Зачем пить йод при радиации?

Не знаю как сейчас, но недавно все были озабочены различными развитиями событий, при которых может наступить радиационная катастрофа.

Человечество, пока пыталось обуздать атом, набило кучу шишек и загубило много жизней. Если не считать испытания оружия, то при попытке мирного использования ядерной энергии в мире произошли три крупных аварии на АЭС, о которых я как-нибудь тоже расскажу.

Давайте посмотрим как связаны таблетки йода, которые советуют принимать при радиационных авариях с самими авариями.

Раньше здесь я уже писал, что при делении урана-235, используемого как топливо в реакторе, образуется два осколка. Это могут быть любые осколки, подходящие по массе, но чаще всего это элементы из диапазонов 85-100 и 130-145 атомных масс.

Одним из таких осколков может быть йод-131, радиоактивный изотоп, недолго живущий, но достаточно, чтобы попасть в организм и успеть его повредить. Все эти изотопы, в том числе и йод-131, если вылетели из активной зоны во все стороны (как это было в Чернобыле), то с помощью ветра легко попадают в дыхательные пути человека. И если ксенон, криптон и другие тяжёлые элементы наш организм не очень охотно рвется накапливать, то есть у нас один орган, который имеет сильное пристрастие к йоду.

Я, конечно, говорю о щитовидной железе. Этот орган специально предназначен служить хранилищем йода. Он вырабатывает йодсодержащие гормоны, которые выполняют в организме важные функции, например, регулируют обмен веществ.

И если человек испытывает хоть какой-то дефицит йода в организме и хранилище щитовидки не полностью заполнено, она будет очень активно поглощать приходящий извне йод. И ей без разницы, какой это изотоп, стабильный йод-127 или радиоактивный йод-131. Если есть выброс йода-131, он будет вероятнее всего поглощён щитовидкой, т.к. большой процент населения земли не получает йод в достаточных количествах и имеет его дефицит.

А когда уже случилось то, что случилось, вы вряд-ли будете сдавать анализы и проверять, достаточно ли у вас йода в организме. Поэтому принято сразу пить йодсодержащие таблетки, чтобы быстро восполнить дефицит йода, и ваша щитовидная железа не начала забирать извне его радиоактивный двойник.

Все достаточно просто и эффективно работает, и, наверное, у всех есть ассоциация радиации с йодом, но мало, кто знает, почему. Надеюсь, что никому никогда не придется применять этот опыт на практике.

STOLBOV STUDY

Вижу, что вам нравятся викторины, тогда держите ещё один вопрос. Эту задачку мы только что решали на занятии, она дежурная и не сложная для школьной программы.

Надо налить полную ванну вместимостью 200л. Холодная вода имеет температуру 10 градусов, а горячая 60 градусов. Сколько литров той и другой воды надо взять, чтобы смешав их получить воду температурой 40 градусов? Ответ пишите в комментарии.

Итак, для решения этой задачи нужно вспомнить формулу количества теплоты при теплопередаче.

Q=cm(t-t0), где с - удельная теплоемкость вещества (теплота, требуемая для нагрева 1кг вещества на 1 градус, для каждого вещества своя) m - масса, (t-t0) - разница температур конечного и начального состояния.

Для смешивания холодной и горячей воды надо понимать, что горячая вода отдает тепло, а холодная это же количество тепла принимает. Поэтому в идеале, когда жидкости разные, надо решать уравнение теплового баланса: c1m1(t-t1)=c2m2(t-t2). Но, конечно, это сложно тем, кто не в теме. Да и надо ли?

Проще это можно сделать, когда жидкость одна и та же, как в нашем случае - вода. Нужно просто приравнять произведения массы взятой воды на разницы температур. В нашем случае разница температур между конечной и холодной водой будет 40-10=30 градусов, а между конечной и горячей 60-40=20.

Пусть х - масса холодной воды, тогда 200-х - масса горячей (всего же 200 литров, больше никакой воды нет, а один литр воды весит 1 кг).

Тогда х*30=(200-х)*20

Ну тут надо решить попробовать самим, а вы думали ванну легко себе сделать что-ли?

В итоге холодной воды надо 80 литров, ну а горячей, соответственно 120.

Сложно с непривычки, поэтому все просто трогают воду рукой, хотя школьники эти формулы хорошо знают. Пригодится это только когда нужны точные температуры смешиваемых веществ. Ну, например, надо вам ребенку маленькому еду развести жидкую определённой температуры. Да и мало ли, что может в жизни пригодится. Сразу так и не придумаешь.

