Radioaktiivsuse mõiste. Radioaktiivse lagunemise tsoon

Radioaktiivset kiirgust kasutatakse laialdaselt haiguste diagnoosimisel ja ravis.

Kilpnäärme haiguste määramiseks kasutatakse radionukliiddiagnostikat või, nagu seda nimetatakse, märgistatud aatomite meetodit (kasutades isotoopi 131 I). See meetod võimaldab uurida ka vere ja teiste bioloogiliste vedelike jaotumist, diagnoosida südame- ja mitmete teiste organite haigusi.

Gammateraapia on ravimeetod onkoloogilised haigused g-kiirgust kasutades. Selleks kasutatakse kõige sagedamini spetsiaalseid seadmeid, mida nimetatakse koobaltpüstoliteks, milles emiteeriva isotoobina kasutatakse 66 Co. Kõrge energiaga gammakiirguse kasutamine võimaldab hävitada sügaval asetsevad kasvajad, samas kui pindmiselt paiknevad elundid ja koed on vähem kahjulikud.

Kasutatakse ka radooniteraapiat: selle tooteid sisaldavaid mineraalvett kasutatakse ka naha (radoonivannid), seedeelundite (joomine) ja hingamiselundite (sissehingamine) mõjutamiseks.

Vähi raviks kasutatakse a-osakesi koos neutronvoogudega. Kasvajasse viiakse elemendid, mille tuumad põhjustavad neutronvoo mõjul tuumareaktsiooni a-kiirguse moodustumisega:

.

Seega tekivad eksponeerimist vajava elundi kohale a-osakesed ja tagasilöögituumad.

Kaasaegses meditsiinis valmistatakse diagnostilistel eesmärkidel kõvasti röntgenikiirgust kiirendites ja millel on kõrge energia kvantid (kuni mitukümmend MeV).

Dosimeetrilised instrumendid

dosimeetrilised instrumendid või dosimeetrid, nimetatakse seadmeteks ioniseeriva kiirguse annuste või doosidega seotud koguste mõõtmiseks.

Struktuuriliselt koosnevad dosimeetrid tuumakiirguse detektorist ja mõõteseadmest. Need on tavaliselt gradueeritud doosi või doosikiiruse ühikutes. Mõnel juhul on ületamise korral ette nähtud häire seatud väärtus doosikiirus.

Sõltuvalt kasutatavast detektorist on dosimeetrid ionisatsiooni-, luminestsents-, pooljuht-, fotodosimeetrid jne.

Dosimeetrid võivad olla kavandatud mõõtma teatud tüüpi kiirguse doose või registreerima segakiirgust.

Röntgen- ja g-kiirguse ekspositsioonidoosi või selle võimsuse mõõtmiseks mõeldud dosimeetrid nimetatakse radiomeetrid.

Tavaliselt kasutavad nad detektorina ionisatsioonikambrit. Kaamera vooluringis voolav laeng on võrdeline särituse doosiga ja voolutugevus võrdeline selle võimsusega.

Gaasi koostis ionisatsioonikambrites, samuti nende seinte aine, millest need koosnevad, valitakse selliselt, et bioloogilistes kudedes energia neeldumisel tekivad identsed tingimused.

Iga individuaalne dosimeeter on miniatuurne silindriline kamber, mis on eelnevalt laetud. Ionisatsiooni tulemusena tühjeneb kamber, mille registreerib sellesse ehitatud elektromeeter. Selle näidustused sõltuvad ioniseeriva kiirguse doosist.

On dosimeetrid, mille detektorid on gaasimõõturid.

Radioaktiivsete isotoopide aktiivsuse või kontsentratsiooni mõõtmiseks nn radiomeetrid.

Kõigi dosimeetrite üldine struktuurskeem on sarnane joonisel 5 kujutatule. Anduri (mõõtemuunduri) rolli täidab tuumakiirguse detektor. Väljundseadmetena saab kasutada osutiseadmeid, salvestiid, elektromehaanilisi arvestiid, heli- ja valgussignaalseadmeid.

