-5

Торий - метал который некуда девать. Китайские радиоактивные товары. Даёшь больше познавательных постов на пикабу!

В попытках создать "познавательный четверг" ( по примеру пятничного "моё") делюсь, как мне, довольно таки интересным и познавательным роликом


До этого был пост про создание ядерных ректоров на заводе 'АтомМаш' : https://pikabu.ru/story/kak_delayut_yadernyie_reaktoryi_na_z...

Дубликаты не найдены

Отредактировал Mircenall 11 месяцев назад
+1

Жутко переврана масса слов. Ощущение сканированного текста после Файн Ридера. Страдает смысл

0

я уж подумал, что под конец рабочего дня туго соображаю, но нет, действительно написано хрен знает как

0
Бл#ать ЗНАКИ ПРЕПИНАНИЯ !!
Не осилил более 2 абзацев.
раскрыть ветку 3
0

Я че-то не понял. Тут был текст, а аффтар его удалил?

раскрыть ветку 1
0
Был, а теперь его нет
-1
Читаю и расставляю запятые сам, заебало, да. Не осилил(
Похожие посты
252

По следам горячих частиц. Камера Вильсона

Хомяки приветствуют вас друзья!


Сегодняшний пост будет посвящен конденсационной Камере Вильсона с помощью которой можно увидеть радиацию в виде треков заряженных частиц. Зрелище завораживающее! В ходе посмотрим, как создать такое устройство, как его правильно запускать и узнаем при каких условиях частицы открывают полный потенциал для стороннего наблюдателя - типа нас с вами.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Недолго думая с китайской провинции были заказаны все необходимые комплектующие и работа закипела. Забегая вперед скажу, что в последующие дни не выходя из длительного запоя мне хотелось убить китайца, отрезать себе палец и принести в жертву барана который раскидал подводные камни на пути олицетворения радиационных треков. Все оказалось не так просто как кажется с первого взгляда. Потому начну по порядку.


Для сборки камеры Вильсона нам необходимо достать два мощных источника питания на 5 и 12 вольт. В моем случае это серверные блоки питания от майнинговых ферм. На этикетке указан заявленный ток в 114 Ампер. Это явно в избытке, так как реальные параметры потребления тока установкой составили 23 Ампера по линии 12 вольт и 9 Ампер  по линии 5 вольт. В идеале тут подойдет компьютерный блок питания на 500 Вт.


Следующие основные элементы: это охладитель на модулях Пельте, высоковольтный преобразователь напряжения на много Киловольт, и стеклянная смотровая камера через которую нам предстоит наблюдать треки ионизирующего излучения.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Охладитель можно назвать несущей частью этого карточного домика. В его основе лежат термоэлектрические элементы Пельте, в которых возникает разность температур на его сторонах при протекании электрического тока.


Для работы установки нам нужно 8 таких элементов. Четыре из них марки ТЕС1-12710 с заявленной максимальной потребляемой мощностью 154 Вт каждый и столько же элементов марки ТЕС1-12706 с потребляемой мощностью 60 Вт. Они будут работать в режиме бутерброда. Из практики такая сборка дает на минус 15 градусов ниже температуру, нежели один элемент отдельно.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Для достижения наибольших отрицательных температур систему необходимо снабдить качественным водяным охлаждением. Реализуется это с помощью алюминиевых радиаторов предназначенных специально для этих целей, несколькими метрами ПВХ шланга диаметром 12 мм, и бесщеточным погружным насосом, который способен перекачивать 240 литров воды в час. Питается он от постоянного напряжения 12 Вольт, потребляя при этом 3.6 Вт.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Сейчас наша задача соединить все элементы вместе. Для этого найдена металлическая основа на которой будут лежать радиаторы и собран металлический каркас, который стягивает всё в кучу. Для этих целей отлично подошли алюминиевые уголки и швеллера купленные в ближайшем строительном магазине.


Термопаста в данном случае применяется серая с надписью на банке HY-510. Наносить ее необходимо равномерным однородным слоем во избежание возможных микропузырей. Для этого можно воспользоваться пластиковой карточкой.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Термоэлектрические преобразователи размещаем в следующем порядке. Снизу более мощные марки TEC1-12710, а сверху элементы ТЕС1-12706. Они в 2 раза слабей по мощности и к тому же будут питаться от 5 Вольт вместо 12. Это нужно для того, чтобы нижний элемент успевал эффективно отводить тепло от верхнего.


Таким образом добиваемся наибольшего КПД от данной сборки. Вот такая пирамида из железа и керамики в итоге должна получится. Важно чтобы все поверхности элементов Пельте были вровень, китайцы бывают халтурят с толщиной алюминиевых водяных охладителей, что может привести к ненужным ступенькам в итоге. Запомни - они недопустимы!

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Для увеличения площади поверхности на которую будет устанавливаться смотровая камера, вырезаем квадрат из стеклотекстолита толщиной 1 мм, он кладется прямо на выступающие из модулей провода. Никаких дополнительных опор не предусмотрено.


Верхнюю термопасту наносим как можно ровней, это важно так как сейчас на всю получившиеся поверхность будем клеить черную самоклеющиеся пленку типа "Oracal",

несмотря на то что она  достаточно плотная, все неровности на ней отчетливо будут видны.


