 и С-12 примерно одинаково как в атмосфере, так и в биосфере. После смерти организма распадающийся С-14 больше не заменяется углеродом из внешней среды, и его доля постепенно уменьшается. Зная соотношение С-14 и С-12 в настоящее время, это же соотношение в исследуемом образце, а также скорость распада (период полураспада радиоактивного углерода, то есть время, за которое количество элемента уменьшается вдвое – оно составляет 5730 лет), можно определить возраст находки. Считается, что если, например, в исследуемом образце это соотношение будет вдвое меньше, чем в современном, значит, образцу порядка 5730 лет, если вчетверо меньше, то 11 460 лет и т. д. Теоретически современными методами можно измерить концентрации углерода-14 в образцах не старше 50 тысяч лет.
Однако тут возникает серьезная загвоздка. Дело в том, что уменьшение доли радиоактивного углерода в исследуемых образцах можно приписать исключительно его распаду только в том случае, если соотношение С-14 и С-12 одинаково и для современных условий, и для древней эпохи. Если же доля радиоактивного углерода в то далекое время была ниже, то невозможно определить, чем вызвано низкое соотношение С-14 и С-12 в исследуемом образце – распадом радиоактивного углерода или плюс к этому еще и малым изначальным количеством С-14. Исследователи поэтому вводят следующее произвольное допущение: соотношение С-14 и С-12 всегда было одинаковым и постоянным. Низкое соотношение С-14 и С-12 в находках воспринимается исключительно как результат распада радиоактивного углерода. Есть основания считать, что доля С-14 была действительно более низкой в допотопную эпоху (в атмосфере и биосфере) вследствие наличия водной оболочки над атмосферой и более сильного магнитного поля, экранирующих космические излучения. Понятно, что радиоуглеродный анализ сильно завышает в этом случае возраст находок: ведь чем меньше в них уровень углерода-14, тем, как считают, прошло больше времени с начала распада элемента.
Кроме того, метод предполагает постоянную скорость распада (на самом деле мы этого не знаем), а также что С-14 не поступал в исследуемые образцы извне (об этом нам также неизвестно). Есть и другие факторы, влияющие на баланс обеих форм углерода, например, общее количество углерода в атмосфере и биосфере после Потопа снизилось, ведь были погребены несметные количества животных и растений, которые превратились в окаменелости, нефть, уголь, газ.
Как видим, метод радиоуглеродного датирования – это уравнение со многими неизвестными, что делает этот анализ малопригодным для исследований. Приведу примеры его «точности». Метод показал: только что убитые тюлени умерли 1300 лет назад; возраст туринской плащаницы, в которую было завернуто тело Христа после распятия, начинает отсчет с 14-го века. Вместе с тем, факт наличия С-14 в ископаемых остатках, которым приписывают миллионы лет, однозначно исключает этот возраст, поскольку радиоуглерод за миллионы лет уже давно бы распался.
Божьих благословений!
Читайте еще по теме "Творение":
За два дня радиоактивность препарата радона уменьшилась в 1,45 раза. Определить период полураспада.
Определить число радиоактивных ядер в свежеприготовленном препарате 53 J 131 , если известно, что через сутки его активность стала 0,20 Кюри. Период полураспада иода 8 суток.
Относительная доля радиоактивного углерода 6 С 14 в старом куске дерева составляет 0,0416 доли его в живых растениях. Каков возраст этого куска дерева? Период полураспада 6 С 14 составляет 5570 лет.
Было установлено, что в радиоактивном препарате происходит 6,4*10 8 распадов ядер в минуту. Определить активность этого препарата.
Какая доля первоначального количества ядер З8 Sг 90 остается через 10 и 100 лет, распадается за один день, за 15 лет? Период полураспада 28 лет
Имеется 26*10 6 атомов радия Со сколькими из них произойдет радиоактивный распад за одни сутки, если период полураспада радия 1620 лет?
В капсуле находится 0,16 моль изотопа 94 Рu 238 . Его период полураспада 2,44*10 4 лет. Определить активность плутония.
134 Имеется урановый препарат с активностью 20,7*10 6 расп/с. Определить в препарате массу изотопа 92 U 235 с периодом полураспада 7,1* 10 8 лет.
