¿Por qué algunos gases transferencia radiactividad y algunos don ' t?

Question

He leído recientemente que el helio va a ser utilizado como refrigerante en la Generación IV de reactores nucleares, porque

El helio es radiológicamente inerte (es decir, no participar fácilmente en los procesos nucleares y no se vuelven radiactivos).

(Fuente: Canal 3 de La Impacto de la Venta de la ley Federal de Reserva de Helio (2000))

Significa eso que si habrá algún tipo de fugas de helio, no contaminan el aire? También, cómo es que algunas de gas "conducta" de la radiactividad más que otros? Cómo se determina? He leído algo sobre el área de la sección transversal de los núcleos con los graneros como unidad, pero yo no entiendo muy bien el proceso.

¿Cuáles son algunos otros gases que son radiológicamente inerte?

Answer 1

Químicamente, el helio es inerte porque tiene un "lleno de valencia shell" de electrones, que es muy estable; es muy difícil cambiar esta estructura, ya que al hacerlo se requiere una gran cantidad de energía y produce un sistema que es probable que rápidamente volver a su estado fundamental, en condiciones normales.

El núcleo de helio-4 se encuentra en una situación muy similar: en un sentido, tiene "lleno de conchas" de los protones y los neutrones. En relación con sus vecinos en el núcleo gráfico, es una de las más estables nuclear configuraciones hemos medido. El cambio de esta estructura nuclear de cualquier manera es difícil, por lo que el helio-4 es poco probable llegar a ser radiactivos, en primer lugar, y de las configuraciones que se crean cuando esto ocurre, son tan inestables que se desintegran casi al instante. Captura de neutrones (de lejos, la causa primaria de la secundaria de la radiactividad) crea helio-5, que decae con una vida media de $7\times 10^{-22}$ segundos, por lo que apenas existe, y, ciertamente, no se encuentra fuera del reactor. También es básicamente imposible para excitar el núcleo de helio-4 para un mayor nivel de energía mediante radiación gamma a partir de un reactor de fisión, como el próximo nivel de energía es de 20 MeV por encima del suelo del estado (para la referencia, la mayoría de los pasos de la cadena de desintegración del uranio tiene un total de la energía que se libera de 4-7 MeV). Así que es seguro decir que el helio-4 es radiológicamente inerte.

El término "conducción" es probable que* hacer referencia a los siguientes procesos: un núcleo radiactivo predispuestos a emitir neutrones decae, y la emisión de neutrones son captados por el otro núcleo, que puede hacer inestable y por lo tanto radiactivos. En este sentido, lo que determina la facilidad con que una sustancia "lleva a cabo" la radiactividad es su predisposición a la captura de neutrones (también conocido como la sección transversal de captura de neutrones), que es fuertemente dependiente de la específica de la estructura nuclear. (Hay otras maneras de inducir la radioactividad, como la desintegración beta de un núcleo seguido por captura de electrones por otro, o la emisión de rayos gamma y la absorción, pero las condiciones necesarias para que los procesos son más raros.)

Para otros radiológicamente-sustancias inertes, uno podría buscar otros núcleos que se han "lleno de conchas" de los protones y los neutrones. En la estructura nuclear, estos son los llamados "doblemente mágico" núcleos (que tiene una "magia" que el número de protones y una "magia" el número de neutrones), y de hecho tienen una reputación de estabilidad, aunque ninguno es tan estable como el helio-4. Doblemente mágico núcleos incluyen oxígeno-16, calcio-40, y el hierro-56.

*Permítanme subrayar que la "conducción" es altamente no estándar de la terminología; el plazo para el proceso que describo aquí es "la radiactividad inducida."

Answer 2

Un átomo estable en las inmediaciones de un reactor de fisión puede ser radiactivo si su núcleo absorbe una de partículas energéticas. La dominante de partículas energéticas producidas por la reacción de fisión es la de neutrones.

Cuando un neutrón golpea un núcleo puede simplemente rebotan, impartir algo de la energía cinética que el átomo. Esto puede causar defectos estructurales en los sólidos, y es una cuestión importante en el diseño de reactores, ya que también muchos de estos defectos puede debilitar seriamente los materiales que el reactor está construido a partir de. Pero claro, esto no es un problema para los gases o de líquidos, la energía no hará más que aumentar su temperatura.

Si el neutrón no rebota, sino que es absorbido por el núcleo del átomo es transmutada a un mayor peso de los isótopos del mismo elemento. En algunos casos, el nuevo isótopo también es estable, pero en otros casos será inestable, que es radiactivo. Para átomos con un pequeño número atómico (Z, el número de protones en el núcleo), la más estable de las combinaciones tienen igual (o casi igual) el número de protones y neutrones. Si el protón : proporción de neutrones se desvía de este, a continuación, las reacciones se producen a intentar y lograr una mayor estabilidad de la relación.

Si un normal $^4He$ núcleo se las arregla para absorber un neutrón se transforma en $^5He$. La probabilidad de que esto ocurra es muy baja, pero incluso si esto ocurre, no hay nada de que preocuparse porque $^5He$ es muy inestable: se descompone de nuevo en $^4He$, con una vida media de alrededor de $7\times 10^{-22}$ segundos, emitiendo (por supuesto) un neutrón. Por lo que el resultado final es prácticamente indistinguible de la de neutrones, simplemente, la dispersión del núcleo.

Neutrones libres, ellos mismos tienen una vida media de alrededor de 10.3 minutos, que decae en un protón, un electrón y un electrón antineutrino, así que es posible que nuestro núcleo de helio es golpeado por un protón. Pero es mucho más difícil para un protón a ser absorbido por un núcleo debido a que las cargas positivas se repelen entre sí. Normalmente se tarda de enorme energía (alta temperatura) para reacciones de fusión nuclear que se producen. E incluso si por algún milagro de un protón es absorbida por una $^4He$, el resultado es altamente inestable $^5Li$, que tiene incluso una vida media más corta que la de $^5He$, y que se desintegra por emisión (lo has adivinado) de un protón y volver de nuevo a $^4He$.

De hecho, hay otro isótopo de helio estable, $^3He$, pero es muy raro, y, por supuesto, si se absorbe un neutrón, que acaba de llegar regular $^4He$.

Así que en resumen, cuando el helio se encuentra en un reactor de fisión no puede ser radiactivo, se acaba de entrar en calor, lo que hace que sea muy útil como refrigerante.

Answer 3

elementos no "conducta" radiactividad. Algunos son capaces de ser transmutada en radiactivos isótopos del mismo elemento o nuevos elementos que son radiactivos, al ser expuestos a intensa radiación por neutrones. El helio pasa a ser resistente a la transmutación y por lo tanto no se hace radiactivo a ser irradiado.