Вот такой ландшафт у меня получился со второй попытки. В любом случае при охлаждении пленка натягивается и поверхность будет выглядеть ровней.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Если следовать данному гайду по сборке, то в результате на поверхности охладителя мы получим температуру в минус 45 градусов, этого будет более чем достаточно для хорошей работы камеры Вильсона. К примеру при минус 30 градусов она не работает вообще, а спирт плохо конденсируется при такой температуре. Неоднократно проверял.


Нанесем на поверхность каплю воды и посмотри что с ней произойдет. Самый интересный момент в этом наблюдении происходит в самом конце, когда кристаллизация капли достигает вершины. Она вытягивается в некий острый конус. При увеличении это хорошо видно. Довольно любопытный эффект.


В принципе сборка готова и на ее поверхности можно наблюдать треки заряженных частиц вызванные полураспадом различных радиоактивных элементов. Как два пальца скажите вы! Но вот тут то и открываются самые интересные моменты в этом всем повествовании...

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Кратко пройдемся по местам, на которых можно поскользнутся и упасть.


Элементы Пельтье. Они не так просты как кажутся с первого взгляда. Это в основном относится к верхним модулям TEC1-12706 в данном бутерброде. Так они работают вне своего рабочего режима по напряжению (5 Вольт вместо 12 Вольт), их итоговая температура будет значительно отличатся друг от друга. Отмечу что все элементы с одной партии, с одного завода и с одного конвейера.


Вот простой показательный пример. Пирометр показывает на самом слабом элементе минус 9.5 градусов, а на самом сильном почти 23 градуса. Разница в 13 градусов. Были мысли что этот эффект связан с системой охлаждения, так как в начале вода проходит через первую сборку теплообменника, а потом попадает во вторую. Но нет, замена шлангов местами ни к чему хорошему не привели.


И как теперь быть?! Да никак. Одеваемся и выдвигаемся за новыми белыми квадратами. Повезло, что магазин под боком. В итоге пришлось отбирать четыре элемента из восьми для достижения почти одинаковых температур на поверхностях. Разница вышла в пару градусов.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Смотровая камера. Её назначение многозадачное: предотвратить теплообмен охладителя с окружающей средой, не допустить попадания внешних воздушных потоков, создать замкнутое пространство для циркуляции паров спирта и обеспечить беспрепятственный зрительный контакт с испытуемым образцом внутри камеры.


Найти такой пластиковый контейнер оказалось не просто. Требование к нему - это хорошая прозрачность. Несмотря на всю аккуратность и старания во избежание возможных царапин, подвох пришел оттуда, откуда его меньше всего ждали. Полиэтиленовый одноразовый пакет в котором находился контейнер, царапал поверхность как наждачка при каждом касании пальцами. Естественно это никуда не годится, так как восстановить поверхность уже нереально.


Плюс такой коробки - это красивый вид, минус - съемка возможна только в дневное время при правильном освещении. Во время работы все следы пальцев, царапин, неравномерности стенок пластика и прочий перечень минусов дадут о себе знать. Наблюдение за распадами сверху, вообще не представляется возможным из-за катаракты крышки пищевого контейнера.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Выход - заказать подобие стеклянного аквариума нужного размера. Подручными средствами убираем все дефекты, чистим, моем, полируем и в итоге получаем довольно приличную камеру. Внешние размеры стенок которой 10 на 10 см и высотой 12 см.


На одной из сторон куба можно наблюдать сантиметровый технологический вырез в верхней части, он заранее предусмотрен для установки подсветки. Реализована она на семи сверхъярких белых светодиодах диаметром 3 мм, которые вставлены в пластиковую основу. Смоделирована она в SolidWorks и распечатана на 3D принтере.


Козырек изначально не предусматривался, но он необходим для того, чтобы прямой свет не попадал в объектив видеокамеры. Пересвеченный кадр на фоне наблюдаемых распадов с большой вероятностью будет несмотрибельным.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Дальше алмазной коронкой нужно высверлить в стекле два отверстия по бокам в верхней части камеры. Делается это с помощью дрели, высоких оборотах и добавлением воды. Стекло может нагреться в месте трения и треснуть. Сейчас нам это меньше всего нужно.


С внутренней стороны на местах отверстий клеем пористую губку. Она представляет собой отрезок твердой абразивной стороны кухонной мочалки для мытья посуды. Фасон на любой вкус и цвет. В дальнейшем она будет пропитываться спиртом и служить источником тех самых паров, которые будут конденсироваться на дне камеры. Через отверстия удобно дозаправлять камеру спиртом во время работы.


Казалось бы, мы выполнили основную работу и теперь можно запускать установку, наблюдая за распадами радиоактивных источников. Да, ноооо ... Нет!

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Для качественного наблюдения за треками нужно выполнить один важный пункт. А именно подать высокое напряжения и зарядить положительным потенциалом внутренний объем камеры. Для этого делается квадратная рамка внутри и выводиться наружу контакт через заранее проделанные отверстия. Рамка сделана из тонкого медного провода взятого из жил витой пары.


