Најважније из лекције
Апсорбована доза: \(D = \frac{E}{m}\), јединица је греј (\(1\,\text{Gy} = 1\,\text{J/kg}\)).
Еквивалентна доза: Јединица је сиверт (\(\text{Sv}\)) - укључује биолошки утицај врсте зрачења и осетљивост ткива.
Нуклеарни реактор: Место контролисане фисије. Захтева гориво изнад критичне масе, модератор за успоравање неутрона (вода, графит) и контролне шипке за упијање вишка неутрона.
Токамак: Уређај торусног облика за магнетно задржавање плазме у циљу остваривања термонуклеарне фузије.
Еквивалентна доза: Јединица је сиверт (\(\text{Sv}\)) - укључује биолошки утицај врсте зрачења и осетљивост ткива.
Нуклеарни реактор: Место контролисане фисије. Захтева гориво изнад критичне масе, модератор за успоравање неутрона (вода, графит) и контролне шипке за упијање вишка неутрона.
Токамак: Уређај торусног облика за магнетно задржавање плазме у циљу остваривања термонуклеарне фузије.
Полупроводнички детектори раде на принципу промене електричних својстава материјала под утицајем радиоактивног зрачења. Њихова главна предност у односу на јонизујуће детекторе је знатно краће „мртво време” и нижа цена.
Апсорбована доза зрачења (\(D\)) је количник апсорбоване енергије зрачења и масе супстанце која је ту енергију примила.
Јединица за апсорбовану дозу је греј (\(\text{Gy}\)): \(1\text{ Gy} = 1\,\frac{\text{J}}{\text{kg}}\).
\[ D = \frac{E}{m} \]
\(D\) – апсорбована доза (\(\text{Gy}\)), \(E\) – примљена енергија зрачења (\(\text{J}\)), \(m\) – маса тела (\(\text{kg}\))
Ефективна еквивалентна доза представља апсорбовану дозу кориговану фактором који зависи од врсте зрачења (\(\alpha\), \(\beta\), \(\gamma\)) и осетљивости биолошког ткива.
Јединица за еквивалентну дозу је сиверт (\(\text{Sv}\)).
Законски прописане граничне вредности доза спречавају штетне биолошке последице код професионално изложених лица (радиолози, радници у нуклеарним електранама, пилоти).
Нуклеарни реактор је уређај у коме се одвија контролисана ланчана реакција нуклеарне фисије ради добијања топлотне и електричне енергије.
За рад реактора неопходно је да маса нуклеарног горива буде једнака или већа од критичне масе - минималне масе при којој се ланчана реакција одвија спонтано и самоодрживо.
| Део реактора | Улога и материјали |
|---|---|
| Нуклеарно гориво | Шипке обогаћеног урана (\(^{235}\text{U}\)) или плутонијума (\(\text{Pu}\)) које служе као извор фисије. |
| Извор неутрона | Служи за покретање и поновно активирање нуклеарне реакције. |
| Модератор неутрона | Успорава брзе неутроне кроз сударе са језгрима, јер само спори (термални) неутрони могу ефикасно да изазову нову фисију. Материјали: обична вода, тешка вода (\(\text{D}_2\text{O}\)) или графит. |
| Регулатор реакције (контролне шипке) | Апсорбује вишак неутрона и тако одржава број фисија константним у времену. |
| Систем за хлађење | Оводи ослобођену топлоту из реактора, греје воду и ствара пару која покреће парне турбине и генераторе струје. |
| Заштита од зрачења | Масивни оклоп (обично дебели слојеви бетона и олова) који спречава продор зрачења у околину. |
Токамак је експериментални уређај намењен за остваривање контролисане термонуклеарне фузије.
У токамаку се високотемпературна плазма држи и затвара (конфајнира) унутар коморе торусног (прстенастог) облика помоћу јаких магнетних поља.
Главни технолошки проблем токамака је задржавање плазме довољно дуго на високој температури, јер њено разливање ка зидовима коморе доводи до хлађења и гашења фузионе реакције.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Ткиво масе \(2\,\text{kg}\) апсорбовало је енергију јонизујућег зрачења од \(5\,\text{J}\). Израчунати апсорбовану дозу зрачења.
Познато је: \(m = 2\,\text{kg}\), \(E = 5\,\text{J}\).
Формула: \(D = \frac{E}{m}\)
Рачун: \[ D = \frac{5\,\text{J}}{2\,\text{kg}} = 2{,}5\,\text{Gy} \] Одговор: Апсорбована доза износи \(2{,}5\,\text{Gy}\).
Формула: \(D = \frac{E}{m}\)
Рачун: \[ D = \frac{5\,\text{J}}{2\,\text{kg}} = 2{,}5\,\text{Gy} \] Одговор: Апсорбована доза износи \(2{,}5\,\text{Gy}\).
Задатак 2 (средњи): Која је суштинска разлика између улоге модератора и улоге регулатора реакције (контролних шипки) у нуклеарном реактору?
Одговор:
- Модератор служи за успоравање брзих неутрона (смањује њихову кинетичку енергију путем судара) како би они могли да изазову даљу фисију језгара \(^{235}\text{U}\). Он не смањује укупан број неутрона.
- Регулатор реакције служи за апсорбовање (уклањање) вишка неутрона из система, чиме се регулише брзина и одржава константан број фисија у јединици времена.
Задатак 3 (средњи): Зашто се у дозиметрији, поред јединице греј (\(\text{Gy}\)), користи и јединица сиверт (\(\text{Sv}\))?
Одговор: Греј мери искључиво физичку апсорбовану енергију по јединици масе (\(1\,\text{J/kg}\)), док сиверт представља еквивалентну/ефективну дозу која узима у обзир биолошко дејство. Различите врсте зрачења (\(\alpha\), \(\beta\), \(\gamma\)) и различите врсте људских ткива не трпе иста оштећења при истој апсорбованој енергији, па се доза у грејима множи одговарајућим факторима биолошке ефикасности да би се добила вредност у сивертима.
Задатак 4 (тежак): Замислите да се у нуклеарном реактору поквари механизам за увлачење контролних шипки (регулатора) у тренутку када је маса горива изнад критичне. Шта би се догодило са ланчаном реакцијом и зашто?
Одговор: Ако је маса горива изнад критичне, сваки фисиони распад ослобађа неутроне који изазивају више од једне нове фисије. Без контролних шипки које апсорбују тај вишак неутрона, број фисија би експоненцијално растао у времену. То доводи до неконтролисане ланчане реакције, наглог ослобађања огромне количине топлотне енергије, прегревања језгра и потенцијалне хаварије (топљења реактора).