Не пугайтесь, следующие вопросики будут полегче)

Сегодня впервые на меня воздействовали 1.5 Теслы магнитного поля.

Как работает МРТ?

Магнитно-резонансная томография сейчас является не таким уж редким методом диагностики в больницах, однако, достаточно дорогим. В отличие от рентгена и КТ (который по сути тоже рентген) позволяет получать достаточно точные снимки мягких тканей. Как он работает?

В основе метода лежит явление ядерного магнитного резонанса. Это когда ядра атомов излучают или поглощают электромагнитные волны во внешнем магнитном поле.

В нашем теле в магнитном резонансе участвуют в основном ядра атомов водорода, т.к. в теле содержится много воды. Ядро атома водорода состоит из одного протона (положительно заряженной частицы), у которой есть свой магнитный момент, или спин. Если грубо и на пальцах, то можно представить, как маленький протон вращается вокруг своей оси, а если заряженная частица двигается или вращается, то она создаёт свое собственное магнитное поле. Именно вращение вокруг своей оси заряженной частицы и, тем самым, создание ею магнитного поля и можно назвать спином.

Итак, все атомы водорода в нашем теле имеют собственное магнитное поле, которое при помещении нас во внешнее магнитное поле, оказывается либо сонаправленным, либо противоположно направленным ему. Причем, во втором случае его энергия будет больше.

Чтобы поймать какую-то информацию от тела делают интересную вещь. Пускают в наше тело электромагнитный импульс достаточно низкой частоты (радио диапазон). Мы знаем из курса физики, что частица, поглощая фотон (пусть даже и радиочастотный), переходит в возбужденное состояние с более высокой энергией, причем частота поглощенного фотона должна строго соответствовать напряжённости внешнего магнитного поля. Это соответствие частот и является тем самым резонансом, фигурирующим в названии методики. А переход в состояние с более высокой энергией, в том числе, может означать разворот магнитного момента.

Далее происходит обратный переход атомов водорода из возбужденного состояния в стабильное (релаксация). И снова мы знаем из курса физики, что такой переход сопровождается выделением энергии. Эта энергия и регистрируется датчиками, и она даёт нам информацию о нашем теле. Каждый атом водорода, находящийся в конкретном месте даёт о себе знать и мы видим картинку.

Но здесь стоит отметить, что такое высокое и детализированное разрешение картинки происходит благодаря тому, что атомы водорода в разных тканях нашего тела находятся с разным окружением и имеют различную прочность связей. Так, например, в молекулах жировых тканей связи более прочные, а в воде сравнительно слабые. А при ядерном магнитном резонансе скорость релаксации ядер из возбужденного состояния зависит от прочности связей. Сильно связанные протоны выделяют энергию намного быстрее, чем протоны со слабой связью. Каждая ткань выделяет энергию с различной скоростью, и именно поэтому МРТ имеет такое хорошее контрастное разрешение.

Подытожим. МРТ основано на взаимодействии атомов водорода с внешним магнитным полем. Дополнительные электромагнитные импульсы, посылаемые в наше тело в совокупности с внешним магнитным полем возбуждают ядра наших атомов водорода, которые при релаксации испускают энергию, которую мы фиксируем как информацию о теле, причем в разных тканях с разной скоростью, и получаем контрастную картинку. Кстати, чтобы проникнуть на разную глубину тела, применяют магнитное поле переменной напряжённости.

Думаю, вы почувствовали, что самым простым языком объяснить этот метод сложно. Нужно знать основные законы физики. А метод сам по себе сложный, и от этого, дорогой. Но результат его в диагностике несравнимый с остальными методами. А самое главное, как вы уже поняли, это безвредно.

STOLBOV STUDY

Так можно представить себе магнитные моменты (спины) протонов во внешнем магнитном поле и в его отсутствии

Стекло аморфное или нет?

Как и многие люди, я думал, что стекло - это аморфное состояние материала. Но на счёт этого всё ещё ведутся споры. А так как я изучал физику твердого тела, нам рассказывали, что у стекла есть предпосылки не быть аморфным материалом. Сейчас поясню.

Что такое аморфное состояние? Это состояние вещества, где есть ближний порядок расположения атомов, т.е. одинаковое расстояние между атомами наблюдается только вблизи одного конкретного атома. Проще говоря, атомы расположены хаотично и расстояние между ними неодинаково, нет закономерностей их расположения во всем материале. По сути это жидкость, только твердая.

