中子辐射在其他方面也得到大量应用。科学家用反应堆或医用粒子加速产生的中子束流治疗癌症病人,或用中子辐射方法产生人工放射性同位素,对病人进行放射性诊断和治疗,治愈了成千上万的肿瘤患者。此外,还出现了中子活化分析、中子掺杂生产半导体器件、中子辐照育种、中子探伤、中子照相、中子测井等先进技术,广泛应用于材料、生命科学、资源勘测、环境监测、农业增产等领域。
中子与物质相互作用决定于中子与原子核之间的核力。中子与电子之间的磁(矩)作用非常小,一般可以忽略。中子与原子核之间的核力主要由中子与核内质子之间以及中子与核内中子之间作用力组成。作用力的强或弱,首先决定于作用距离。一般发生在10-13cm之间,其次是决定于相互之间的自旋取向,其实质类似一种引力。所以,原则上讲任何能量中子与物质作用,形成复合核的可能性都比较大。实际上低能量的(或称低速度)中子(例如10eV)与原子核相碰撞时,具有很大几率被原子核俘获,形成复合核。
中子被原子核俘获后,形成具有复合核的激发能(E核)为
核辐射场与放射性勘查
式中:M为碰撞核的质量;m为中子质量;εn为中子在复核内的结合能;E为碰撞前中子的动能。受激复合核通过发射粒子(带电粒子或中子)或发射γ量子或发生核裂变,跃迁到具有较低能级的基态。
由此可见,无论发生哪种核反应的几率都与能量特征有关。例如,当发射粒子(p,α,n)的结合能(εx)小于复核的激发能(E核)时,原子核才有可能在俘获中子后发生发射粒子的核反应。也就是
核辐射场与放射性勘查
式中:Q 为核反应能量;当 Q >0 时称放热核反应;当 Q <0 时,称吸热核反应。发射带电粒子的(n,p)和(n,α)核反应,可以是吸热反应也可以是放热反应。
对中子来讲,其反应截面一般与1/v成正比(v为慢中子速度)。慢中子碰撞引起发射带电粒子核反应必须是放热反应。反应能量(Q)必须足够大,才能使带电粒子有相当大的核库仑势垒穿透率。势垒高度近似与原子序数Z2/3成正比。这个条件把慢中子引起带电粒子核反应限制在轻元素核范围内。
原子核对中子来讲没有势垒,俘获中子后的复合核,可以发射任何能量的中子,都是几率极大的作用过程。其发射中子的几率与入射中子的速度成正比,也就是与中子能量的平方根(E1/2)成正比。
任何能量中子,都能与任何原子核作用(除氦核,即α粒子)进行辐射俘获(n,γ)反应。根据核能级的级联关系,可以发射一个或几个能量γ量子。由于发射中子核反应的竞争,辐射俘获的几率很小,只有较低能量的入射中子才有利形成辐射俘获。中子能量越低(n,n)反应的几率越小;而(n,n′)和辐射俘获反应的几率占优势[而非d性散射(n,n′)反应也常常伴随γ射线的发射]。
从原理上讲,质量数A>100的核都可以看成是亚稳态。如果给原子核以足够的能量,这些原子核都能进行裂变。这个能量叫做激活能,激活能大的核裂变几率就小。只有某些具有低激活能的最重的原子核,裂变几率才是最大的。核裂变反应,总是和(n,n)、(n,n′)反应以及辐射俘获(n,γ)同时发生。
(一)散射作用
能量适当的中子和原子核碰撞后,发射的仍然是中子称为散射作用。如果发射的中子能量与入射中子能量相等,叫d性散射。如果发射中子能量有损失,称之为非d性散射。d性散射主要是两种作用的叠加:第一种是中子与(比中子质量大很多的)重原子核作用时,原子核基本上没有反冲,中子基本没有能量损失。称势散射或形态散射,其散射截面用σ形表示。第二种是中子进入原子核后形成复核,使核处于激发态。在放出能量相当于入射中子能量的中子后,又重新回到稳定状态。其入射和发射中子是能量守恒的。构成类似中子散射,其散射截面用σ发表示。总的d性散射截面为:σ总=σ形+σ发。从核反应意义来讲,可写为(n,n)。
根据能量和动量守恒原理,碰撞后反冲核能量为
核辐射场与放射性勘查
