Шаги полураспада
Краткий путеводитель по дозам радиации и их воздействию на организм
Шестого августа мир в семьдесят третий раз отмечает годовщину первой ядерной бомбардировки в истории человечества. В 1945 году американская атомная бомба «Малыш» взорвалась над центром японского города Хиросима. Непосредственными жертвами взрыва, по разным данным, стали от 70 до 80 тысяч человек, спустя дни и недели после этого десятки тысяч выживших умерли от неизвестного ранее недуга, позднее названого острой лучевой болезнью. По состоянию на август 2013 года число жертв атомной бомбардировки Хиросимы, с учетом погибших от хронической лучевой болезни и сопутствующих заболеваний, а также их потомков, также оказавшихся подверженными облучению, составило более 280 тысяч человек. С тех пор мощность ядерного оружия, накопленного во всем мире, многократно возросла, а ядерные катастрофы, такие как аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году и на японской атомной станции Фукусима-1 в 2011 году, показали, насколько велика опасность облучения в современном мире. Мы решили наглядно показать, где и как можно получить различные разовые дозы облучения, как они воздействуют на человеческое тело и к каким последствиям приводят.
Все дозы радиации в карточках ниже пересчитаны в зивертах. Зиверт — это единица СИ, показывающая, сколько энергии поглотила живая ткань, подверженная излучению. Если более знакомые всем рентгены показывают интенсивность ионизирующего действия излучения, а греи — энергию, полученную килограммом массы вещества, в том числе неорганического, то зиверты служат для измерения воздействия радиации на живых существ.
Он распался на кислород <sup>24</sup>O и четыре нейтрона
Японские физики синтезировали самый тяжелый на сегодняшний день изотоп кислорода 28O с магическим числом и нейтронов, и протонов. Он оказался нестабильным, несмотря на предсказанные для него магические свойства, и моментально распадался на четыре нейтрона и кислород 24O. По мнению авторов статьи в Nature, эти результаты указывают на сложную структуру нейтронной оболочки 28O с близкими по энергии возбужденными состояниями. Стабильность изотопов физики описывают разными теоретическими моделями. В частности, некоторые из них предсказывают высокую стабильность изотопов с определенным — магическим — числом протонов и нейтронов. Для протонов магическими являются числа Z = 2, 8, 20, 50, 82, 114, 126, а для нейтронов — числа N = 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. В атомах с такими числами нейтронные и протонные оболочки ядра полностью заполнены, а основное и возбужденные состояния сильно отличаются по энергии — это приводит к повышенной стабильности ядра. Особенно устойчивыми являются дважды магические ядра, в которых одновременно заполнены и протонная, и нейтронная оболочки — например, самый распространенный изотоп кислорода 16O. Для кислорода также известны более тяжелые изотопы с большим количеством нейтронов. Все они, начиная с 19O и заканчивая 26O, неустойчивы. При этом, согласно теоретическим представлениям, дважды магическое ядро 28O может быть устойчивым, хотя оно и содержит очень большое количество нейтронов. Тем не менее получить этот изотоп до сих пор не получалось. Впервые синтезировать кислород 28O удалось физикам под руководством Ёсуке Кондо (Yosuke Kondo) из Института физико-химических исследований RINKA в Японии. Для этого ученые облучали вращающуюся мишень из бериллия 9Be пучком ядер кальция 48Ca. При этом получались разные легкие ядра, из которых с помощью спектрометра физики отсеяли ядра фтора 29F и направили их на мишень из жидкого водорода. При этом из фтора образовались изотопы кислорода 27O и 28O. Далее, с помощью спектрометров физики смогли детектировать продукты их быстрого распада — нейтроны и кислород 24O. Рассчитанная учеными энергия распада составила 0,5 мегаэлектронвольта для 28O и 1,09 мегаэлектронвольта для 27O. Исходя из того, что энергия распада 27O и 25O больше, чем у 28O, физики сделали вывод, что изотоп 28O разложился ступенчато — сначала образовался изотоп 26O и два нейтрона, а затем 26O превратился в 24O и еще два нейтрона. Далее, физики провели расчеты нуклонной структуры 28O на основе теории χEFT (chiral effective field theory) и метода связанных кластеров (coupled-cluster method). Расчеты показали, что нестабильность ядра 28O связана с нестандартным расположением его нейтронных оболочек, которое приводит к заселению возбужденных состояний ядра с низкой энергией (intruder states). В результате физики впервые получили изотоп кислорода 28O и провели теоретические расчеты, объясняющие его нестабильность нестандартной структурой нейтронных оболочек. Тем не менее, прямые доказательства немагичности нейтронной структуры 28O еще предстоит найти. Ранее мы рассказывали о том, как физики получили самый тяжелый изотоп кальция.