TESTIKÜSIMUSED

1. Mida nimetatakse radioaktiivsuseks? Nimetage radioaktiivsuse liigid ja liigid radioaktiivne lagunemine.

2. Mida nimetatakse a-lagunemiseks? Millised on b-lagunemise tüübid? Mida nimetatakse g-kiirguseks?

3. Kirjutage üles radioaktiivse lagunemise põhiseadus. Selgitage kõik valemis sisalduvad kogused.

4. Mida nimetatakse lagunemise konstant? pool elu? Kirjutage nende koguste kohta valem. Selgitage kõik valemis sisalduvad kogused.

5. Millist mõju avaldavad ioniseeriv kiirgus bioloogilisel koel?

7. Esitage radioaktiivse kiirguse neeldunud, kiiritus- ja ekvivalentdooside (bioloogiliste) määratlused ja valemid, nende mõõtühikud. Selgitage valemeid.

8. Mis on kvaliteeditegur? Mis on kvaliteeditegur? Andke selle väärtused erinevatele kiirgustele.

9. Millised on võimalused ioniseeriva kiirguse eest kaitsmiseks?

Radioaktiivsuse nähtus ja selle kasutamine teaduses, tööstuses ja meditsiinis

Koostanud: üliõpilane

kooli number 26 Vladimir

Hrupolov K.

Veel üks looduse mõistatus

19. sajandi lõpp ja 20. sajandi algus olid erakordselt rikkad meeltmööda avastuste ja leiutiste poolest, millest inimesed võisid vaid unistada. Mõte võimalusest saada ammendamatut energiat, mis sisaldub tühises koguses aines, elas inimmõtte soppides.

Tolle aja tuntud teadlane oli Becquerel, kes seadis endale eesmärgiks lahti harutada teatud ainete salapärase sära olemus päikesekiirguse mõjul. Becquerel kogub tohutul hulgal helendavaid kemikaale ja looduslikke mineraale.

Eesmärk

• Radioaktiivsuse mõiste uurimine, selle avastamine.

• Uurige, kuidas kasutatakse radioaktiivseid isotoope teaduses, tööstuses ja meditsiinis.

• Määrake radioaktiivsuse nähtuse väärtus maailmas.

Radioaktiivsuse nähtus

Radioaktiivsus on mõne aatomituuma võime spontaanselt muutuda teisteks tuumadeks erinevat tüüpi radioaktiivse kiirguse ja elementaarosakeste emissiooniga.

Kuidas kasutada radioaktiivsuse fenomeni?

Radioaktiivsuse kasutamine meditsiinis

Kiiritusravi on tugeva kiirguse kasutamine vähirakkude hävitamiseks.

Radioaktiivne jood koguneb kilpnäärmesse

nääre, määrab talitlushäired ja

kasutatakse Gravesi tõve raviks.

Naatriumiga märgistatud soolalahus mõõdab vereringe kiirust, määrab jäsemete veresoonte läbilaskvuse.

Radioaktiivne fosfor mõõdab vere mahtu, ravib erütreemiat.

Radioaktiivsuse kasutamine tööstuses

Üks näide sellest on järgmine meetod kolvirõnga kulumise jälgimiseks sisepõlemismootorites. Kolvirõngast neutronitega kiiritades põhjustavad need selles tuumareaktsioonid ja muudavad selle radioaktiivseks. Kui mootor töötab, satuvad rõngamaterjali osakesed määrdeõlisse. Uurides õli radioaktiivsuse taset pärast teatud mootori tööaega, tehakse kindlaks rõnga kulumine. Radioaktiivsete preparaatide võimsat gammakiirgust kasutatakse metallivalandite sisestruktuuri uurimiseks, et tuvastada nendes esinevaid defekte.

Radioaktiivsuse kasutamine põllumajandus

Taimeseemnete kiiritamine radioaktiivsete preparaatide väikeste annustega gammakiirgusega suurendab saagikust märgatavalt. Rakendus sai põllumajandustehnoloogias "märgistatud aatomid". Näiteks selleks, et teada saada, millist fosfaatväetist taim paremini omastab, märgistatakse erinevad väetised radioaktiivse fosforiga P. Taimi radioaktiivsuse suhtes uurides saab määrata nende poolt omastatava fosfori koguse erinevatest väetisesortidest. .

