Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (АК)"

Активационный анализ

Активацио'нный ана'лиз, метод определения качественного и количественного состава вещества, основанный на активации атомных ядер и измерении их радиоактивного излучения. Впервые применен венгерскими химиками Д. Хевеши и Г. Леви в 1936. При проведении А. а. исследуемый материал в течение некоторого времени облучают (активируют) ядерными частицами (нейтроны, протоны, дейтроны, a-частицы и т. д.) или жёсткими g-лучами, а затем с помощью специальной аппаратуры определяют вид и активность каждого из образующихся радиоактивных изотопов. Каждый радиоактивный изотоп обладает своими, свойственными только ему одному, характеристиками: периодом полураспада Т¹/₂ и энергией излучения Е_изл, которые никогда не совпадают с аналогичными характеристиками др. изотопов; эти характеристики собраны в таблицы. Поэтому, если определить вид излучения и измерить Е_изл и (или) Т¹/₂ изотопов, присутствующих в активированном образце, то по таблицам можно провести их идентификацию (т. е. установить порядковый номер и массовое число). Ядерные реакции, которые при выбранном способе активирования приводят к образованию тех или иных радиоактивных изотопов, обычно хорошо известны, и с их помощью легко найти, из каких исходных изотопов образовались обнаруженные в активированном образце радиоактивные изотопы, т. е. определить исходный состав исследуемого материала.

  Для проведения количественного А. а. используют то обстоятельство, что активность радиоактивного изотопа после облучения образца пропорциональна числу ядер исходного изотопа, участвовавшего в ядерной реакции. Количественный А. а. может быть выполнен абсолютным или относительным способом. В первом случае измеряют абсолютную активность изотопа и, зная факторы, от которых зависит её значение, – время облучения, число активирующих частиц, проходящих через образец в единицу времени, эффективное сечение ядерной реакции (оно характеризует вероятность протекания ядерной реакции), изотопный состав химического элемента, Т¹/₂ образующегося радиоактивного элемента и время, прошедшее после прекращения облучения до момента измерения активности, – рассчитывают исходное содержание анализируемого элемента. Точность абсолютного метода невелика (20—50% ), а выполнение его связано с рядом трудностей, поэтому он не получил широкого распространения. Во 2-м случае вместе с исследуемым образцом в строго идентичных условиях облучают специально приготовленный эталон или серию эталонов, содержание определяемого элемента в которых точно известно. Далее сравнивают активность образца с активностями эталонов и, учитывая, что количество радиоактивных атомов, образующихся при облучении, пропорционально содержанию исследуемого элемента, находят требуемое значение (при использовании серии эталонов определение обычно ведут по калибровочной кривой зависимости активности от содержания анализируемого элемента). Если таким путём необходимо определить в образце содержание нескольких элементов, то сравнивают активность каждого из активированных в образце изотопов с активностями соответствующих эталонов.

  Для определения качественного и количественного состава с помощью А. а. можно применять инструментальный или радиохимический метод. Инструментальный А. а. заключается в исследовании излучения образовавшихся радиоактивных изотопов с помощью радиотехнической аппаратуры, обычно с использованием сцинтилляционных датчиков. Он проводится без разрушения образца, отличается экспрессностью, малой трудоёмкостью и экономичностью, но чувствительность его часто ниже, чем радиохимического метода. Радиохимический А. а. состоит в химическом разделении активированных элементов и определении активности каждого из них. Он пригоден для одновременного определения большого числа различных элементов, но требует больших затрат времени на выполнение химических операций.

  Из-за того, что ядра многих изотопов легче всего активируются нейтронами, источники которых достаточно разнообразны и доступны, а А. а. на нейтронах обладает высокой чувствительностью, нейтронный А. а. получил наибольшее распространение по сравнению с А. а. на др. ядерных частицах или g-лучах. Различия эффективных сечений отдельных изотопов в ядерных реакциях с нейтронами достигают сотен тысяч раз и более, поэтому нейтронный А. а. обладает высокой специфичностью. С помощью нейтронного А. а. определяют следовые количества примеси в материалах, используемых в реакторо– и ракетостроении (например,10^-4% гафния в цирконии), в полупроводниковой технике (чувствительность нейтронного А. а. на мышьяк, присутствие которого в германиевых транзисторах должно быть строго ограничено, достигает 10^-10 – 10^-11г) и т. д. Нейтронный А. а. пригоден для определения таких редких элементов, как золото при содержании до 10^-9 – 10^-10% и платина (до 10^-5 – 10^-6% ).