Вот простой пример влияния высокого напряжения на работу камеры. Она вышла на режим и работает довольно продолжительное время, но внутри не видно никаких распадов. Подаем высокое напряжение, а внутри что то пыхает и через пару секунд довольно отчетливо виден природный радиационный фон. Куча мелких частиц попадает в конденсационное облако и оставляет свой след. Этот эффект похож на самолет который пролетел высоко в небе. Самолет мы невидим, а облако пара за ним может тянутся на много километров показывая траекторию полета.


В качестве источника высокого напряжения во время проведения экспериментов можно использовать промышленные блоки  БВ9-1.5, но вряд ли вы его найдете в свободной продаже.

В паспорте к устройству имеется электрическая принципиальная схема, она построена на базе простого двухтактного генератора с обратной связью. Попробуем повторить что-то подобное в более современном исполнении.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

На просторах всемирной паутины давно гуляют схемы распространенных ZVS генераторов, они проверены временем и не требую никакой особой настройки. Схему такого устройства и Gerber файлы платы можете скачать тут. Для сборки тут нужен всего десяток деталей которые легко помещаются в одной руке. Самыми дорогими среди них являются силовые транзисторы,

в данном случае это IRFP250 или IRFP260, тут все зависит от входного напряжения с которым вы собираетесь работать. Конденсаторы взял марки MKPH 0.33 микрофарада, их используют в индукционных плитах.


Пару часов работы в программе EasyEDA и на выходе получаем компактное устройство с размещением всех элементов. Так как не все умеют травить печатные платы их производство за символическую сумму можно заказать в Китае.


Для сборки, схема не нужна, так как на маске указано где и как размещаются все компоненты. Перед установкой транзисторов на радиатор их желательно смазать термопастой, но как покажет дальнейшая практика, нагрева при работе совсем не будет. В результате всех манипуляция у нас получился мощный, компактный, двухтактный ZVS генератор. Второе название Push-pull. С его помощью можно вытягивать длинные горячие дуги из строчных трансформаторов отечественных телевизоров.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Прежде чем перейти к следующей части, нужно намотать трансформатор. Маркировка ТВС-110. Снимает первичную катушку и вместо нее мотаем толстым проводом 2 обмотки по 5 витков с отводом от середины. При правильной сборке высоковольтного генератора его работа будет выгладить так. При зажигании дуги ток потребления будет порядка 2 Ампер при напряжении питания 12 вольт. По мере увеличения дуги ток потребления будет расти вплоть до 10 Ампер. Дуга при этом будет толстая и белая. Трогать ее пальцами не нужно! Подключив на выход строчника умножитель ун9/27, можно получать высокие напряжения вплоть до много десятков Киловольт. Выходное напряжение тут напрямую зависит от входного. Работа генератора начинается от напряжения 8 вольт и выше.


Для ленивых. Чтобы не строить огород можно использовать строчник типа ТДКС от более современных телевизоров. Там внутри уже имеется умножитель напряжения. Недостаток -  выходной ток, у ТДКС он очень мал.


Теперь рассмотрим ситуацию что вы все собрали, но дуга при этом вышла тонкая, синяя и в общем никакая. Это признак неправильно намотанной первичной обмотки. Важно соблюдать направление намотки в одну сторону. Если намотать неправильно, то такой режим работы даже на холостом ходу приведет к чрезмерному потреблению тока. Дроссель по питанию, транзисторы и феррит будут нагреваться до немыслимых температур, больше сотни градусов. Из дорожек платы с большой вероятностью пойдет дым, а изоляция провода первичной обмотки превратится в сыр от перегрева. С этим разобрались.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

После сборки схемы на выходе умножителя у нас имеется высокое напряжение. Его необходимо подать на рамку из медного провода в верхней части камеры Вильсона.


На что оно влияет?! Так как источник ионизирующего излучения в камере действует непрерывно, в скором времени внутри образуется много ионов в процессе радиоактивного распада источника, а перенасыщенный пар спирта конденсируется на них создавая туман, который мешает визуальному наблюдению за распадами. Положительный заряд высоковольтного генератора притягивает лишние ионы, улучшая картину наблюдаемого процесса.


Интересный эффект получает в момент включения высоковольтного генератора. Внутри камеры образуется некий взрыв, природа которого напоминает работу атомного оружия с эпицентром от центра. После этого, невидимые треки обретают тонкий игольчатый характер, который довольно легко и просто наблюдать и изучать в дальнейшем. Благодарю за объяснение этого эффекта Женю Соловьева и Артема Беккереля.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

У нас все готово к запуску. В процессе работы элементы Пельте будут сильно нагреваться и их нужно качественно охлаждать. С этим нам поможет холодная вода. Примерно 5 литров охлаждаем в холодильнике, а все остальное замораживается в бутылках в морозильнике.

Тут мне отлично пригодились бутылки с под пива, двойная польза так сказать.


Погружной насос размещаем с одной стороны этого ледяного бассейна, а с другой будет шланг через который выходит отобравшая тепло у системы вода. Она пройдя весь путь через ледяные бутылки вернется обратно к насосу и процесс повторится, пока в бутылках не растает весь лед.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Время заправить систему благородной жидкостью. В камере использован этиловый спирт из аптеки. Использовать изопропанол многие не рекомендуют, так как его пары вступают в реакцию с различными пластиками, что в результате может привести к разным непредвиденным ситуациям в процессе работы. Сам не проверял.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

И так, настал тот самый момент, ради которого мы все здесь собрались. Включаем установку. Зажигается подсветка и насос начинает перекачивать воду по системе охлаждения. Камера выходит на режим в течении 40 секунд при условии что температура воды будет порядка пяти градусов.