Как изменится активность препарата кобальта в течение 3-х лет? Период полураспада 5,2 года.
В свинцовой капсуле находится 4,5*10 18 атомов радия. Определить активность радия, если его период полураспада 1620 лет.
Через сколько времени распадается 80% атомов радиоактивного изотопа хрома 24 Cr 51 , если его период полураспада 27,8 суток?
Масса радиоактивного изотопа натрия 11 Na 25 равна 0,248*10 -8 кг. Период полураспада 62 с. Чему равна начальная активность препарата и его активность через 10 мин?
Сколько радиоактивного вещества остается по истечение одних, двух суток, если вначале его было 0,1 кг? Период полураспада вещества равен 2 суткам.
Активность препарата урана с массовым числом 238 равна 2,5*10 4 расп/с, масса препарата 1 г. Найти период полураспада.
141. Какая доля атомов радиоактивного изотопа 90 Тh 234 , имеющего период полураспада 24,1 дня, распадает- ся за 1 с, за сутки, за месяц?
142. Какая доля атомов радиоактивного изотопа ко- бальта распадается за 20 суток, если период его полураспа- да 72 суток?
143 За какое время в препарате с постоянной активностью 8,3*10 6 расп/с распадается 25*10 8 ядер?
Найти активность 1 мкг вольфрама 74 W 185 период полураспада которого 73 дня
Сколько распадов ядер за минуту происходит в препарате, активность которого 1,04*10 8 расп/с?
Какая доля начального количества радиоактивного вещества остается нераспавшейся через 1,5 периода полураспада?
Какая доля первоначального количества радиоактивного изотопа распадается за время жизни этого изотопа?
Чему равна активность радона, образовавшегося из 1 г радия за один час? Период полураспада радия 1620 лет, радона 3,8 дня.
Некоторый радиоактивный препарат имеет постоянную распада 1,44*10 -3 ч -1 . Через сколько времени распадается 70% первоначального количества атомов 7
Найти удельную активность искусственно полученного радиоактивного изотопа стронция З8 Sг 90 . Период полураспада его 28 лет.
151. Может ли ядро кремния превратиться в ядро алюминия, выбросив при этом протон? Почему?
152. При бомбардировке алюминия 13 Al 27 α - частицами образуется фосфор 15 Р 30 . Записать эту реакцию и подсчитать выделенную энергию.
153. При соударении протона с ядром берилия про- изошла ядерная реакция 4 Ве 9 + 1 Р 1 → 3 Li 6 + α. Найдите энергию реакции.
154. Найти среднюю энергию связи, приходящуюся на 1 нуклон, в ядрах 3 Li 6 , 7 N 14 .
При обстреле ядер фтора 9 F 19 протонами образуется кислород х О 16 . Сколько энергии освобождается при этой реакции и какие ядра образуются?
Найти энергию, освободившуюся при следующей ядерной реакции 4 Ве 9 + 1 Н 2 → 5 В 10 + 0 n 1
Изотоп радия с массовым числом 226 превратился в изотопе свинца с массовым числом 206 Сколько α и β-распадов произошло при этом?
Заданы исходные и конечные элементы четырех радиоактивных семейств:
92 U 238 → 82 Pb 206
90 Th 232 → 82 Pb 207
92 U 235 → 82 Pb 207
95 Am 241 → 83 Bi 209
Сколько α и β -превращений произошло в каждом cемействе?
Найти энергию связи, приходящуюся на один нуклон в ядре атома кислорода 8 О 16 .
Найти энергию, выделившуюся при ядерной реакции:
1 H 2 + 1 H 2 → 1 H 1 + 1 H 3
Какая энергия выделится при образовании 1 г гелия 2 Не 4 из протонов и нейтронов?
162. Во что превращается изотоп тория 90 Тh 234 , ядра которого претерпевают три последовательных α-распада?
163. Допишите ядерные реакции:
з Li б + 1 Р 1 →?+ 2 Не 4 ;
13 А1 27 + о n 1 →?+ 2 Не 4
164. Ядро урана 92 U 235 , захватив один нейтрон, раз делилось на два осколка, при этом освободилось два нейтрона. Один из осколков оказался ядром ксенона 54 Хе 140 . Каков второй осколок? Напишите уравнение реакции.