式中:EM反冲核动能;En和En′为碰撞前后中子的动能;M为反冲核质量;m为中子质量,φ为核反冲角。由此可见,散射原子核质量越接近中子质量,反冲角越小(即散射角越大)则中子能量损失越大。如中子被质子(氢核)散射,平均一次碰撞损失能量的一半,且散射角近90°时,中子能量几乎全部损失。
当中子能量大于核激发能EL时,一个中子与核碰撞,被核吸收后在极短时间内发射一个能量较低的中子,中子损失的能量( )使原子核激发。这样的过程叫非d性散射,可写为(n,n′)。
核辐射场与放射性勘查
式中:Eγ为核激发态与基态的能量差。
产生非d性散射的激发态原子核常常是通过发射一定能量的γ射线而释放能量,回到基态。表2-3-2为几种非d性散射核的γ射线数据。中子与12C和16O原子核的非d性散射作用,同时发射的γ射线(表2-3-2),能量差别较大,很容易探测。在石油勘探与开采中,用中子γ能谱测井,根据碳/氧比划分油水分界面,以及煤田勘探中的中子γ测井(参见图5-7-11)就是以此为理论依据。
表2-3-2 部分轻元素中子非d性散射截面与发射的主要γ射线能量
地球物理现场使用的都是快中子源,能量较高,都在2MeV 以上。通过地层物质,与原子核发生d性、非d性散射,而损失能量。根据计算,中子与靶原子核的每次碰撞,平均能量损失( )为
核辐射场与放射性勘查
式中:A为靶原子核的质量数;E0为中子初始能量。对于氢原子核A=1,每次碰撞平均能量损失一半;与碳原子核碰撞一次,损失能量14%;与A=207的重元素铅原子核碰撞一次,损失能量约为万分之一。中子能量低,运动速度慢,所以轻元素物质,如水与碳氢化合物是良好的中子减速剂(慢化剂)。地层对中子的减速能力,主要与水含量关系密切。根据中子减速理论,可以计算不同物质对中子的减速能力,即减速长度。表2-3-3是Marshak R.E.计算的若干物质减速长度。地层的其他岩石组成物质减速能力比水小1~2个数量级,因此地层的宏观减速能力近似等于地层孔隙中水或石油的减速能力。从快中子能量减速到热中子能量(0.025eV),所需要的时间称减速时间。水中减速时间约为10-5s。热中子从产生到63.2%被俘获所需要的时间,称热中子在地层中的寿命;与地层中氯含量关系密切,是划分油水界面的依据。
表2-3-3 中子能量从E0变到E=1.44eV时的减速长度
(二)辐射俘获
原子核俘获中子后形成的激发态的复核系统,在极短时间内放出一个或几个γ光子的辐射衰变回到基态,这样的反应过程叫辐射俘获,表示为(n,γ)。(n,γ)反应与非d性散射(n,n′),发射其他粒子核反应以及发生核裂变等反应是相互竞争的,对不同能量中子各有优势。发射带电粒子的条件是当粒子的激发能量比粒子的结合能量大时才有可能。中子的辐射俘获和散射之间的竞争,只有当中子能量非常小,仅等于或小于10eV数量级时,才有利于产生辐射俘获。随着中子能量增大,辐射俘获几率减小。
252Cf中子源经过慢化使中子能量降低,作为辐射俘获的中子源是非常有利的。用于辐射俘获γ能谱测井,可以一次测量多种元素,成为元素测井的主要方法。对绝大多数元素来讲,辐射俘获产生的γ射线能量大于3MeV,较天然核素高很多,不易受到干扰。表2-3-4为几种辐射俘获元素的参数。
表2-3-4 中子俘获γ射线能量及灵敏系数
中子辐射俘获很像X射线荧光,在激发的同时进行γ能谱测量。比常规中子活化速度快。也像中子活化一样,分析元素的灵敏度各不相同。如果使用高能量分辨率半导体探测器,可达微量级。
每个元素的中子辐射俘获和中子能量以及核反应截面关系密切。用于进行元素分析的灵敏度,常用灵敏系数来表示。即s=Iσ/A。式中I为俘获每100个中子产生的γ射线数,σ为反应截面(10-28m2),A为原子量(表2-3-4)。