Radioaktiivsuse fenomeni avastamine.

Radioaktiivsuse nähtuse avastamise võib seostada kaasaegse teaduse silmapaistvaimate avastustega. Just tänu temale suutis inimene oluliselt süvendada oma teadmisi aine ehituse ja omaduste vallas, mõista paljude universumi protsesside mustreid ja lahendada tuumaenergia valdamise probleemi.

Suure teaduse potentsiaal

Kuni radioaktiivsuse avastamiseni uskusid teadlased, et nad teavad kõike füüsikalised nähtused ja pole midagi avada.

Kas on võimalik, et maailmas on veel midagi, mida inimkond ei tea?

kiirgusosakeste kokkupuude radooniga

Inimesed on õppinud kiirgust kasutama rahumeelsetel eesmärkidel, Koos kõrge tase turvalisus, mis võimaldas tõsta peaaegu kõik tööstusharud uuele tasemele.

Energia saamine tuumajaamade abil. Kõigist tööstusharudest majanduslik tegevus inimese energiat on kõige rohkem suur mõju meie elude kohta. Soojus ja valgus majades, liiklusvood ja tööstuse töö – kõik see nõuab energiat. See tööstusharu on üks kiiremini kasvavaid. 30 aasta jooksul on tuumaelektrijaamade koguvõimsus kasvanud 5000-lt 23 miljonile kilovatile.

Vähesed kahtlevad selles tuumaenergia aastal on võtnud tugeva positsiooni energia tasakaal inimkond.

Kaaluge kiirguse kasutamist vigade tuvastamisel. Röntgen- ja gammavigade tuvastamine on üks levinumaid kiirguse rakendusi tööstuses materjalide kvaliteedi kontrollimiseks. Röntgenimeetod on mittepurustav, nii et testitavat materjali saab seejärel kasutada ettenähtud otstarbel. Nii röntgen- kui ka gammavigade tuvastamine põhinevad röntgenikiirguse läbitungimisvõimel ja selle materjalides neeldumise omadustel.

Gammakiirgust kasutatakse keemilisteks transformatsioonideks, näiteks polümerisatsiooniprotsessides.

Võib-olla on tuumameditsiin üks olulisemaid arenevaid tööstusharusid. Tuumameditsiin – edusammude kasutamisega seotud meditsiini haru tuumafüüsika, eelkõige radioisotoobid jne.

Tuumameditsiin võimaldab tänapäeval uurida peaaegu kõiki inimese organsüsteeme ning seda kasutatakse neuroloogias, kardioloogias, onkoloogias, endokrinoloogias, pulmonoloogias ja teistes meditsiiniharudes.

Tuumameditsiini meetodite abil uuritakse elundite verevarustust, sapi ainevahetust, neerufunktsiooni, Põis, kilpnääre.

Dünaamika uurimiseks on võimalik mitte ainult saada staatilisi pilte, vaid ka erinevatel ajahetkedel saadud pilte üle kanda. Seda tehnikat kasutatakse näiteks südame töö hindamisel.

Venemaal kasutatakse juba aktiivselt kahte tüüpi diagnostikat radioisotoopide abil - stsintigraafia ja positronemissioontomograafia. Need võimaldavad teil luua täielikud mudelid organite töö.

Arstid usuvad, et väikestes annustes on kiirgusel ergutav toime, treenides inimese bioloogilist kaitsesüsteemi.

Paljudes kuurortides kasutatakse radoonivanne, kus kiirgustase on veidi kõrgem kui looduslikes tingimustes.

Täheldati, et need, kes neid vanne võtavad, parandavad oma töövõimet, rahunevad närvisüsteem paraneb vigastused kiiremini.

Välismaiste teadlaste uuringud näitavad, et sagedus ja suremus kõikidesse vähiliikidesse on madalam piirkondades, kus on suurem looduslik kiirgusfoon (enamiku päikesepaistelisi riike võib kaasata).