Из-за большого потока ионизирующего излучения спирт не успевает конденсироваться на треках, что приводит к непонятному слою тумана в центральной части источника. Высоковольтное напряжение генератора избавится от этого эффекта не помогает. На верхах видим одинокие следы самых сильных частиц, которые смогли пролететь дальше всех. Если в камере альфа источник, то уменьшить его поток можно с помощью фольги и проделанного в ней отверстии. Так картина выглядит намного красивей.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Самое удивительное в этом всем процессе, это наблюдение за распадами обычного природного фона. Их оказывается так много, что и представить трудно. Десятки различных событий ежесекундно регистрируется в камере.


Тонкие кривые треки - это следы электронов (бета излучение). Толстые жирные треки - это альфа частицы (ядра гелия). Что касается гамма-излучения, говорят что камера не способна его зарегистрировать.


Только хотел это проверить, как произошло что-то странное. Один элемент Пельтье перестал работать. Нижний 12 Вольтовый модуль в бутерброде просто взял вышел из строя на ровном месте. Пришлось разбирать установку, разбираться в чем проблема и ехать в магазин за новым элементом.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Сейчас нам нужно достать радиоактивные источники. Желательно такие, чтобы вас потом в места не столь отдаленные не заперли. В этом нам поможет Алиэкспрес.


Это ионизационная камера для дымоизвещателя, в нем содержится америций - 241. Альфа источник. Чувствительный слюдяной датчик Радиаскан 701 со снятой крышкой фильтра, показывает примерно 7.7 Миллирентген условно.


При достижении температуры ниже 35-40 градусов, спирт становится достаточно пересыщенным чтобы в нем можно было наблюдать треки заряженных частиц. В центральной части сейчас ничего не видно, пресыщенность пара в этом месте пропадает из-за большой интенсивностью источника ионизирующего излучения. Вся картина напоминает перо павлина, которое дает более 30.000 тысяч распадов на сантиметр квадратный в минуту. На сколько больше на знаю, так как Радиаскан 701 при таком измерении уходит в зашкал.


Физика возникновения треков связана с тем, что ионизирующая частица на своем пути оставляет след Ионов, связанных с столкновением альфа частицы или электронов с молекулами того газа что находится в камере. Образовавшиеся Ионы в итоге выполняют роль центров конденсации пересыщенного спирта. Весь процесс трекообразования наблюдается примерно на уровне 3 миллиметров над уровнем охлаждающей поверхности. Все просто.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Ториевые электроды для сварки WT-20 с двухпроцентным содержания радиоактивного оксида тория - 232. Он альфа-радиоактивен с периодом полураспада всего лишь 14,05 млрд лет. Треки возникающие при распаде тория длинные и красивые и в редких случаях частица может пролететь через всю камеру. Едем дальше...

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Оксид тория как и в случае урановых пуговиц добавляют при производстве стекла. Китайцы на алиэкспресс торгуют так называемыми скалярными медальонами, которые якобы наделяю вас какой-то положительной энергией. Медальон тоже светится в ультрафиолете и максимум на что способен это ионизировать ваши клетки в организме, вызывая их преждевременную гибель. Распады радиоактивного тория на мой взгляд самые красивые для визуального наблюдения.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Десерт программы. Рентгеновская установка на советском кенотроне 2Ц2С. Год выпуска 1965. Если подать на него достаточно высокое напряжение, эта радиолампа может служить источником рентгеновского излучения. При этом внутри ее стеклянного баллона можно наблюдать красивое голубое свечение вызванное влиянием высокого напряжения. При сильных уровнях рентгена стеклянный баллон начинает светиться зеленым светом вызванным тормозным излучением. Явление красивое, но рекомендую наблюдать его только на экранах ваших мониторов.


Медленно поднимаем анодное напряжение на лампе и в какой то момент все дно камеры покрывается мелкими точками, вызванными низкоэнергетическим рентгеном. Чем выше энергия частицы, тем меньше ее ионизирующая способность. В какой то момент энергия излучения вырастает и взаимодействие пропадает. Видны только фоновые треки, при этом уровни на 40 сантиметрах от кенотрона достигают 5 Миллирентген.


Из практики. На грани пробоя высоким напряжением такая трубка дает больше одного Рентгена на расстоянии 30 сантиметров. Вот такие интересные опыты у нас получились. Всё это и многое другое вы можете видеть на нашей странице инстаграмме. Там всегда выходят свежие новости.

По следам горячих частиц. Камера Вильсона Камера вильсона, Hamster Time, Радиация, Физика, Наука, Уран, Торий, Длиннопост, Видео

Для справки. Съемка данного выпуска заняла почти 3 месяца. Стоимость данной камеры Вильсона со всеми непредвиденными расходами обошлась примерно в 150 баксов. Сюда также включены блоки питания и токоизмерительные клещи, которыми мы измеряли ток. Зная все нюансы и тонкости в этом ремесле, вы без труда сможете собрать такую установку дома и с интересом наблюдать за явлениями которые обычно не видны невооруженному глазу. Теперь вы знаете как выглядит радиация и с чем ее едят.