Вычислить энергию связи ядра гелия 2 Не 3 .
Найти энергию, освобождающуюся при ядерной реакции:
20 Са 44 + 1 Р 1 → 19 К 41 +α
167. Написать недостающие обозначения в следую щих ядерных реакциях:
1 Р 1 →α+ 11 Nа 22
13 Аl 27 + 0 п 1 →α+...
168. Определить удельную энергию связи тритина,
169. Изменение массы при образовании ядра 7 N 15 равно 0,12396 а.а.м. Определить массу атома
Найти энергию связи ядер 1 H 3 и 2 Не 4 . Каков из этих ядер наиболее устойчив?
При обстреле лития 3 Li 7 протонами получается гелий. Записать эту реакцию. Сколько энергии освобождается при такой реакции?
172. Найти энергию, поглощенную при реакции:
7 N 14 + 2 Не 4 → 1 Р 1 + ?
Вычислить энергию связи ядра гелия 2 Не 4 .
Найти энергию, освободившуюся при следующей ядерной реакции:
3 Li 7 + 2 Не 4 → 5 В 10 + о n 1
175. Допишите ядерные реакции:
1 Р 1 → 11 Nа 22 + 2 Не 4 , 25 Мn 55 + ?→ 27 Со 58 + 0 n 1
176. Найти энергию, освободившуюся при следую- щей ядерной реакции.
з Li 6 + 1 Н 2 →2α
177. Ядра изотопа 90 Тh 232 претерпевают α-распад, два β-распада и еще один α-распад. Какие ядра после этого получаются?
178 Определить энергию связи ядра дейтерия.
Ядро изотопа 83 Вi 211 получилось из другого ядра после одного α-распада и одного β-распада. Что это за ядро?
Какой изотоп образуется из радиоактивного тория 90 Th 232 в результат 4-х α-распадов и 2-х β-распадов?
В радиоактивном препарата с постоянной распада λ=0,0546 лет -1 распалось к=36,36 % ядер их первоначального количества. Определить период полураспада, среднее время жизни. За какое время распалось к ядер?
182. Период полураспада радиоактивного вещества 86 лет. За какое время распадется 43,12% ядер их первоначального количества. Определить постоянную распада λ и среднее время жизни радиоактивного ядра.
187. Период полураспада висмута (83 Bi 210) равен 5 суток. Какова активность этого препарата массой 0,25 мкг через 24 часа? Считать, что все атомы изотопа радиоактивные.
188. Изотоп 82 Ru 210 имеет период полураспада 22 года. Определить активность этого изотопа массой 0,25 мкг через 24 часа?
189. Поток тепловых нейтронов пройдя в алюминии расстояние d=79,4 см, ослабляется в три раза. Определить эффективные сечения реакции захвата нейтрона ядром ато- ма алюминия: Плотность алюминия ρ=2699 кг/м.
Поток нейтронов ослабляется в 50 раз, пройдя расстояние d в плутонии, плотность которого ρ = 19860 кг/м 3 . Определить d, если эффективное сечение захвата ядром плутония σ = 1025 бары.
Во сколько раз ослабляется поток тепловых нейтронов, пройдя в цирконии расстояние d=6 см, если плотность циркония ρ = 6510 кг/м 3 , а эффективное сечение реакции захвата σ = 0,18 бары.
Определить активность 85 Ra 228 с периодом полураспада 6,7 года через 5 лет, если масса препарата m=0,4 мкг и все атомы изотопа радиоактивны.
За какое время распалось 44,62% ядер из первоначального количества, если период полураспада m=17,6 лет. Определить постоянную распада λ, среднее время жизни радиоактивного ядра.
196. Определить
возраст древней ткани, если актив-
ность
образца по изотопу
составляет
72% активности
образца
из свежих растений. Период полураспада
Т=5730 лет.
Записать в полной форме уравнение ядерной реакции (ρ,α) 22 Nа. Определить энергию, выделяемую в результате ядерной реакции.
Уран, плотность которого ρ=18950 кг/м 2 , ослабляет поток тепловых нейтронов в 2 раза при толщине слоя d=1,88 см. Определить эффективное сечение реакции захвата нейтрона ядром урана
204. Определить активность 87 Fr 221 массой 0,16 мкг с периодом полураспада Т=4,8 млн через время t=5мин. Проанализировать зависимость активности от массы (А=f(m)).