  Пример: определение с помощью нейтронного А. а. процентного содержания марганца в алюминиевом сплаве. Природный марганец состоит только из одного изотопа ⁵⁶Mn, а алюминий – только из изотопа ²⁷Al. При облучении нейтронами эти изотопы дают соответственно b-активные ⁵⁷Mn с Т¹/₂ = 2,58 ч. и ²⁸Al с Т¹/₂ = 2,3 мин. Из-за малости Т¹/₂²⁸Al практически нацело распадается через 15—20 мин после прекращения облучения, и активность сплава будет определяться присутствием в нём ⁵⁷Mn. Если одновременно с анализируемым образцом провести в строго аналогичных условиях активирование ряда эталонов, процентное содержание марганца в которых известно, а затем измерить активность эталонов и исследуемого сплава, которую они будут иметь через определённый промежуток времени после облучения, то, построив кривую зависимости активности от процентного содержания марганца в сплавах, легко по активности анализируемого сплава найти требуемую величину. Чувствительность определения будет тем выше, чем больше используемый нейтронный поток и эффективность измерения активности на аппаратуре.

  Распространение получил и А. а., основанный на ядерных реакциях, протекающих под действием g-излучения. Так, измеряя поток нейтронов, испускаемых анализируемым образцом после облучения его g-лучами, удаётся определить присутствие 10^-4% бериллия в пробе массой 100 г. Определение лёгких элементов, изотопы которых плохо активируются нейтронами (углерод, азот, кислород), может быть проведено путём измерения излучения изотопов, образующихся в результате облучения жёсткими g-лучами ядер соответственно ¹²C, ¹⁴N и ¹⁶O. А. а. на заряженных ядерных частицах (протоны, дейтроны, (a-частицы и др.) также даёт в ряде случаев удовлетворительные результаты. Например, с помощью ускоренных протонов удаётся определить до 10^-7% бора в кремнии, 10^-5% ниобия в тантале и т. д. Однако из-за отсутствия удобных источников излучений и ряда др. факторов этот метод А. а. пока не получил такого широкого распространения, как нейтронный А. а.

  Большое преимущество любого вида А. а. – отсутствие опасности загрязнения анализируемого вещества примесями, содержащимися в химических реактивах. Возможность анализа образцов без разрушения позволяет использовать А. а. для контроля чистоты готовых изделий, в криминалистике, археологии и т. д. Недостатки А. а. связаны главным образом с тем, что не все элементы хорошо активируются, и с необходимостью использовать дорогостоящее оборудование и соблюдать специальные меры предосторожности.

  Лит.: Тейлор Д., Нейтронное излучение и активационный анализ, пер. с англ., М., 1965; Плаксин И. Н., Старчик Л. П., Ядерно-физические методы контроля вещественного состава. Ядерные реакции и активационный анализ, М., 1966; Кузнецов Р. А., Активационный анализ, М., 1967.

  С. С. Бердоносов.