Как гласит Японская мудрость:
Быстро - это медленно, но без перерывов.

Архив с гербер-файлами и прочими полезностями

Наш Instagram

Показать полностью 23 1
600

Радиоактивная задачка

Радиоактивная задачка Наука, Вопрос, Задача, Торий, Радиация

Есть сосуд, в котором хранился металлический торий, упакованный  в алюминиевые "баночки". Прошло (допустим) лет 40. Как видно, алюминиевая упаковка разорвана.


Вопрос: что произошло? (почему разорвало алюминиевую упаковку?)

208

Природные источники ионизирующего излучения. Часть 2

Здравствуйте уважаемые 89 подписчиков. Лично для меня стало просто шоком ваше количество, т.к. 89 человек - это уже почти четыре университетские группы, спасибо большое что читаете))) Сразу скажу, этот пост будет длинный. Возможно, я даже не уложусь в один пост. В конце поста - БОНУСНОЕ ВИДЕО)))


В прошлый раз мы кратко посмотрели те источники ионизирующего излучения (Калий 40 и углерод -14), от которых мы никак не можем уйти, они есть всегда, и даже если мы оденем свинцовые трусы на голову, меньше дозу мы получать не будем. Это связано с тем, что их действие - это т.н. внутреннее облучение, т.е. облучение, которое мы получаем от радиоактивных частиц, которые уже есть в нашем организме в природной изотопной концентрации. Они являются неотъемлемой частью той дозовой нагрузки, которую мы получаем, просто существуя на планете Земля.


В этом посте мы рассмотрим источники ионизирующего излучения распада тяжелых ядер. Родоначальниками трех природных радиоактивных рядов распада являются следующие нуклиды: U235 - Изотоп урана-235, U238- Изотоп урана-235, Th232 изотоп тория- 232. В отличие от долгоживущих природных радионуклидов 238U, 235U и 232Th не сразу превращаются в стабильные дочерние продукты, а образуют длинные цепочки относительно короткоживущих промежуточных продуктов распада, которые называются рядами распада или радиоактивными семействами. Ряды показывают, по какому механизму и с какими промежуточными нуклидами идет распад.


Урановое стекло в УФ лучах. Эффект фотолюминесценции.

Природные источники ионизирующего излучения. Часть 2 Уран, Торий, Радиация, Природа и человек, Научпоп, Видео, Длиннопост

Конечными стабильными продуктами всех трех рядов являются изотопы свинца: 206РЬ, 207РЬ, 208РЬ, которые носят название радиогенных, в отличие от нерадиогенного изотопа 204РЬ. Радиоактивный распад - явление необратимое. Поэтому от начала каждого ряда к его концу в целом уменьшаются массовые числа и порядковые номера. Это обеспечивается лишь за счет альфа - распада, так как при бета - распаде порядковый номер увеличивается на единицу, а массовое число не меняется.

Напомню, что сегодня мы говорим о спонтанном распаде. Спонтанное деление - иной процесс.

Три радиактивных семества:

Природные источники ионизирующего излучения. Часть 2 Уран, Торий, Радиация, Природа и человек, Научпоп, Видео, Длиннопост

Начнем издали.

Как говорят последние из очевидцев, наша солнечная система зародилась не то из газо-пылевого облака, не то из гравитационного коллапса небольшой части гигантского межзвёздного молекулярного облака (не спрашивайте меня как, я хз у меня лапки).

Если почитать различные источники, то станет ясно, что уран, да и все тяжелые элементы в общем и металлы в частности, такие как вольфрам, железо и др., могли образоваться только в условиях ядерных реакций внутри звезд. Причем чем старше звезда, тем больше внутри нее накапливается тяжелых элементов. Такой процесс называется звездным нуклеосинтезом.


А потом БАБАХ! и все разлетелось на куски и пыль, и далее меееедленно и постепенно формировалось все то, что мы видим вокруг.


Большая часть вещества оказалась в гравитационном центре коллапса с последующим образованием звезды — Солнца. Из всей остальной части вещества, образовались планеты и в том числе маленький комочек грязи, который мы называем планетой Земля.

Уран


Тут ученый народ до сих пор ломает голову - как так вышло, что практически весь уран находится в земной коре, но факт есть факт.


Природный уран состоит из смеси трёх изотопов: 238U (изотопная распространённость 99,2745 %, период полураспада T1/2 = 4,468•109 лет), 235U (0,7200 %, T1/2 = 7,04•108 лет) и 234U (0,0055 %, T1/2 = 2,455•105 лет). Последний изотоп является не первичным, а радиогенным (то есть образуется в процессе распада и входит в состав радиоактивного ряда 238U)


Уран очень любит образовывать соединения с кислородом. Собственно в природе он и присутствует в основном в форме оксидов урана UO2 и UO3 (их смеси) или в форме соединений уранила UO2(2+). Оксид урана (IV) соединение настолько прочное, что когда немецкий натурфилософ и химик Мартин Генрих Клапрот восстановил извлечённую из саксонской руды настурана (минерал урана) золотисто-жёлтую «землю» (тут я сомневаюсь, что он восстанавливал, возможно. аммоний уранил трикарбонатный комплекс, возможно оксид урана (VI)) до чёрного металлоподобного вещества, он пятьдесят лет числился металлом. Несмотря на характерный металлический блеск, уран Клапрота был не элемент, а оксид UO2. В такой же форме (оксид урана (IV)) он используется внутри ТВС реакторов на тепловых нейтронах (спечёные таблетки обогащенного диоксида урана).