Radioaktiivse kiirguse mõju inimesele

Igat tüüpi radioaktiivsel kiirgusel (alfa, beeta, gamma, neutronid), aga ka elektromagnetkiirgusel (röntgenkiirgus) on elusorganismidele väga tugev bioloogiline mõju, mis seisneb aatomite ja molekulide ergastamise ja ionisatsiooni protsessides, mis moodustavad elusrakud. Mõju all ioniseeriv kiirgus hävivad keerulised molekulid ja rakustruktuurid, mis viib kiirguskahjustus kehale. Seetõttu on mis tahes kiirgusallikaga töötamisel vaja võtta kõik meetmed nende inimeste kiirguskaitseks, kes võivad sattuda kiirgustsooni.

Inimene võib aga kokku puutuda ioniseeriva kiirgusega ja elutingimused. Tõsine oht inimeste tervise jaoks võib see kujutada endast inertset, värvitut radioaktiivset radoonigaasi.See on raadiumi lagunemissaadus ja selle poolestusaeg T = 3,82 päeva. Raadiumi leidub väikestes kogustes pinnases, kivides ja erinevates ehituskonstruktsioonides. Vaatamata suhteliselt lühikesele elueale täieneb radooni kontsentratsioon raadiumituumade uute lagunemiste tõttu pidevalt, mistõttu võib radoon koguneda suletud ruumidesse. Kopsu sattudes eraldab radoon -osakesi ja muutub polooniumiks, mis ei ole keemiliselt inertne aine. Sellele järgneb uraani seeria radioaktiivsete transformatsioonide ahel. Ameerika kiirgusohutuse ja -kontrolli komisjoni andmetel saab keskmine inimene 55% ioniseerivast kiirgusest radoonist ja ainult 11% arstiabist. Kosmiliste kiirte osakaal on ligikaudu 8%. Kogu kiirgusdoos, mida inimene elu jooksul saab, on kordades väiksem äärmiselt lubatud annus (SDA), mis on loodud teatud elukutsete inimestele, kes puutuvad kokku täiendava ioniseeriva kiirgusega.

Radioaktiivsete isotoopide kasutamine

Üks silmapaistvamaid "märgistatud aatomite" abil tehtud uuringuid oli organismide ainevahetuse uurimine. On tõestatud, et suhteliselt lühikese aja jooksul toimub kehas peaaegu täielik uuenemine. Selle koostises olevad aatomid asendatakse uutega. Ainult raud, nagu on näidanud vere isotoopuuringud, on erand sellest reeglist. Raud on osa punaste vereliblede hemoglobiinist. Kui toidusse viidi radioaktiivsed rauaaatomid, leiti, et fotosünteesi käigus vabanenud vaba hapnik oli algselt osa veest, mitte aga süsinikdioksiid. Radioaktiivseid isotoope kasutatakse meditsiinis nii diagnoosimisel kui ka ravieesmärkidel. Väikestes kogustes verre viidavat radioaktiivset naatriumi kasutatakse vereringe uurimiseks, jood ladestub intensiivselt kilpnäärmesse, eriti Gravesi tõve korral. Radioaktiivse joodi ladestumist loenduriga jälgides saab kiiresti diagnoosi panna. Radioaktiivse joodi suured annused põhjustavad ebanormaalselt arenevate kudede osalist hävimist ja seetõttu kasutatakse Gravesi tõve raviks radioaktiivset joodi. Vähi ravis kasutatakse intensiivset koobalti gammakiirgust (koobaltpüstol).

Mitte vähem ulatuslikud on radioaktiivsete isotoopide rakendused tööstuses. Üks näide sellest on järgmine meetod kolvirõnga kulumise jälgimiseks sisepõlemismootorites. Kolvirõngast neutronitega kiiritades põhjustavad need selles tuumareaktsioonid ja muudavad selle radioaktiivseks. Kui mootor töötab, satuvad rõngamaterjali osakesed määrdeõlisse. Uurides õli radioaktiivsuse taset pärast teatud mootori tööaega, tehakse kindlaks rõnga kulumine. Radioaktiivsed isotoobid võimaldavad hinnata metallide difusiooni, protsesse kõrgahjudes jne.