В твердом теле характерно закономерное расположение атомов во всем материале, окружение атома транслируется на дальние расстояния, есть периодичность их расположения в определенном порядке, что и называется кристаллической решеткой. То есть у атома есть определенные соседи, и такие атомы с такими соседями периодически повторяются. Это называется дальний порядок и твердые тела - единственные представители дальнего порядка.

Что такое стекло? Стекло это тоже представитель ближнего порядка, но у него есть отличие от аморфного тела.
Для начала поймём, как получается аморфное тело. Как мы уже сказали это по своей сути жидкость, только твердая. Вот и получается она из жидкости, которую надо охладить очень быстро, так, чтобы не успел образоваться дальний порядок, или кристаллы. То есть мы как бы фиксируем жидкое состояние но уже в твердом теле, быстрым охлаждением расплава. Стекло получается также быстрым охлаждением расплавленного песка.

Аморфными часто бывают металлы, как раз когда расплав, например, льется и очень быстро охлаждается. Но у аморфных веществ есть одна особенность - при нагревании они склонны образовывать дальний порядок и переходить в твердое состояние, т.е. кристаллизоваться. Оно и не удивительно, ведь аморфное состояние - метастабильное, и оно не обладает минимальной энергией. А так как все в природе стремится к минимуму энергии, аморфные тела при низкой температуре хотят быть твёрдыми, как и суждено по логике вещей. И поэтому, стоит их немного подогреть, придав подвижности атомам, они сразу же захотят упорядочиться и выстроиться в кристаллическую решетку и забыть о том нестабильном состоянии в которое мы их искусственно вогнали. Это называется процесс кристаллизации аморфных тел. Причем этот процесс необратим, при охлаждении кристаллизовавшееся аморфное вещество останется кристаллическом состоянии.

Стекла обладают несколько другими свойствами. Для стекол наличие ближнего порядка не является нестабильным состоянием, к тому же стекла - это как правило молекулярные вещества с определенными химическими связями, и там атомы не совсем могут двигаться как захотят. Поэтому в таком состоянии им пребывать не так уж и не нравится. Исходя из этого, при нагревании стекол не происходит их кристаллизации и образования дальнего порядка как в аморфных телах. Стекла становятся более текучими при нагревании, а при возврате температуры обратно - снова становятся вязкими и твердыми, но ближний порядок сохраняется. То есть нагрев-охлаждение стекол - обратимый процесс, можно сколько угодно туда-сюда нагревать, а стекло будет сохранять свое состояние, меняя лишь свою вязкость что говорит о том, что данное состояние для них является почти стабильным.

Яркими примерами веществ, находящихся в состоянии стекла, помимо самих стекол из песка, являются различные полимеры. Они высокомолекулярные, обладают ближним порядком и становятся текучими при нагревании.

Ставь свою реакцию, если понравился пост и ты узнал что-то новое, чего не знал раньше. А я уверен, что об этих различиях стекол и аморфных тел знают далеко не многие.

Кстати, природные стекла тоже существуют, и я думаю, вы догадались где. В вулканических породах, где жидкая раскаленная магма (лава) когда-то, соприкоснулась с холодным воздухом и, не успев кристаллизоваться, стала стеклом. Вулканический камень, именно в таком состоянии и находится. А лава, кстати, состоит в большей степени из разных силикатных пород, то есть практически из диоксида кремния, песка в простонародье, который как раз и становится стеклом при определённых условиях. Вот такие дела.

Инстаграм напомнил, что сегодня я уже год как кандидат наук) документально, конечно, меньше, но все же. Время летит с неимоверной скоростью, помню как сильно ждал этого момента и долго шел к нему. Но без людей вокруг это было бы невозможно. Всегда есть кто-то за кадром, кто помогает.

С этими мыслями связана одна история. Два года назад выкладывал публикацию с провокационным названием "есть ли толк от женщин в науке", где описывал достижения наиболее яркой в истории науки женщины Марии Кюри. Это первая женщина , получившая Нобелевскую премию и первый, в принципе, человек, получивший Нобелевскую премию два раза (по химии и по физике). И мне в комментариях написал человек, что мол Мария Кюри ничего не сделала, за нее сделал все муж и она не достойна премии. Не знаю, откуда человек взял эту информацию, может, у кого-то есть ссылки. Но, отсылаясь к предыдущему посту, скажу ещё раз: все, чего достигает человек, так или иначе происходит благодаря людям вокруг него и стечению обстоятельств. И это не значит, что он чего-то там не достоин.

С прошедшим праздником, дорогие женщины и девушки!

Авария на АЭС Фукусима-1. Ч.1.

