Номер 12, страница 21, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

12. В каких целях используют ядерные реакции?

Ядерные реакции, то есть процессы преобразования атомных ядер, находят широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. Основные цели использования ядерных реакций можно разделить на несколько ключевых направлений.

Энергетика

Наиболее известное мирное применение ядерных реакций — это производство электроэнергии на атомных электростанциях (АЭС). В ядерных реакторах используется управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер, чаще всего урана-235. При поглощении нейтрона ядро урана-235 становится нестабильным и распадается на два более легких ядра (осколки деления), при этом испускается несколько новых нейтронов и выделяется огромное количество энергии. Пример такой реакции:

$$ {}^{235}_{92}U + {}^1_0n \rightarrow {}^{236}_{92}U^* \rightarrow X + Y + (2-3) \cdot {}^1_0n + \text{энергия} $$

где $\text{X}$ и $\text{Y}$ — осколки деления. Новые нейтроны могут вызывать деление других ядер урана, поддерживая цепную реакцию. Выделяющаяся энергия нагревает теплоноситель (обычно воду), который превращается в пар. Пар вращает турбину, соединенную с электрогенератором, вырабатывающим электрический ток.

Военная промышленность

Ядерные реакции лежат в основе создания ядерного оружия. В атомных (ядерных) бомбах используется неуправляемая цепная реакция деления урана-235 или плутония-239, приводящая к взрыву колоссальной разрушительной силы. В термоядерных (водородных) бомбах используется реакция ядерного синтеза — слияния легких ядер, таких как изотопы водорода (дейтерий и тритий), в более тяжелые. Эта реакция, подобная процессам на Солнце, высвобождает еще больше энергии:

$$ {}^2_1H + {}^3_1H \rightarrow {}^4_2He + {}^1_0n + \text{энергия} $$

Для запуска реакции синтеза требуются чрезвычайно высокие температура и давление, которые создаются взрывом "запала" — обычного ядерного заряда.

Медицина

В медицине ядерные технологии используются для диагностики и лечения заболеваний.

Диагностика: Радиоактивные изотопы (радиофармпрепараты) вводятся в организм и служат "метками". Их излучение регистрируется специальными приборами (например, гамма-камерами при сцинтиграфии или детекторами при позитронно-эмиссионной томографии, ПЭТ), что позволяет визуализировать органы, изучать их функционирование и обнаруживать патологии, такие как опухоли.

Терапия: Лучевая терапия использует ионизирующее излучение для уничтожения раковых клеток. Источником излучения может быть радиоактивный изотоп (например, кобальт-60) или ускоритель заряженных частиц.

Стерилизация: Гамма-излучение используется для стерилизации медицинских инструментов, материалов для перевязки и имплантатов, так как оно эффективно убивает микроорганизмы без сильного нагрева.

Наука и исследования

Ядерные реакции — важный инструмент в научных исследованиях.

Датировка: Радиоуглеродный анализ, основанный на измерении содержания радиоактивного изотопа углерода-14, позволяет определять возраст археологических находок и геологических образцов органического происхождения. Период полураспада ${}^{14}C$ составляет около 5730 лет.

Получение новых элементов: В ядерных реакторах и на ускорителях частиц путем бомбардировки ядер-мишеней различными частицами синтезируются новые, не существующие в природе химические элементы (трансурановые элементы).

Исследование материалов: Потоки нейтронов, получаемые в исследовательских реакторах, используются для изучения структуры и свойств различных материалов (нейтронография).

Промышленность и сельское хозяйство

Промышленность: Радиоизотопная дефектоскопия (гамма-графия) применяется для контроля качества сварных швов и литых изделий, позволяя обнаруживать внутренние дефекты. Радиоизотопные приборы используются для измерения толщины материалов, уровня жидкостей в закрытых емкостях и плотности веществ.

Сельское хозяйство: Облучение семян вызывает мутации, что позволяет создавать новые сорта растений с улучшенными характеристиками. Облучение используется для борьбы с насекомыми-вредителями (метод стерилизации самцов) и для увеличения срока хранения продуктов питания за счет подавления жизнедеятельности микроорганизмов.

Транспорт

Компактные и мощные ядерные реакторы служат источниками энергии на атомных подводных лодках и ледоколах. Это обеспечивает им практически неограниченную автономность плавания без необходимости дозаправки топливом. В космонавтике применяются радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ), в которых тепловая энергия, выделяющаяся при естественном распаде радиоактивных изотопов (например, плутония-238), преобразуется в электрическую. РИТЭГи питают энергией многие межпланетные станции и марсоходы.

Ответ: Ядерные реакции используются в энергетике (АЭС), военной промышленности (ядерное оружие), медицине (диагностика, терапия, стерилизация), науке (радиоуглеродный анализ, синтез элементов), промышленности (дефектоскопия), сельском хозяйстве (селекция, консервация продуктов) и на транспорте (атомные ледоколы, космические аппараты).