Рентгеновское излучение Ускорители элементарных частиц и ионов. Первый бетатрон для ускорения электронов Реактор БИГР Атомные батареи в космосе Атомные батареи для маяков, бакенов Космические ядерные аварии
Импульсные реакторы Излучатели нейтронов Лекции по радиобиологии Загрязнение окружающей среды в результате ядерных взрывов

Атомные реакторы и батареи. Радиобиология

Атомные батареи для маяков, бакенов и створных знаков

Атомные батареи нашли широкое применение в качестве автономных источников питания маяков, бакенов, створных знаков, автоматических метеостанций, устанавливаемых в труднодоступных регионах.

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи) - источники автономного электропитания с постоянным напряжением от 7 до 30 В для различной автономной аппаратуры мощностью от нескольких ватт до 80 Вт. Совместно с ритэгами используются различные электротехнические устройства, обеспечивающие накопление и преобразование электрической энергии, вырабатываемой генератором. Наиболее широко ритэги используются в качестве источников электропитания навигационных маяков и световых знаков. Ритэги также используются как источники питания для радиомаяков и метеостанций.

РИТЭГ обычно содержит корпус с теплоотводящим радиатором, тепловой блок с радиоизотопным источником тепла, тепловую изоляцию, термоэлектрический преобразователь, теплопереход между тепловым блоком и термоэлектрическим преобразователем, тепловой шунт с переменным тепловым сопротивлением, термостат с электронным преобразователем напряжений и накопителем, высокотемпературный терморегулятор для термоэлектрического преобразователя и низкотемпературный терморегулятор для термостата в виде тепловых труб с газовыми резервуарами и конденсатор.

Конструкции РИТЭГ отличаются между собой применяемыми изотопами, термоэлектрическими материалами, параметрами по выходному электрическому напряжению, выходной электрической мощности, массе, габаритам, конструктивными формами и др.

Примером может служить серия радиоизотопных источников типа SNAP-7 (США) с загрузкой изотопом стронция 90Sr: SNAP-7A мощностью 5 Вт и SNAP-7B мощностью 30Вт используются в качестве источников энергии для навигационных маяков, а источники SNAP-7D мощностью 30 Вт – в автоматических метеостанциях, расположенных в удалённых районах.

Рис.5 РИТЭГ советского производства на удалённом маяке.

В СССР создана серия изотопных термоэлектрических генераторов «Бета» (мощность порядка 10 вт), служащих для энергопитания
радиометеорологических станций. Главное действующее лицо в нем – изотоп стронция. Гарантийный срок службы генератора «Бета-С» -10 лет, в течение которых он способен снабжать электрическим током нуждающиеся в нем приборы. А все обслуживание его заключается лишь в профилактических осмотрах - раз в два года. Наиболее широко применяется РИТЭГ типа «Бета-М», который был одним из первых разработанных в конце 60х годов прошлого века изделий. В настоящее время в эксплуатации находится около 700 РИТЭГов этого типа. Этот тип РИТЭГА, к сожалению, не имеет сварных соединений и, как показала практика, может быть разобран на месте эксплуатации с использованием обычного слесарного инструмента.

Реакции радикалов органических молекул, приводящих к образованию стабильных соединений

1. Димеризация и присоединение.

Образовавшиеся свободные радикалы органических молекул могут взаимодействовать друг с другом, образуя димерные молекулы:

R1·  + R2· ® R1 ѕ R2

R·  + R· ® R ѕ R

 В результате такого типа реакций появляются димеры молекул и агрегаты более высого порядка. Примером реакции димеризации является образование аминокислоты цистина при облучении раствора цистеина.

2. Реакции диспропорционирования

R·  + R· ® RН + Р

В ходе такого типа реакции атом водорода перераспределяется между радикалми. В результате один из радикалов восстанавливается до исходной формы, а другой превращается в новое соединение.  Например, при облучении раствора глицина возникает свободный радикал глицина:

NH2CH2COOH  ® NH2·CHCOOH

Два радикала глицина вступают в реакцию диспропорционирования с образованием стабильных молекул аминокислоты глицина и имноуксусной кислоты:

NH2·CHCOOH  + NH2·CHCOOH ® NH2CH2COOH + NH= CHCOOH

Реакции гидролиза

Взаимодействие органического свободного радикала с молекулой воды приводит к появлению стабильной молекулы:

R·  + Н2О ® Р

Примером такой реакции является расщепление пептидной связи при облучении растворов белков:

-R1СН2 СО - NH CH2R2·  + Н2О ® -R1СН2 СОOH + - NH2 CH2R2

Присоединение кислорода

Как уже отмечалось, в присутствии свободного кислорода в облучаемых растворах образуются  окислительные радикалы с высокой реакционной способностью:

 Н· + О2 ® НО2·

 eq + Н+ + О2 ® НО2·

 Н2О2 + ОН· ® Н2О + НО2

eq + О2 ® О2-

Как видно, в присутствии кислорода в облученных растворах возникают благоприятные условия для окисления. Свободные радикалы НО2· и О2- способны вызвать окисление органических соединений по любым связям, в том числе и тем , которые устойчивы в ходе обычных окислительно-восстановительных реакций. К числу наиболее характерных реакций органических соединений с радикалами НО2· относятся реакция образования гидроперикисей:

R· + НО2· ® ROOH

 Так, при облучении растворов образуются гидроперикиси аминокислот, нуклеотидов, жирных кислот.

Другой РИТЭГ, выпускаемый в России, с источником тепла на основе стронций-90 «РИТ-90» представляет собой закрытый источник излучения, в котором топливная композиция обычно в форме керамического титанатастронция-90 (SrTiO3) дважды герметизирована аргоно-дуговой сваркой в капсуле.

Для высокоэнергоёмких радионуклидных энергетических установок в качестве топлива применяют плутоний-238.

Космическая гонка, особенно в военной сфере, потребовала энергооснащенности спутников, в десятки раз превышающей ту, что могли обеспечить солнечные батареи или изотопные источники питания.

В 50-х годах в СССР начаты работы по созданию реакторной термоэлектрической энергоустановки «БУК» с малогабаритным реактором на быстрых нейтронах и находящимся вне реактора термоэлектрическим генератором на полупроводниковых элементах

Выполненный комплекс работ с установкой "Ромашка" показал её абсолютную надёжность и безопасность.


Энергетика