Активация яйца

Актива'ция яйца', переход зрелого яйца из состояния покоя к развитию; происходит при оплодотворении и партеногенезе. При оплодотворении А. я. вызывается контактом со спермием (см. Акросома) и включает комплекс явлений: кортикальную реакцию – импульс активации (волнообразно распространяющийся в поверхностном слое ооплазмы от места прикрепления сперматозоида), за которым у многих животных следует выделение содержимого кортикальных телец и отделение оболочки от поверхности ооплазмы; образование воспринимающего бугорка в месте прикрепления сперматозоида и вовлечение сперматозоида в ооплазму; стимуляцию яйцевого ядра (у разных животных в зависимости от стадии, на которой были заторможены ядерные преобразования, яйцо либо приступает к мейозу, либо завершает его, либо переходит к кариогамии и делениям дробления); ооплазматическую сегрегацию. А. я. сопровождается повышением интенсивности обмена веществ: увеличивается проницаемость клеточной мембраны, обмен калием и фосфатом с окружающей средой, наблюдается выход из яйца кальция, активируется синтез белка и др; некоторых животных повышается потребление яйцом кислорода. Партеногенетическую А. я. можно вызвать растворами солей, слабыми органическими кислотами, растворителями жиров, мочевиной, сахарозой, некоторыми ядами, термическим или электрическим шоком, механическими воздействиями и др., что свидетельствует о наличии в основе А. я. пускового (триггерного) механизма, приводимого в действие неспецифическими агентами.

  А. С. Гинзбург.

Активизация тектоническая

Активиза'ция тектони'ческая, переход отдельных участков земной коры в более подвижное состояние в связи с увеличением интенсивности вертикальных движений земной коры. Обычно под А. т. понимается превращение платформв горные страны (активизированные платформы, или эпиплатформенные орогенные пояса). А. т. наиболее характерна для неотектонического этапа развития земной коры, наступившего одновременно с горообразованием в альпийских геосинклиналях. Примером А. т. служит возникновение горных поясов на месте Азиатских платформ с докембрийским и палеозойским фундаментом (например, в Тянь-Шане или в Прибайкалье). Области А. т. характеризуются увеличенной (главным образом за счёт «базальтового» слоя) мощностью земной коры, повышенной сейсмичностью, проявлениями базальтового вулканизма и наличием рифтов(Байкальская система, Восточно-Африканские). По мнению ряда исследователей, А. т. предположительно связывается с разогревом верхней мантии Земли и частичным плавлением её вещества.

  Лит.: Хаин В. Е., Общая геотектоника, М., 1964.

  В. Е. Хаин.

Активированный комплекс

Активи'рованный ко'мплекс, группировка атомов в решающий момент элементарного акта химической реакции. Понятием об А. к. широко пользуются в теории скоростей химических реакций.

  Протекание элементарного акта может быть рассмотрено на примере газовой бимолекулярной реакции образования йодистого водорода из водорода и паров иода:

H₂+I₂ = 2HI                   (1)

  Как показывает квантовомеханическая теория, при сближении молекул H₂ и I₂ на расстояние, сравнимое с молекулярными размерами, они отталкиваются друг от друга с силой, быстро растущей при уменьшении расстояния. Подавляющее большинство столкновений молекул H₂ и I₂ в газовой смеси не приводит к реакции, потому что энергия теплового движения молекул оказывается недостаточной для преодоления отталкивания. У некоторой, весьма малой, доли молекул интенсивность теплового движения случайно много больше средней; этим создаётся возможность настолько тесного сближения молекул H₂ и I₂, что возникают новые химические связи между атомами Н и I, а существовавшие прежде химические связи Н—Н и I—I разрываются. Две образовавшиеся молекулы HI отталкиваются друг от друга и поэтому расходятся, чем завершается элементарный акт реакции. Переход от расположения связей  к расположению  происходит не внезапно, а постепенно: по мере сближения молекул H₂ и I₂ связи Н—Н и I—I ослабевают и одновременно усиливаются связи Н—I. Отталкивание Н—Н от I—I сменяется отталкиванием Н—I от Н—I в момент, когда новое расположение связей начинает превалировать над старым. Таким образом, в ходе элементарного акта возникает конфигурация атомов, являющаяся критической в том смысле, что если она достигнута, то дальнейшее движение атомов происходит беспрепятственно, не требуя запаса энергии. Совокупность атомов в этой конфигурации и называется «активированным комплексом» (Г. Эйринг, США, 1935) или «переходным состоянием» (М. Г. Эванс и М. Поляни, Англия, 1935). Для обратной реакции

2HI = H₂+I₂                   (2)

расположение атомов в А. к. будет таким же, как и для прямой реакции (1), но направления движения атомов в активированных комплексах реакций (1) и (2) взаимно противоположны.