中子辐射俘获可用于测井,称为元素测井;可用于深海(5~6km)海底,进行连续测量,探查锰结核的分布;也可以作为中子活化分析的一个特殊方法。
(三)发射带电粒子的核反应
从快中子到热中子与原子核发生碰撞,使稳定原子核发射带电粒子,最主要的核反应有(n,p),(n,α)。这些核反应都伴随有γ射线发射,是中子活化分析和中子活化测井的基本依据。
(四)核裂变反应
中子与重原子核碰撞,使重原子核分裂(n,f),释放出中子(几个中子),绝大多数为瞬发(10-8s)中子;也有极少数(0.7%)重核,经过一段时间之后发射中子,称缓发中子。如快中子(En>1MeV)和热中子作用下238U和235U产生裂变反应,产生六组不同能量不同半衰期的缓发中子可以用来直接探测矿石中铀和钍的含量。
效应防辐原则剂量限值核辐射效应辐射最可能导致哪些长期的健康损害辐射环境核辐射对人体的危害核辐射的危害原理:核电站事故一览预防核辐射基本预防措施 八种有特殊防治效果的果蔬 其他防治核辐射的方法核泄漏防护知识
不要淋雨 穿戴帽靴 彻底洗澡 更换衣服 关闭窗户和通风口 进入地下 别用电话 带收音机 封好食品 勿饮海水淡化水 用铅板墙壁等遮挡降低照射强度 严防死守五官个人核辐射防护碘对核辐射的作用黄滑松茸对核辐射的作用
关于黄滑松茸 对核辐射的作用核辐射 - 污染展开
核反应是指入射粒子(或原子核)与原子核(称靶核)碰撞导致原子核状态发生变化或形成新核的过程。反应前后的能量、动量、角动量、质量、电荷与宇称都必须守恒。 核反应是宇宙中早已普遍存在的极为重要的自然现象。现今存在的化学元素除氢以外都是通过天然核反应合成的,在恒星上发生的核反应是恒星辐射出巨大能量的源核辐射
泉。 此外,宇宙射线每时每刻都在地球上引起核反应。自然界的碳14大部分是宇宙射线中的中子轰击氮14产生的。1919年英国的E.卢瑟福用天然放射性物质的α粒子轰击氮,首次用人工实现了核反应。30年代初加速的出现和40年代初反应堆的建成,为研究核反应提供了强有力的工具。目前已能将质子加速到5×10^5兆电子伏,将铀原子核加速到约9×10^4兆电子伏,并能获得介子束。高分辨率半导体探测器的使用,大大提高了测量核辐射能量的精度。核电子学和计算机技术的发展,从根本上改善了数据的获 取和处理能力。在过去半个多世纪里,研究过的核反应数以千计,制备出了自然界不存在的放射性核素约2000种,发现了300余种基本粒子,获得了有关核素性质、核转变规律、核结构、基本粒子以及自然界四种相互作用的规律和相互联系的大量知识。
辐射定义
[1]放射性物质以波或微粒形式发射出的一种能量就叫核辐射,核爆炸和核事故都有核辐射。核核辐射标志
辐射主要是α、β、γ三种射线: α射线是氦核,只要用一张纸就能挡住,但吸入体内危害大; β射线是电子流,照射皮肤后烧伤明显。这两种射线由于穿透力小,影响距离比较近只要辐射源不进入体内,影响不会太大; γ射线的穿透力很强,是一种波长很短的电磁波。γ辐射和X射线相似,能穿透人体和建筑物,危害距离远。宇宙、自然界能产生放射性的物质不少但危害都不太大,只有核爆炸或核电站事故泄漏的放射性物质才能大范围地对人员造成伤亡。 电磁波是很常见的辐射,对人体的影响主要由功率(与场强有关)和频率决定。通讯用的无线电波是频率较低的电磁波,如果按照频率从低到高(波长从长到短)按次序排列,电磁波可以分为:长波、中波、短波、超短波、微波、远红外线、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线、宇宙射线。以可见光为界,频率低于(波长长于)可见光的电磁波对人体产生的主要是热效应,频率高于可见光的射线对人体主要产生化学效应。
定义1
我们来分析一下“原文”中对“核反应”的定义:“原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程,称为核反应”.这个定义明显是有一定局限性的,实际上描述的是另外一种原子核反应类型——原子核的人工转变(包括重核裂变等)。