Radioaktiivsete preparaatide võimsat gammakiirgust kasutatakse metallivalandite sisestruktuuri uurimiseks, et tuvastada nendes esinevaid defekte.

Radioaktiivseid isotoope kasutatakse põllumajanduses üha laiemalt. Taimeseemnete (puuvill, kapsas, redis jne) kiiritamine radioaktiivsete preparaatide väikeste annuste gammakiirgusega toob kaasa märgatava saagikuse suurenemise. Suured "kiirgusdoosid põhjustavad taimedes ja mikroorganismides mutatsioone, mis mõnel juhul põhjustavad uute väärtuslike omadustega mutantide teket (radioselektsioon). Nii on aretatud väärtuslikke nisu-, oa- ja muude põllukultuuride sorte ning kasutatud kõrge tootlikkusega mikroorganisme. antibiootikumide tootmisel on saadud.Võitluseks kasutatakse ka radioaktiivsete isotoopide gammakiirgust kahjulikud putukad ja konserveerimiseks toiduained. Lai rakendus sai põllumajandustehnoloogias "märgistatud aatomeid". Näiteks selleks, et teada saada, millist fosfaatväetist taim paremini omastab, märgistatakse erinevad väetised radioaktiivse fosforiga 15 32P. Uurides taimi radioaktiivsuse suhtes, saab määrata nende poolt eri väetistest omastatava fosfori koguse. Huvitav radioaktiivsuse rakendus on arheoloogiliste ja geoloogiliste leidude dateerimise meetod radioaktiivsete isotoopide kontsentratsiooni järgi. Kõige sagedamini kasutatav meetod on radiosüsiniku dateering. Ebastabiilne süsiniku isotoop tekib atmosfääris kosmiliste kiirte põhjustatud tuumareaktsioonide tõttu. Väike osa sellest isotoobist leidub õhus koos tavalise stabiilse isotoobiga.Taimed ja muud organismid tarbivad õhust süsinikku ja akumuleerivad mõlemat isotoopi samas proportsioonis kui õhus. Pärast taimede surma lõpetavad nad süsiniku tarbimise ja ebastabiilne isotoop muutub lagunemise tagajärjel järk-järgult lämmastikuks, mille poolestusaeg on 5730 aastat. Mõõtes täpselt radioaktiivse süsiniku suhtelist kontsentratsiooni iidsete organismide jäänustes, on võimalik määrata nende hukkumise aeg.

Radioaktiivsuse kasutamine.

1. Bioloogilised toimed. Radioaktiivsel kiirgusel on elusrakkudele katastroofiline mõju. Selle toimemehhanism on seotud aatomite ioniseerimisega ja molekulide lagunemisega rakkude sees kiirelt laetud osakeste läbimise ajal. Kiire kasvu ja paljunemise seisundis olevad rakud on kiirguse mõju suhtes eriti tundlikud. Seda asjaolu kasutatakse vähkkasvajate raviks.

Ravi eesmärgil kasutatakse g-kiirgust kiirgavaid radioaktiivseid preparaate, kuna viimased tungivad kehasse ilma märgatava nõrgenemiseta. Mitte liiga suurte kiirgusdooside korral vähirakud surevad, samas kui patsiendi keha ei saa olulisi kahjustusi. Tuleb märkida, et vähi kiiritusravi, nagu ka röntgenravi, ei ole sugugi universaalne vahend, mis viib alati paranemiseni.

Liiga suured annused radioaktiivsed heitmed põhjustada loomadel ja inimestel raskeid haigusi (nn kiiritushaigust) ja põhjustada surma. Väga väikestes annustes avaldab radioaktiivne kiirgus, peamiselt a-kiirgus, organismile hoopis stimuleerivat toimet. Sellega on seotud radioaktiivsete ainete tervendav toime mineraalveed mis sisaldavad väikeses koguses raadiumi või radooni.