  Энергетические соотношения при элементарном акте реакции можно схематически представить с помощью графика, на котором потенциальная энергия реагирующей системы U изображена как функция т. н. реакционной координаты х, описывающей взаимное расположение атомов.

  Задавшись некоторым весьма малым интервалом Dх (рис.) и считая, что конфигурация атомов отвечает А. к., если координата х имеет значение, лежащее в пределах этого интервала, можно ввести понятия – концентрация активированных комплексов прямой реакции в данной реагирующей системе с₊ и их время жизни t. За время t в единице объёма происходит с₊ актов прямой реакции. Т. к. скорость прямой реакции r₊. есть число соответствующих актов реакции в единице объёма в единицу времени, то

                        (3)

  Поскольку интервал Dх мал, то и с₊ и t пропорциональны Dх, так что их отношение не зависит от значения произвольно выбранной величины Dх. Величины с₊и t вычисляются методами статистической механики, при этом используют ряд упрощающих предположений, из которых главным является допущение, что протекание реакции не нарушает статистически равновесное распределение молекул по состояниям.

  Уравнение (3) выражает основную идею теоретической трактовки скоростей реакций на основе концепции А. к. Оно не только позволяет судить о зависимости скорости реакции от концентраций веществ – участников реакции, от температуры и др. факторов, но устанавливает абсолютное значение скорости. Поэтому метод А. к. часто называют теорией абсолютных скоростей реакций. В некоторых сравнительно немногочисленных реакциях перестройка химических связей происходит затрудненно, так что достижение конфигурации А. к. ещё не гарантирует осуществление акта реакции. Чтобы учесть существование таких реакций, называемых неадиабатными, в правую часть равенства (3) вводят добавочный множитель, «коэффициент прохождения» или «трансмиссионный коэффициент»; в случае неадиабатных реакций он много меньше единицы.

  Исходные понятия метода А. к. были разъяснены выше на примере гомогенной газовой реакции, но метод применяют и к скоростям реакций в растворах, гетерогенно-каталитических реакций и вообще к вычислению скоростей во всех случаях, когда превращение связано с необходимостью случайного концентрирования энергии теплового движения в количестве, значительно превышающем среднюю энергию молекул при данной температуре.

  Сопоставление теории абсолютных скоростей реакций с опытными данными, как и теоретический анализ её предпосылок, показывает, что эта теория, будучи не вполне точной, вместе с тем является удачным приближением, ценным своей простотой.

  Лит.: Глесстон С., Лейдлер К., Эйринг Г., Теория абсолютных скоростей реакции, пер. с англ., М., 1948.

  М. И. Тёмкин.

1 – начальное состояние; 2 – активированный комплекс; 3 – конечное состояние.

Активированный уголь

Активи'рованный у'голь, то же, что активный уголь.

Активная зона

Акти'вная зо'на ядерного реактора, пространство, в котором осуществляется контролируемая цепная реакция деления ядер тяжёлых элементов (урана, плутония). Цепная реакция сопровождается выделением кинетической энергии осколков деления, а также энергии нейтронного и g-излучений и b-распада. А. з. содержит: делящееся вещество, которое чаще всего выполняется в виде блоков или стержней; замедлитель, если реакция в основном производится медленными нейтронами (в реакторах на быстрых нейтронах замедлитель отсутствует); теплоноситель для отвода выделяющегося в результате реакции тепла; элементы, приборы и устройства систем управления, контроля и защиты реактора. Делящееся вещество может находиться либо отдельно от остальных компонентов А. з. (гетерогенный реактор), либо в смеси с ними (гомогенный реактор). В качестве замедлителя обычно используют воду, тяжёлую воду, графит, бериллий, органические жидкости. Для предотвращения ядерной аварии вследствие перегрева от выделяющегося в реакторе тепла и для повышения его кпд необходим надёжный отвод тепла; теплоносителями в реакторах на тепловых нейтронах служат вода, водяной пар, тяжёлая вода, органические жидкости, гелий, углекислый газ; в реакторах на быстрых нейтронах – жидкие металлы (преимущественно натрий). Для уменьшения утечки нейтронов А. з., как правило, окружается со всех сторон отражателем нейтронов, материалом которого являются те же вещества, что и для замедлителя.