В этот день 11 марта 2011 года произошла третья крупнейшая авария на атомной станции за всю историю развития отрасли, унесшая, пусть не столь много жизней по сравнению с Чернобылем, но, как минимум, изменившая жизни тысячи людей. По масштабности радиационного заражения она оказалась примерно в 5 раз меньше заражения после Чернобыльской аварии. Отчасти причина этому в четкости и дисциплинированности действий людей в тот момент, видимо, серьезно относившихся к своей работе и наученных на ошибках трагедии 1986 года.

На лекции нам рассказывали выжимки из толстого томика отчёта МАГАТЭ по этой аварии. И надо сказать, что японцы молодцы. Они делали все, что в их силах и в каждый момент им чуть-чуть не хватало времени, чтобы предотвратить аварию. Но стихия оказалась сильнее.

Причиной аварии послужило сильнейшее в истории Японии землетрясение, повлекшее за собой несколько волн цунами. Утром 11 марта после сильных подземных толчков реактор аварийно остановился, а также была разрушена инфраструктура внешнего электроснабжения станции. А чтобы топливо в реакторе, находящееся под высокой температурой безопасно остыло, нужно было электричество. Включились аварийные дизельные генераторы, находящиеся в подвале. И все вроде стало нормально.

Но вскоре стали приходить волны цунами, от которых привыкшие японцы защитили станцию дамбой, и в принципе подняли станцию на достаточную высоту. Но никто не ожидал, что цунами придет настолько сильный, что просто накроет эту дамбу вместе с территорией станции. В тот момент и землетрясение и цунами оказались сильнее, чем предсказывали сейсмологи.

Ну и, конечно же, аварийные генераторы затопило. Реактор снова оказался без электроснабжения.

Не буду здесь подробно описывать действия людей и технические моменты устройства станции, но как я уже сказал, они изо всех сил старались не допустить взрыва. Но не получилось. Далее опишу физику аварии

STOLBOV STUDY

Авария на АЭС Фукусима-1. Ч.2.

Предыдущая часть.

Вскоре по стечению ряда обстоятельств охлаждающая вода из реактора стала уходить, и тепло снимать с топлива было нечем. Температура в реакторе начала расти. Параллельно уходящая вода также и испарялась. А, так как оболочки, содержащие делящиеся элементы (уран), сделаны из циркония, при достижении 861 градуса произошла пароциркониевая реакция - бурная реакция пара с цирконием, при которой образуется огромное количество энергии, а также водород.

А ещё мы знаем, что водород - страшный газ, но страшный он не сам по себе, а когда смешивается с кислородом, или воздухом, в котором кислород содержится. Смесь кислорода и водорода называется гремучей смесью, которая очень взрывоопасна. Именно такая смесь и образовалась в реакторе. Когда температура достигла высоких значений, делящееся топливо стало плавиться, выпуская наружу все продукты деления. А потом, когда давление гремучей смеси внутри реактора стало критическим, он просто взорвался, выпустив в атмосферу всю радиоактивную грязь.

Ещё раз схема кратко: землетрясение - обесточивание реактора и включение аварийных генераторов - цунами - затопление аварийных генераторов - потеря теплоносителя (воды) - рост температуры топлива - пароциркониевая реакция и образование водорода - водород смешался с воздухом, образовалась гремучая смесь - активная зона плавится, обнажая радиоактивные продукты деления урана - растет давление гремучей смеси внутри - взрыв и выход радиоактивности в атмосферу.

Это стандартный сценарий тяжёлых аварий на АЭС с потерей теплоносителя, где применяются конструкционные материалы из циркония, то есть, почти везде. В ядерных кругах это называется LOCA (Loss Of Coolant Accident).

Авария на Фукусиме кардинально развернула вектор развития современной науки, и дала толчок к поиску новых материалов активной зоны реактора, устойчивых к перегревам и различным нежелательным химическим реакциям при потере теплоносителя. Появилось направление разработки толерантного (устойчивого) к аварии топлива или ATF (Accident Tolerant Fuel), которое до сих пор развивается во всем мире. Даже я в своей диссертации внёс в это направление, пусть крохотный, но вклад.

А японцы по прогнозам лет через 40 полностью ликвидируют последствия аварии и снова будут жить в этом районе. Может раньше, может позже. Но как всегда, все правила безопасности, пишутся кровью. Видимо по другому никак.

STOLBOV STUDY

Всем привет. Сейчас много работы и забот. Серьезные публикации напишу немного позже. А пока снова проведем викторину.

Ответить правильно здесь легко, попробуйте в комментариях объяснить, почему