定义2
像铀、钍和镭这些放射性元素,原子核内的质子和中子可以连续地由高能排列变成低能排列,这就称为“核反应”,释放出来的多余能量叫做“原子核能”。
定义3
当用一定能量的人射核子去轰击原子核时,由于两者之间的相互作用而引起原子核的变化,这个过程称为核反应.历史上第一个人工核反应是1919年卢瑟福用天然放射源(钋Po)产生的7
定义4
所谓核反应,是指原子核受一个粒子撞击而放出一个或几个粒子的过程[1].在对其研究的过程中,实验工作者常采用静止的实验室坐标系,进行数据的实际测量。
定义5
原子核反应及方程式原子核发生转变的过程称为核反应.书写核反应方程的依据是反应前、后电荷数不变,质量数也不变。 按入射粒子的不同,核反应可分为三类:①中子核反应,如中子的d性散射(n,n)、非d性散射(n,n′),中子的辐射俘获(n,γ),发射带电粒子的核反应(n,p)、(n,α)等,又如中子裂变反应(n,f),发射两粒子的核反应(n,2n)、(n,pn)等;②带电粒子核反应,如质子引起的核反应(p,γ)、(p,n)、(p,p)、(p,p′)、(p,α)、(p,2n)等,氘核引起的核反应(d,n)、(d,p)、(d,α)等,α粒子引起的核反应(α,n)、(α,2n)、(α,p)等,重离子引起的核反应(12C,4n)、(22Ne,6n)等;③光核反应,即光子引起的核反应,如(γ,n)、(γ,p)、(γ,α)、(γ,f )等。 按入射粒子的能量,核反应又可粗分为三类:①低能核反应,入射粒子能量低于108电子伏,对于较轻的重离子,每个核子平均能量低于107电子伏(如108电子伏的碳12核),也属于低能核反应的范畴,低能核反应的出射粒子的数目最多为3~4个;②中能核反应,入射粒子能量在108~1010电子伏之间;③高能核反应,入射粒子能量大于1010电子伏。
辐射单位
常用辐射单位:核电站
物理量 老单位 新单位 换算关系 活度 居里(Ci) 贝克[勒尔](Bq) 1Ci=3.7× 1010Bq 照射量 伦琴(R) 库仑/千克(C/kg) 1R=2.58×10-4C/kg 吸收剂量 拉德(rad) 戈[瑞](Gy) 1Gy=100rad 剂量当量 雷姆(rem) 希[沃特](Sv) 1Sv=100rem
编辑本段天然辐射
天然辐射主要有三种来源:宇宙射线、陆地辐射源和体内放射性物质。据有关资料统计,天然辐射造成的公众平均年剂量值如下表所列。 照射成分 年有效剂量(毫希) 正常本底地区 照射量升高的地区 宇宙射线 0.38 2.0 宇生放射性核素 0.01 0.01天然辐射
陆地辐射:外照射 0.46 4.3 陆地辐射:内照射(氡除外) 0.23 0.6 陆地辐射:氡及其衰变物的内照射 吸入222Rn 1.2 10 吸入220Rn 0.07 0.1 食入222Rn 0.005 0.1 总计2.4
人工辐射
人工辐射源包括放射性诊断和放射性治疗辐射源如x光,核磁共振等、放射性药物、放射性废物、核武器爆炸的落下灰尘以及核反应堆和加速产生的照射等。根据有关资料记载,人工辐射源对公众产生的平均 年剂量值如下表所列。 辐射源 剂量(毫希/年) 放射诊断 0.22 放射治疗 0.03 医用同位素 0.002 放射性废物 0.002 核爆炸落下尘 0.01 职业照射 0.009 其他辐射源 0.012 核电站周围 0.001~0.02
编辑本段核反应
科技名词定义 中文名称: 核反应 英文名称: nuclear reaction 定义: 核子、核或其他粒子与靶核碰撞,导致靶核质量、电荷或能态发生变化的现象。反应前后的核子数、电荷数、能量和动量都守恒。 所属学科: 电力(一级学科);核电(二级学科) 核反应(nuclear reaction),是指粒子(如中子、光子、π介子等)或原子核与原子核之间的相互作用引起的各种变化。