Собственно оксид урана (VI)

Природные источники ионизирующего излучения. Часть 2 Уран, Торий, Радиация, Природа и человек, Научпоп, Видео, Длиннопост

и диоксид урана

Природные источники ионизирующего излучения. Часть 2 Уран, Торий, Радиация, Природа и человек, Научпоп, Видео, Длиннопост

Металлический уран тоже очень интересный. При его физических свойствах он мог быть конструкционным материалом: сверхтяжелый и относительно прочный. Но, к сожалению, он обладает аж двумя фазовыми переходами, что для конструкционного материала совсем кака, а еще химические свойства подкачали. Реагирует с водой, окисляется на воздухе. А мелко измельченный самовоспламеняется. Так что если вы вдруг потерялись один в тайге и вдруг наткнулись на урановую боеголовку и напильник - вы сможете развести костерок и согреться))))

Слиток металлического урана полученный магниетермией.

Природные источники ионизирующего излучения. Часть 2 Уран, Торий, Радиация, Природа и человек, Научпоп, Видео, Длиннопост

Коллеги как-то рассказывали, что когда по цеху выплавки металлического урана волоком тащили краном болванку, искры летели во все стороны. Вот такая байка.

Но извините, что-то я отвлекся. Так вот, содержание в земной коре составляет 0,00027 % (вес.)(что совсем не мало, столько же на Земле, сколько олова, больше чем вольфрама и молибдена вместе взятых), концентрация в морской воде — 3,2 мкг/л (по другим данным, 3,3•10-7%). Количество урана в литосфере оценивается в 4•10-4%. Теперь, когда плещетесь в водах какого-нибудь моря-океана, знайте: на расстоянии двух метров от вас плавает около 13 миллиграмм урана.

Как видно, урана в литосфере в 1000 раз больше, чем в мировом океане. Это связано с тем, что в литосфере уран содержится в связанной форме внутри различных минералов. Например в гранитах содержание урана может достигать 20-30 г. на тонну. Он входит в состав всех пород, слагающих земную кору. Основная масса урана содержится в кислых, с высоким содержанием кремния, породах. Наименьшая концентрация урана имеет место в ультраосновных породах, максимальная – в осадочных породах (фосфоритах и углистых сланцах).

За счет того, что соединения уранила образовывают растворимые соединения, уран энергично мигрирует в холодных и горячих, нейтральных и щелочных водах в форме простых и комплексных ионов, особенно в форме карбонатных комплексов. Важную роль в геохимии урана играют окислительно-восстановительные реакции, поскольку соединения урана хорошо растворимы в водах с окислительной средой и плохо растворимы в водах с восстановительной средой (например, сероводородных). Т.е. уран, как правило, мигрирует в земной коре до тех пор, пока не наткнется на восстановитель и не выпадет там в виде урановой черни (урановой смолки).

Таким образом урану совершенно ничего не стоит потихоньку на протяжении веков и тысячелетий сорбироваться на углях, торфах и прочей органике, или просто отлагаться в осадочных породах.

Торий

Еще один интересный для нас радиоактивный элемент, зачастую соседствующий с ураном и РЗЭ, – Торий 232. Соседство тория с ураном обусловлено схожими химическими свойствами.

С точки зрении вида излучения изотопов тория значительно вреднее урана. Т.к два из трех изотопов в семействах обладают более проникающим видом бета излучения. К слову, из диоксида тория изготавливают калильные сеточки для газовых горелок Наилучшим составом смеси является — 99 % диоксида тория и 1 % оксида церия. Такое применение обусловлено высокой температурой плавления диоксида тория (3222 оС).

Природные источники ионизирующего излучения. Часть 2 Уран, Торий, Радиация, Природа и человек, Научпоп, Видео, Длиннопост

Интерес к соединениям тория возник после того, как в 1885 венский химик Ауэр фон Вельсбах (первооткрыватель химического элемента неодима) обнаружил, что если ввести в пламя газовой горелки оксид тория, то он очень быстро нагревается до состояния белого каления и испускает яркий белый свет. Обнаруженное явление позволяло простым способом превращать часть тепловой энергии газовой горелки в световую. В результате поиска минералов, содержащих торий в заметном количестве, на берегу Атлантического океана в Бразилии был обнаружен минерал монацит, представлявший собой смесь фосфатов церия, лантана и тория, содержание тория в нем достигало 10%. Добыча не составляла труда, монацитовый песок лежал прямо на берегу. Тысячи тонн этого минерала стали отправлять на океанских кораблях из Бразилии в Европу на переработку. Позже залежи моноцита были найдены США, Индии и на островах Цейлон и Мадагаскар.

Монацит есть даже на Байкале (Привет землякам!) 

Природные источники ионизирующего излучения. Часть 2 Уран, Торий, Радиация, Природа и человек, Научпоп, Видео, Длиннопост

Далее по тексту мы еще будем упоминать про торий.

В своей повседневной жизни мы чаще всего можем столкнуться с природными носителями урана: гранитом, различными камнями, каменным углем и просто глиной.


