Ядерные реакторы - [51]

ГЛАВА 6. ПОЛУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Получение радиоактивных веществ в ядерных реакторах. Почти все химические элементы при облучении их в ядерном реакторе поглощают тепловые нейтроны и превращаются в радиоактивные изотопы. Так, например, могут быть получены радиоактивные углерод и фосфор:

Азот >14 +нейтрон >1 →углерод >14 +протон >1 ,

Фосфор >31 +нейтрон >1 →фосфор >32 +гамма-квант.

Периоды полураспада углерода¹⁴ и фосфора³² соответственно равны 5700 лет и 14,3 дня.

Сильной радиоактивностью обладает кобальт⁶⁰, который может быть получен в больших количествах в работающем ядерном реакторе. Если положить в активную зону реактора средней мощности пластинку кобальта, имеющую площадь 10 квадратных дециметров, то через сутки в пластинке накопится около двух граммов радиоактивного кобальта. Надо иметь в виду, что два грамма кобальта⁶⁰ эквивалентны по своей радиоактивности примерно двум килограммам радия. Подобным путем можно получить радиоактивные изотопы железа, кальция, натрия и других веществ.

Шлак, получающийся при работе ядерного реактора («осколки» деления ядер урана), содержит также большое количество радиоактивных веществ. Эти продукты представляют собой смесь различных радиоактивных изотопов с различным временем жизни. Радиохимики научились их «сортировать», выделяя наиболее ценные компоненты смеси. Количество различных радиоактивных изотопов и их активность наглядно иллюстрированы табл. 4.

Остальные продукты деления составляют изотопы с очень малым периодом полураспада.

Таким образом, один грамм радиоактивного шлака эквивалентен по своей активности 44,4 килограмма радия.

Радиоактивность продуктов деления, полученных в ядерном реакторе, уменьшается со временем, однако, как показано в табл. 5, она остается высокой даже через два года после выгруза шлака из ядерного реактора.

За одну неделю даже маломощный ядерный реактор может произвести столько радиоактивных веществ, что их радиоактивность будет эквивалентна нескольким килограммам радия.

На службе человеку. Естественные радиоактивные вещества, такие, например, как радий, уже сравнительно давно находят применение в медицине и технике. Сейчас, когда мы имеем возможность получать радиоактивные препараты в очень больших количествах, они с каждым днем все шире используются в самых различных областях народного хозяйства: в промышленности, сельском хозяйстве, биологии, медицине и т. д.

Рассмотрим некоторые примеры использования радиоактивных изотопов.

Радиоактивный изотоп кобальт⁶⁰ испускает глубоко проникающие гамма-лучи, которые могут просвечивать толстые стальные детали. На рис. 85 приведен советский аппарат для просвечивания ГУП-Со-50.

> Рис. 85. Аппарат ГУП-Со-50 для просвечивания толстых металлических изделий. Маленькая ампула радиоактивного кобальта заменяет мощную рентгеновскую установку

Здесь используется препарат кобальта⁶⁰ с активностью, равноценной 50 граммам радия. Эта установка сейчас широко применяется для контроля качества выпускаемых изделий на машиностроительных заводах. Она позволяет находить совершенно незаметные на глаз раковины и трещины в ответственных деталях. Эти дефекты, если их вовремя не обнаружить и не устранить, могут привести к серьезным авариям и поломкам станков и машин.

Маленькие ампулы кобальта⁶⁰ не только заменяют громоздкие рентгеновские установки, но и дают возможность исследовать внутреннее строение сложных конструкций. Ампулу с препаратом кобальта⁶⁰ можно поместить в канале толстостенных труб, в узком пространстве между стальными плитами и в других местах: ампула очень мала по сравнению с высоковольтной рентгеновской трубкой.

С помощью радиоактивного препарата можно не только находить изъяны в металлических изделиях, но и контролировать заполнение баков, цистерн, трубопроводов.

Можно, например, по поглощению гамма-лучей радиоактивного кобальта определить уровень заполнения большого бака (рис. 86).

Рис. 86. Определение уровня жидкости в баке с помощью радиоактивного излучения. Поднявшаяся жидкость поглощает гамма-лучи, испускаемые кобальтом >60 . Изменение интенсивности излучения регистрируется счетчиком

Счетчик Гейгера-Мюллера считает импульсы, вызываемые проходящими сквозь пустой бак гамма-квантами. Как только бак заполнится выше определенного уровня, гамма-лучи будут поглощаться в веществе и число импульсов, регистрируемых счетчиком, сразу станет значительно меньше. Счетчик Гейгера-Мюллера можно связать с автоматическим устройством, которое будет прекращать подачу жидкости в бак после того, как он будет заполнен до определенного уровня.

По поглощению гамма-лучей можно также следить за уровнем жидкости в котле по мере ее расходования.

Сейчас строительство любой крупной гидроэлектростанции не обходится без землесосных снарядов. Эти мощные машины, заменяя труд сотен тысяч людей, добывают и перемещают грунт по трубам на очень большое расстояние. Производительность такой машины зависит от соотношения воды и грунта в смеси, идущей по трубам. Если в трубах будет больше воды, чем грунта, то землесосный снаряд будет работать непроизводительно, то есть мало отсасывать грунта. Если же будет больше грунта, то в трубах будут образовываться «забои» и «пробки», останавливающие движение смеси по трубам и вызывающие простои машины. Советскими учеными был разработан способ, позволяющий производить непрерывный контроль за содержанием в перекачиваемой земснарядом смеси грунта и воды, или плотностью так называемой пульпы.