205. Период полураспада изотопа углерода 6 С 14 Т=5730 лет, активность древесины по изотопу 6 С 14 составляет 0,01% активности образцов из свежих растений. Определить возраст древесины.
206. Поток нейтронов, пройдя в сере (ρ=2000 кг/м 3 .) расстояние d=37,67 см ослабляется в 2 раза. Определить эффективное сечение реакции захвата нейтрона ядром ато- ма серы.
207. Сравнение активности препаратов 89 Ac 227 и 82 Р b 210 если массы препаратов по m=0,16мкг, через 25 лет. Периоды полураспада изотопов одинаковы и равны 21,8 лет.
В радиоактивном веществе за t=300 суток распалось 49,66% ядер их первоначального количества. Определить постоянную распада, период полураспада, среднее время жизни ядра изотопа.
Проанализируйте зависимость активности радиоактивного изотопа 89 Ас 225 от массы через t= 30 суток, если период полураспада Т=10 суток. Начальная масса изотопа взять соответственно m 1 =0,05 мкг, m 2 =0,1 мкг, m З =0,15 мкг.
210. Иридий ослабляет поток тепловых нейтронов в 2 раза. Определить толщину слоя иридия, если его плот- ность ρ=22400 кг/м 3 , а эффективное сечение реакции за хвата нейтрона ядром иридия σ=430 барн
Варианты задач.
МОСКВА, 3 июн - РИА Новости. Повышенное содержание радиоактивного углерода-14 в годичных кольцах двух японских кедров может свидетельствовать о том, что Земля пережила "бомбардировку" космическими лучами в 774-775 годах нашей эры, заявляют физики в статье, опубликованной в журнале Nature .
Деревья и другие виды растительности очень чутко реагируют на малейшие изменения условий обитания - повышение или понижение температуры, энергии солнечного излучения и других факторов. Все эти события отражаются на форме и толщине годовых колец - слоев древесины в стволе, который формируется за сезон роста. Считается, что темные кольца соответствуют неблагоприятным условиям среды, а светлые - благоприятным.
Группа физиков под руководством Фусы Мияке (Fusa Miyake) из университета Нагойи (Япония) исследовала годичные кольца двух древних японских кедров для определения точной даты "налета" космических лучей на Землю, которая предположительно произошла между 750 и 820 годами нашей эры.
Как объясняют физики, эпизоды продолжительной "бомбардировки" частицами внеземного происхождения обычно сопровождаются повышением доли тяжелого и радиоактивного изотопа углерода-14 в древесине и мягких тканях растений.
Руководствуясь этой идеей, физики разделили на отдельные годичные кольца тонкие спилы двух японских кедров, которые росли в стране восходящего солнца во время средневековья.
В одном случае они использовали кусочки древесины для вычисления годичных колебаний углерода-14 за период между 770 и 779 годами нашей эры, а во втором - для наблюдения за изменениями средней концентрации тяжелого изотопа углерода за каждые два года в промежутке между 750 и 820 годами нашей эры.
И в том и в другом случае ученые зафиксировали резкое увеличение доли радиогенного углерода в кольцах, относящихся к 774 и 775 годам нашей эры. По их словам, данный пик концентрации нельзя объяснить сезонными вариациями в силе солнечного излучения, так как углерода-14 в кольцах 774 и 775 годов было примерно в 20 раз больше, чем в слоях древесины, сформировавшихся во время повышенной солнечной активности.
По словам исследователей, данный вывод хорошо согласуется с результатами антарктических исследований. Так, в образцах снега 774 и 775 годов, полученных с антарктической станции Купол Фудзи, был зафиксирован аналогичный пик в концентрации другого "космического" элемента - бериллия-10.
Как полагают ученые, источником космических лучей могла выступать мощная сверхновая, взорвавшаяся на относительно близком расстоянии - 6,5 тысячи световых лет - от Солнечной системы. Другой возможной причиной этого могла выступать "супервспышка" на Солнце с мощностью, в несколько десятков раз превосходящей типичную силу солнечных вспышек.