По современным радиационным нормам, для природного камня существует 5 классов радиационной опасности:

I класс — самый безопасный, камень может использоваться в жилых и общественных зданиях.

II класс — может использоваться для дорожного строительства в населенных пунктах.

III класс — может использоваться вне населенных пунктов.

Камень классов IV и V в строительстве не используется.


Повторюсь - ПО СОВРЕМЕННЫМ.


Соответственно например в Петровские времена о вашей радиации никто слыхом не слыхивал, радиоконтроль камня на каменоломнях никто не проводил, и основным аргументом была доступность добычи и близость к транспортным артериям типа рек. Эдак с Карельских каменоломен и наковыряли гранита на все набережные Спб. А это ни много не мало over 150 км этих самых набережных.


Тут стоит сразу сделать оговорку, чтобы не сеять панику.


Обычно для определения уровня радиоактивности в массиве гранита бурятся тестовые скважины, в которые и опускается дозиметр. Именно эти показания и вписываются в паспорт месторождения. И только так, и не иначе. Почему? Наиболее достоверное значение радиоактивности дает именно массив гранита. Т.к. распределение урана в разных участках скалы может быть отлично от средней по массиву, и отдельно выпиленный блок может показать другое значение радиоактивности. И чем меньше масса блок, тем больше могут расходиться показания. А если из блока изготовить довольно тонкое изделие (например, плиту), то значение его радиоактивности может разойтись с показаниями счетчика опущенного в скважину в 1,5-2 раза. И это свойство гранитов надо учитывать. Другими словами фон может давать одно единственное включение в массив, а в остальном он может быть относительно чист. А может и не быть.


Если взять с потолка цифру, что на один километр набережной уходит где–то от 500 тонн гранита (ну нормально так по 500 кг гранита на погонный метр набережной), то несложно посчитать, учитывая среднее содержание урана в граните (20 г на тонну), что в набережных Спб, где-то 1500 кг урана.

Что в принципе есть  топливная загрузка шести  каналов реактора типа CANDU на ТВС CANDU-6.

Вот таких. Кто не верит вот тех описание этого тяжеловодного реактора

Природные источники ионизирующего излучения. Часть 2 Уран, Торий, Радиация, Природа и человек, Научпоп, Видео, Длиннопост

Спасает тот факт, что это все-таки рассеяно на 150 км. Поэтому все совсем не страшно. Вот тут ребята даже не постеснялись, сходили померили

Зачем я все это тут пишу. Нет, не для того, чтобы как-то кого-то посрамить или там отбить туристов от Спб. Просто хочу, что бы до всех дошло. Существуют такие минералы и природные материалы, с которыми лучше не соседствовать. Так, например, купив классную крафтовую кружку из натурального камня и\или какую-нибудь безделушку на шею и поконтактировав с ними каждый день, за пару лет можно так неслабо хапнуть дозу.

Лично я слышал истории, как у одной мадамы с боем в аэропорту отбирали серьги, потому что на них даже стационарные дозиметрические установки реагировали. И не надо приплетать к этому АЭС или там ядерные взрывы! 100% натуральный товар.


Фото из интернета

Природные источники ионизирующего излучения. Часть 2 Уран, Торий, Радиация, Природа и человек, Научпоп, Видео, Длиннопост

Большинство камней и минералов для человека безопасны. Но встречаются экземпляры с повышенной радиоактивностью, которые держать при себе и носить на теле опасно для здоровья. В частности, к ним относятся:

• Целестин (сульфат стронция). Чаще встречается в продаже в виде не ювелирных, а интерьерных украшений.

• Циркон (силикат циркония). Не стоит приобретать этот камень на черном рынке или в магазине с сомнительной репутацией, если у вас нет при себе дозиметра радиации.

• Гелиодор (разновидность берилла). Чем темнее и крупнее этот камень, тем выше вероятность исходящей от него опасности.

Уровень радиоактивности этих минералов не всегда превышает норму, но проверить приобретаемые образцы дозиметром не помешает.

Как ни странно, почвы в своем многообразии преимущественно не обделены природным радиационным фоном.

Особенно это ярко выражено в горных районах. Почему – смотри выше.

Максимальной радиоактивностью обладают глины, глинистые и битуминозные сланцы, фосфориты, а также калийные соли.

В первую очередь радиоактивность обломочных пород (образованных вследствие эрозии горных пород) обусловлена не только присутствием обломков радиоактивных минералов, но, прежде всего адсорбцией ионов урана, калия и соединений урана и тория на поверхности частиц. Максимальной радиоактивностью характеризуются глины благодаря их огромной удельной поверхности, минимальной — чистые кварцевые песчаники (ибо состоят из мелких кристаллов кварца). Песчаники даже при малой глинистости обладают значительной радиоактивностью, поскольку у них часть зерен скелетной фракции представлена калийсодержащими минералами — полевой шпат, глауконит, микроклин. Радиоактивность песчаников возрастает с увеличением глинистости . Повышенную радиоактивность глин и глинистых пород объясняют относительно высоким содержанием в этих породах калия (до 6,5%), а также высоким содержанием U, Th. Радиоактивность карбонатных пород, как правило, низкая. Низкой радиоактивностью характеризуются большинство хемогенных пород (возникающих в результате химического осаждения из водных растворов или при испарении воды), за исключением калийных солей.