特点
1、连锁反应 某些核反应存在连锁反应的现象,如:U-235和中子的核反应:只要有一个中子轰击U-235,就会放出3个中子,3个中子再去轰击U-235就会生成9个中子,这样连续下去,在几微秒的时间里,就使反应进行得非常剧烈而放出巨大的能量,具有这种特点的反应,我们称之为连锁反应。原子d的爆炸能够如此剧烈,就是由于发生了连锁反应。 2、伴随核辐射 在U-235与中子的核反应中,如果反应不密封的话,产生的中子会以光速射向周围环境,形成辐射。以光速运动的微小粒子都能产生辐射。辐射看不见、摸不着。但是可以通过仪器测得。少量的辐射对人体不产生影响,而且人类还利用辐射为人类造福,例如医院用X光给病人做胸透,化疗是目前治疗癌症比较常用的方法,其原理就是利用辐射来杀死癌细胞。但是辐射量一多,就会对人体产生伤害。比如X光可以用于检查疾病,但是如果孕妇照X光的话,就有可能导致婴儿畸形或基因变异。同样,接受化疗的病人,会有脱发、恶心、乏力等副反应出现。剂量再大一点的辐射,还会使成人产生基因变异,诱发血癌、皮肤癌等疾病。大量的辐射,还会烧伤甚至烧死一切有生命的物质。 3、高效 4、清洁、无污染 核能是清洁、无污染的新能源: 以法国为例:1980-1986年间,法国核电占总发电量的比例由24%-70%,在此期间法国总发电量增加40%,而排放的含硫物质降低了9%,尘埃减少了36%。大气质量明显改善。 日本福岛第一核电站的事故“辐射”一词已提升为热门话题。 据日本时事社29日报道,在福岛第一核电站区域内的5处地点采集的土壤样本进行检测,检测出了放射性钚。这些土壤样本采集于本月21日和22日,东京电力公司委托外部专门机构进行了检测,并从中检测出微量的钚-238、钚-239和钚-240。 背景资料: 钚(英语:Plutonium)也属于一种放射性毒物。原子序数为94,元素符号是Pu,是一种具放射性的超铀元素。它属于锕系金属,外表呈银白色,接触空气后容易锈蚀、氧化,在表面生成无光泽的二氧化钚。 钚有六种同素异形体和四种氧化态,易和碳、卤素、氮、硅起化学反应。易暴露在潮湿的空气中时会产生氧化物和氢化物,其体积最大可膨胀70%,屑状的钚能自燃。因此,在 *** 作、处理钚元素具有一定的危险性。 放射性物质会造成对人体的危害吗? 大气和环境中的放射性物质,可经过呼吸道、消化道、皮肤、直接照射、遗传等途径进入人体,一部分放射性核元素进入人体生物循环,并经食物链进入人体,最终导致基因突变或癌变。 资料显示:核电站燃料的铀氧化物开始裂变反应后,会产生大量的能量同时释放出中子并生成高度放射性的钚-239,这些生成的钚-239再次发生裂变,再释放出更多能量。钚比铀的放射性更大,毒性更强。影响周边环境,严重损害人类健康。核安全问题专家介绍,钚对人体肺和肾威胁很大。 该采取什么防护措施呢? 广东放射性医学专家表示,遭遇核辐射要尽可能缩短被照射时间,远离放射源,尤其要注意屏蔽 。进出核污染地区时,要穿防护服,并及时淋浴,清除核污染。做到内外兼防。 1.体外照射的防护原则:尽可能缩短被照射时间;尽可能远离放射源;利用铅板、钢板或墙壁挡住或降低照射强度。当放射性物质释放到大气中形成烟尘通过时,要及时进入建筑物内,关闭门窗和通风系统,避开门窗等屏蔽差的部位隐蔽。 2.体内照射的防护原则:避免食入、减少吸收、增加排泄、避免在污染地区逗留。清除污染,减少人 员体内污染机会。
辐射防护
辐射防护是研究保护人类(系指全人类、其中的部分或个体成员以及他们的后代)免受或少受辐射危害的应用学科,有时亦指用于保护人类免受或尽量少受辐射危害的要求、措施、手段和方法。辐射包括电离辐射和非电离辐射。在核领域,辐射防护专指电离辐射防护。美国现在地下研究和开发避难所来进行辐射防护。 辐射的种类 自然界存在着三种射线:α(阿尔法)、β(贝塔)、γ(伽玛)射线。人类接受的辐射有两个途径,称为内照射和外照射。Α、β、γ三种射线由于其特征不同,其穿透物质的能力也不同,他们对人体造成危害的方式不同。α粒子只有进入人体内部才会造成损伤,这就是内照射;γ射线主要从人体外对人体造成损伤,这就是外照射;β射线既造成内照射,又造成外照射。 辐射的危害核爆炸
人们在长期的实践和应用中发现,少量的辐射照射不会危及人类的健康,过量的放射性射线照射对人体会产生伤害,使人致病、致死。剂量越大,危害越大。 辐射防护原则 辐射防护三原则是指实践的正当性、防护水平的最优化和个人受照的剂量限值。 国际基本安全标准的剂量限值主要有哪些? 剂量限值 5年平均值(毫希/年)任一年值(毫希/年) 职业照射 20 50 公众照射 1 5 注:中国将颁发的标准等效采用国际基本安全标准。 外照射防护方法 体外辐射源对人体的照射称外照射。外照射的防护方法有受照射时间的控制、增大与辐射源 间的距离和采用屏蔽三种方法。 控制内照射原则 进入人体内的放射性核素作为辐射源对人体的照射称内照射。控制内照射的基本原则是防止或减少放射性物质进入体内,对于放射性核素可能进入体内的途径要予以防范。 如何防护α射线 由于α粒子穿透能力最弱,一张白纸就能把它挡住,因此,对于α射线应注意内照射,其进入体内的主要途径是呼吸和进食时,其防护方法主要是: (1) 防止吸入被污染的空气和食入被污染的食物; (2) 防止伤口被污染。核爆炸
β粒子防护 β粒子、其穿透能力比α射线强,比γ射线弱,因此,β射线是比较容易阻挡的,用一般的金属就可以阻挡。但是,β射线容易被表层组织吸收,引起组织表层的辐射损伤。因此其防护就复杂的多; (1)避免直接接触被污染的物品;以防皮肤表面的污染和辐射危害; (2)防止吸入被污染的空气和食入被污染的食物; (3)防止伤口被污染; (4)必要时应采用屏蔽措施。 γ粒子防护 γ射线穿透力强,可以造成外照射,其防护的方法主要有以下三种: (a)尽可能减少受照射的时间; (b)增大与辐射源间的距离,因为受照剂量与离开源的距离的平方成反比; (c)采取屏蔽措施。在人与辐射源之间加一层足够厚的屏蔽物,可以降低外照射剂量。屏蔽的主要材料有铅、钢筋混凝土、水等,我们住的楼房对外部照射来说是很好的屏蔽体。[2]如果看到核爆炸闪光后,应立即背向爆心卧倒。之后用淋浴消除放射性物质。
效应
核爆炸头10几秒内放出的中子和γ射线对生物体、电子器件和其它物体的 杀伤破坏作用及效果。由于中子和γ射线具有很强的贯穿能力,又称贯穿辐射效应。早期核辐射主要由d体内核反应产生,或从裂变产物中释放,或由中子与空气作用产生。早期核辐射对人员和物体的损伤程度取决于吸收剂量(即单位质量的物质吸收射线的能量),其单位为戈[瑞],指每千克受照射物质吸收一焦[耳]射线能量的吸收剂量。早期核辐射可直接或间接使物质电离,造成辐射损伤,其主要杀伤破坏对象是人员和电子器件。人员在短时间内受到1戈瑞以上剂量照射时会发生急性放射病;电子器件在大剂量或高剂量率作用下会引起瞬态干扰和永久损坏;瞬发γ射线可引起核电磁脉冲、内电磁脉冲和系统电磁脉冲;中子还会使某些物质产生感生放射性;γ射线会使摄影胶片感光和光学玻璃变暗等效应。早期核辐射的强度由于空气吸收,随距离的增加衰减很快,即使千万吨梯恩梯当量级的大气层核爆炸,早期核辐射的杀伤破坏事半径也不超过4公里。早期核辐射穿过物体时期强度将被削弱,可用一定厚度的物质来防护,工事和重型兵器本身对早期核辐射效应都有一定的
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