2. Helendavad ühendid Helendavad ained helendavad radioaktiivse kiirguse toimel (vrd § 213). Lisades luminestseeruvale ainele (näiteks tsinksulfiidile) väga väikese koguse raadiumisoola, saadakse püsivalt helendavad värvid. Need värvid, mida kantakse kella sihverplaadile ja osutitele, vaatamisväärsused jne, muudavad need pimedas nähtavaks.

3. Maa vanuse määramine. Tavalise plii aatommass, mis on kaevandatud maakidest, mis ei sisalda radioaktiivsed elemendid, on 207,2, aatommass uraani lagunemisel tekkiv plii on 206. Mõnes uraani mineraalis sisalduva plii aatommass osutub väga lähedaseks 206-le. Sellest järeldub, et need mineraalid tekkehetkel (kristalliseerumisel sulamist või lahusest) ei sisaldanud pliid; kogu sellistes mineraalides saadaolev plii on kogunenud uraani lagunemise tulemusena. Radioaktiivse lagunemise seadust kasutades on võimalik määrata selle vanust mineraalis oleva plii ja uraani koguste suhte järgi.

Selle meetodiga määratud erineva päritoluga uraani sisaldavate mineraalide vanust mõõdetakse sadades miljonites aastates. Vanimad mineraalid on üle 1,5 miljardi aasta vanad.

1. Bioloogilised toimed. Radioaktiivsel kiirgusel on elusrakkudele katastroofiline mõju. Selle toimemehhanism on seotud aatomite ioniseerimisega ja molekulide lagunemisega rakkude sees kiirelt laetud osakeste läbimise ajal. Kiire kasvu ja paljunemise seisundis olevad rakud on kiirguse mõju suhtes eriti tundlikud. Seda asjaolu kasutatakse vähkkasvajate raviks.

Ravi eesmärgil kasutatakse radioaktiivseid ravimeid, mis kiirgavad kiirgust, kuna viimased tungivad kehasse ilma märgatava nõrgenemiseta. Mitte liiga suurte kiirgusdooside korral vähirakud surevad, samas kui patsiendi keha ei saa olulisi kahjustusi. Tuleb märkida, et vähi kiiritusravi, nagu ka röntgenravi, ei ole sugugi universaalne vahend, mis viib alati paranemiseni.

Liiga suured radioaktiivse kiirguse doosid põhjustavad loomadel ja inimestel raskeid haigusi (nn kiiritushaigust) ja võivad lõppeda surmaga. Väga väikestes annustes avaldab radioaktiivne kiirgus, peamiselt kiirgus, organismile hoopis stimuleerivat toimet. Sellega on seotud väikeses koguses raadiumi või radooni sisaldavate radioaktiivsete mineraalvete tervendav toime.

2. Helendavad kompositsioonid. Luminestsentsained helendavad radioaktiivse kiirguse toimel (vt §213). Lisades luminestseeruvale ainele (näiteks tsinksulfiidile) väga väikese koguse raadiumisoola, saadakse püsivalt helendavad värvid. Need värvid, kui neid kanda kella sihverplaadile ja osutitele, sihikutele jne, muudavad need pimedas nähtavaks.

3. Maa vanuse määramine. Tavalise plii aatommass, mis on kaevandatud maakidest, mis ei sisalda radioaktiivseid elemente, on . Nagu näha jooniselt fig. 389, on uraani lagunemisel tekkinud plii aatommass . Mõnes uraani mineraalis sisalduva plii aatommass osutub väga lähedaseks. Sellest järeldub, et need mineraalid tekkehetkel (sulamist või lahusest kristalliseerumine) pliid ei sisaldanud; kogu sellistes mineraalides saadaolev plii on kogunenud uraani lagunemise tulemusena. Radioaktiivse lagunemise seadust kasutades on võimalik määrata selle vanust mineraalis leiduva plii ja uraani koguste vahekorrast (vt harjutust 32 peatüki lõpus).

Selle meetodiga määratud erineva päritoluga uraani sisaldavate mineraalide vanust mõõdetakse sadades miljonites aastates. Vanimad mineraalid on üle 1,5 miljardi aasta vanad.