  С физической точки зрения наилучшая форма А. з. – шар, однако по конструктивным соображениям её выполняют чаще всего в виде цилиндра (рис.).

  Ю. И. Корякин.

Активная зона ядерного реактора с отражателем (в плане): 1 – контур зоны; 2 – тепловыделяющие стержни; 3 – регулирующие стержни; 4 – отражатель; 5 – корпус реактора.

Активная конструкция

Акти'вная констру'кция в лингвистике, способ выражения в большинстве языков мира (исключая корнеизолирующие и полисинтетические) субъекта и объекта действия, при котором субъект действия выражается подлежащим переходного глагола, стоящего в действительно (активном) залоге, а объект действия – прямым дополнением того же глагола. А. к. встречается в виде двух разновидностей – номинативной конструкции и эргативной конструкции — и противопоставляется пассивной конструкции.

Активная мощность

Акти'вная мо'щность, среднее за период значение мгновенной мощности переменного тока. А. м. Р зависит от действующих значений напряжения V и силы тока I и от косинуса j, где j – угол сдвига фаз между V и I. В электрической цепи однофазного переменного тока (синусоидального) P=VIcos j (для трёхфазного тока ). А. м. может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле P = I²r =V²g В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока А. м. всей цепи равна сумме А. м. отдельных частей цепи. С полной мощностью S А. м. связана соотношением P = S cos j. Единица измерения А. м. – ватт (вт ).

Активная оборона

Акти'вная оборо'на (воен.), термин, выходящий из употребления; используют главным образом в военно-исторической литературе. Обычно применяют понятие – активность в обороне. См. Оборона.

Активная турбина

Акти'вная турби'на, турбина, в которой внутренняя энергия рабочего тела (газ, пар, жидкость) преобразуется во внешнюю кинетическую в неподвижных направляющих (сопловых) устройствах и используется далее для создания полезной работы на рабочих лопатках турбины. См. Гидротурбина, Паровая турбина, Газовая турбина.

Активное вентилирование

Акти'вное вентили'рование (в сельском хозяйстве), принудительное продувание воздуха через массу с.-х. продукции без её перемещения. В отличие от естественной вентиляции (тепловой конвекции) и поверхностного обдувания, А. в. позволяет создать и поддерживать равные оптимальные условия в больших объёмах продукции и благодаря этому снизить потери с.-х. продукции при хранении и эффективнее использовать объём хранилищ. А. в. используется при хранении зерна, семян, сахарной свёклы, картофеля, овощей и др. Системы А. в. имеют конструктивные различия, но необходимыми элементами всех их являются: вентилятор, воздухораспределительные каналы и ёмкости для размещения продукции. Распространены стационарные и передвижные установки для А. в. В соответствии с особенностями технологии хранения разных видов продукции в системах А.в. предусматривают устройства для подогрева, охлаждения, увлажнения, осушения воздуха, подачи паро– и газообразных веществ и т. д. Основная характеристика системы А. в. – удельная подача воздуха [в м³/ (т´ч)] и давление (в Мн/м², или кгс/см²). Системы А. в. в крупных хранилищах оборудуются автоматическим управлением. А. в. – прогрессивная технология хранения с.-х. продукции, широко внедряемая в производство.

  Лит.: Голик М. Г., Активное вентилирование зерна в складах и элеваторах, М., 1951; Трисвятский Л. А., Хранение зерна, 3 изд., М., 1966; Хелемский М. З., Хранение сахарной свеклы, М., 1966; Активное вентилирование картофеля и капусты при хранении, М., 1966.

  Е. П. Широков.

Назад к карточке книги "Большая Советская Энциклопедия (АК)"