Весело дело обстоит с углями. Уголь отличный сорбент. Благодаря процессу хемосорбции он способен накапливать в себе редкоземельные элементы, а также уже упомянутые уран и торий.


Сегодня любой добытый уголь должен подвергаться дозиметрическому контролю. В принципе, на угольных карьерах. как правило, есть стационарная установка для обмера самосвалов с углем.

Контроль автосамосвалов с углем на РКС разреза «Уртуйский»

Природные источники ионизирующего излучения. Часть 2 Уран, Торий, Радиация, Природа и человек, Научпоп, Видео, Длиннопост

По данным известного российского геохимика Я.Э. Юдовича и его сотрудников, (среднее) содержание урана в углях составляет -3,6 г/т, а тория для бурых углей – 6,3 г/т, каменных -3,5 г/т.

Сырьем для получения урана на начальном этапе развития отечественной атомной энергетики являлся именно уголь. Почему не гранит, спросите вы, в граните же его в 6 раз больше? А вы попробуйте извлечь что-нибудь из гранита и сразу поймете.


В связи с исключительным вниманием геологов к урану, уранононосным углям в мире посвящены сотни исследований. Остальные радиоактивные элементы в углях изучены слабо и только на отдельных месторождениях.


Угли, содержащие уран в концентрациях в 10-100 раз выше кларка, известны во многих странах мира: в России, Киргизии, Турции, Франции, США и других странах.

Так, среднее содержание урана в ураноносных бурых углях в США в штатах о Южной и Северной Дакоте и восточной части Монтаны составляет около 80 г/т.


Следует отметить, что содержание урана в углях в большей части угольных месторождений России не превышает кларкового, но имеются месторождения, в которых кларковое содержание урана превышено в несколько раз. Причем месторождения эти разрабатываются без всякого радиационно-гигиенического контроля, уголь используется на ТЭС, в котельных и в частных домах.

Угольные ТЭС - это просто отдельная категория зла. Мало того, что они засерают все окрестности своей золой, так еще и образующиеся при сжигании таких углей зола и шлак обогащены природными радионуклидам в большей степени, чем первоначальный уголь.

Золоотвалы ТЭС занимают огромные территории, образуя с годами, по сути, техногенные месторождения природных радионуклидов и редкоземельных элементов. Выбрасываемая в атмосферу их труб ТЭС летучая зола оседает на растениях и почве.

По этой тематике, кстати, есть много интересных статей:

Радиационная обстановка в районах расположения угольных ТЭС России 

Проблемы контроля радиационно-гигиенического качества углей


Концентрации радионуклидов в углях, шлаках и в летучей золе ТЭС, Бк/кг

Природные источники ионизирующего излучения. Часть 2 Уран, Торий, Радиация, Природа и человек, Научпоп, Видео, Длиннопост

Это ладно. Если вспомнить шлакоблоки, название которых произошло от использования в качестве наполнителя для смеси с цементом обыкновенного доменного и печного шлака, то становится совсем грустно. Строим дома из потенциально радиоактивного материала. Приехали блин). Хотя я думаю там тоже проверяют (но это не точно).

Аналогичными углям свойствами обладают торфяники, которые очень любят собирать на себе торий.


Выводы: Уран, Торий – такие страшные слова, но как ни странно, они очень часто встречаются в окружающей нас природе. Дурак тот кто думает, что человечество столкнулось с ними только когда стало развивать атомную энергетику.

Теперь ты предупрежден, а значит, вооружен, поэтому, читатель, будь бдителен! Ведь лучше знать, понимать и остерегаться, чем слепо бояться.


На сегодня все. В следующем посте расскажу про различные виды излучения (сравним их по физиологическому эффекту), элементы трех радиоактивных семейств (радий, радон и др.), а также расскажу про историю открытия радия.


ЗЫ Комментарий для минусов внутри

Бонус: снял 2 года назад на тапок, поэтому такое качество. Как знал, что пригодится)))

Показать полностью 11 1
5126

Подарок с неприятным сюрпризом

Звонит мне как то приятель, работающий не производстве токарем. Говорит, что его коллега делал какую-то халтуру из вольфрама и у него кусочек остался. Типа, "тыж химик", забирай, вдруг пригодится? Ну а что? Вдруг и в самом деле, чего от халявы отказываться. Встретились, спрашиваю у него: "А что за халтура такая? Материал это редкий для токарей". Говорит, что электроды какие-то для ламп. И вот тут закралось сомнение нужен ли мне сей подарок, ведь электроды для ламп делают как из обычного вольфрама, так и из сплава вольфрама с торием, который радиоактивен (пусть и очень слабо).

Забрал, пришел домой, тут же нашел старый дозиметр и начал мерить. 400 микрорентген в час при естественном фоне в 10-15. Конечно такой фон не сильно опасен когда металл вне организма, но исполнитель при обработке наверняка хорошо надышался пылью от этого прутка. А сволочь давшая ему подобную халтуру, судя по всему, неплохо сэкономил на том, что не отдал такую вещь на обработку в спец условиях, которая была бы на порядок дороже.

Вот такой вот подарок с сюрпризом.

Похожие посты закончились. Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам: