Le concept de radioactivité. Zone de désintégration radioactive

Les rayonnements radioactifs sont largement utilisés dans le diagnostic et le traitement des maladies.

Le diagnostic des radionucléides ou, comme on l'appelle, la méthode des atomes marqués est utilisé pour déterminer les maladies thyroïdiennes (en utilisant l'isotope 131 I). Cette méthode vous permet également d'étudier la distribution du sang et d'autres fluides biologiques, de diagnostiquer les maladies du cœur et d'un certain nombre d'autres organes.

La gamma thérapie est une méthode de traitement maladies oncologiques en utilisant le rayonnement g. A cet effet, on utilise le plus souvent des installations spéciales, appelées canons à cobalt, dans lesquelles le 66 Co est utilisé comme isotope émetteur. L'utilisation de rayonnements gamma à haute énergie permet de détruire les tumeurs profondes, tandis que les organes et tissus situés superficiellement sont soumis à des effets moins destructeurs.

La thérapie au radon est également utilisée : les eaux minérales contenant ses produits sont utilisées pour agir sur la peau (bains au radon), les organes digestifs (boire) et les organes respiratoires (inhalation).

Les particules alpha sont utilisées en combinaison avec des flux de neutrons pour traiter le cancer. Des éléments sont introduits dans la tumeur dont les noyaux, sous l'influence d'un flux de neutrons, provoquent une réaction nucléaire avec formation d'un rayonnement a :

.

Ainsi, des particules a et des noyaux de recul se forment dans la partie de l'organe qui doit être exposée.

En médecine moderne, à des fins de diagnostic, le rayonnement X à bremsstrahlung dur obtenu par des accélérateurs et a haute énergie quanta (jusqu'à plusieurs dizaines de MeV).

Appareils dosimétriques

Instruments dosimétriques, ou dosimètres, sont des appareils permettant de mesurer des doses de rayonnements ionisants ou des grandeurs liées à la dose.

Structurellement, les dosimètres se composent d'un détecteur de rayonnement nucléaire et d'un appareil de mesure. Ils sont généralement gradués en unités de dose ou en débit de dose. Dans certains cas, une alarme est prévue en cas de dépassement valeur définie débit de dose.

Selon le détecteur utilisé, il existe des photodosimètres à ionisation, luminescents, à semi-conducteur, etc.

Les dosimètres peuvent être conçus pour mesurer les doses d'un type spécifique de rayonnement ou enregistrer un rayonnement mixte.

Les dosimètres permettant de mesurer la dose d'exposition aux rayons X et aux rayonnements g ou leur puissance sont appelés Appareils de mesure à rayons X.

Ils utilisent généralement une chambre d'ionisation comme détecteur. La charge circulant dans le circuit de la caméra est proportionnelle à la dose d'exposition et le courant est proportionnel à sa puissance.

La composition du gaz dans les chambres d'ionisation, ainsi que le matériau des parois qui les composent, sont choisis de manière à atteindre des conditions identiques à l'absorption d'énergie dans les tissus biologiques.

Chaque dosimètre individuel est une chambre cylindrique miniature préchargée. À la suite de l'ionisation, la chambre est déchargée, ce qui est enregistré par un électromètre intégré. Ses indications dépendent de la dose d'exposition aux rayonnements ionisants.

Il existe des dosimètres dont les détecteurs sont des compteurs de gaz.

Pour mesurer l'activité ou la concentration d'isotopes radioactifs, des instruments appelés radiomètres.

Le schéma fonctionnel général de tous les dosimètres est similaire à celui présenté sur la figure 5. Le rôle de capteur (transducteur de mesure) est assuré par un détecteur de rayonnement nucléaire. Des instruments à aiguilles, des enregistreurs, des compteurs électromécaniques, des alarmes sonores et lumineuses peuvent être utilisés comme dispositifs de sortie.


QUESTIONS DE CONTRÔLE

1. Comment s’appelle la radioactivité ? Nommer les types de radioactivité et les types désintégration radioactive.

2. Qu'est-ce qu'on appelle une désintégration ? Quels types de désintégration B existe-t-il ? Qu'est-ce que le rayonnement G ?

3. Écrivez la loi fondamentale de la désintégration radioactive. Expliquez toutes les quantités incluses dans la formule.

4. Comment on appelle constante de désintégration? demi-vie? Écrivez une formule reliant ces quantités. Expliquez toutes les quantités incluses dans la formule.

5. Quel effet ont-ils ? rayonnement ionisant sur des tissus biologiques ?

7. Donner des définitions et des formules pour les doses absorbées, d'exposition et équivalentes (biologiques) de rayonnement radioactif, leurs unités de mesure. Expliquez les formules.

8. Quel est le facteur de qualité ? De quoi dépend le facteur de qualité ? Donnez ses valeurs pour différents rayonnements.

9. Quelles sont les méthodes de protection contre les rayonnements ionisants ?

Le phénomène de la radioactivité et son utilisation dans la science, l'industrie et la médecine

Préparé par : étudiant

École n°26, Vladimir

Khrupolov K.

Un autre mystère de la nature

La fin du XIXe et le début du XXe siècle ont été exceptionnellement riches en découvertes et inventions époustouflantes dont les gens ne pouvaient que rêver. L'idée de la possibilité d'obtenir une énergie inépuisable contenue dans une quantité insignifiante de matière vivait dans les recoins de la pensée humaine.


Becquerel était un scientifique célèbre de l'époque, qui s'était fixé pour objectif de découvrir la nature de la lueur mystérieuse de certaines substances sous l'influence du rayonnement solaire. Becquerel rassemble une énorme collection de produits chimiques incandescents et de minéraux naturels.

But du travail

  • Etude de la notion de radioactivité, sa découverte.

  • Découvrez comment les isotopes radioactifs sont utilisés dans la science, l'industrie et la médecine.

  • Déterminer la valeur du phénomène de radioactivité dans le monde.


Phénomène de radioactivité

La radioactivité est la capacité de certains noyaux atomiques à se transformer spontanément en d'autres noyaux avec l'émission de divers types de rayonnements radioactifs et de particules élémentaires.

Comment utiliser le phénomène de radioactivité ?

Application de la radioactivité en médecine

La radiothérapie consiste à utiliser un rayonnement puissant pour tuer les cellules cancéreuses.

L'iode radioactif s'accumule dans la thyroïde

glande, détermine le dysfonctionnement et

utilisé dans le traitement de la maladie de Basedow.

Une solution saline marquée au sodium mesure la vitesse de circulation sanguine et détermine la perméabilité des vaisseaux sanguins des extrémités.

Le phosphore radioactif mesure le volume sanguin et traite l'érythrémie.


Applications de la radioactivité dans l'industrie

Un exemple en est la méthode suivante pour surveiller l’usure des segments de piston dans les moteurs à combustion interne. En irradiant le segment de piston avec des neutrons, ils provoquent des réactions nucléaires et le rendent radioactif. Lorsque le moteur tourne, des particules de matériau annulaire pénètrent dans l'huile lubrifiante. En examinant le niveau de radioactivité dans l'huile après un certain temps de fonctionnement du moteur, l'usure des segments est déterminée. Un puissant rayonnement gamma provenant de médicaments radioactifs est utilisé pour examiner la structure interne des pièces moulées en métal afin d'en détecter les défauts.


Application de la radioactivité dans agriculture

L'irradiation des graines de plantes avec de petites doses de rayons gamma provenant de médicaments radioactifs entraîne une augmentation notable du rendement. Les « atomes marqués » sont utilisés dans la technologie agricole. Par exemple, pour savoir quel engrais phosphoré est le mieux absorbé par une plante, divers engrais sont marqués avec du phosphore radioactif P. En examinant ensuite la radioactivité des plantes, il est possible de déterminer la quantité de phosphore qu'elles ont absorbée provenant de différents types d'engrais.


Découverte du phénomène de radioactivité.

La découverte du phénomène de radioactivité peut être considérée comme l’une des découvertes les plus marquantes de la science moderne. C'est grâce à lui que l'homme a pu approfondir considérablement ses connaissances sur la structure et les propriétés de la matière, comprendre les lois de nombreux processus dans l'Univers et résoudre le problème de la maîtrise de l'énergie nucléaire.

Le potentiel d’une grande science

Jusqu'à la découverte de la radioactivité, les scientifiques croyaient tout savoir phénomènes physiques et il n'y a rien à ouvrir.

Est-il possible qu’il existe quelque chose d’autre dans le monde inconnu de l’humanité ?

rayonnement irradiation de particules radon

Les gens ont appris à utiliser les radiations à des fins pacifiques, Avec haut niveau sécurité, ce qui nous a permis d'élever presque toutes les industries à un nouveau niveau.

Produire de l'énergie à partir de centrales nucléaires. De tous les secteurs activité économique l'énergie humaine a le plus grande influence pour nos vies. Le chauffage et l'éclairage des habitations, la fluidité du trafic et le fonctionnement de l'industrie : tout cela nécessite de l'énergie. Cette industrie est l’une des plus dynamiques. En 30 ans, la capacité totale des centrales nucléaires est passée de 5 000 à 23 millions de kilowatts.

Peu de gens en doutent Pouvoir nucléaire a pris une place importante dans bilan énergétique humanité.

Considérons l'utilisation des rayonnements dans la détection des défauts. La détection des défauts par rayons X et gamma est l’une des utilisations les plus courantes des rayonnements dans l’industrie pour contrôler la qualité des matériaux. La méthode aux rayons X est non destructive, de sorte que le matériau testé peut ensuite être utilisé conformément à sa destination. La détection des défauts par rayons X et gamma repose sur la capacité de pénétration du rayonnement X et les caractéristiques de son absorption dans les matériaux.

Le rayonnement gamma est utilisé pour les transformations chimiques, par exemple dans les processus de polymérisation.

La médecine nucléaire est peut-être l’une des industries en développement les plus importantes. La médecine nucléaire est une branche de la médecine associée à l'utilisation des progrès Physique nucléaire, notamment les radio-isotopes, etc.

Aujourd'hui, la médecine nucléaire permet d'étudier presque tous les systèmes organiques humains et est utilisée en neurologie, cardiologie, oncologie, endocrinologie, pneumologie et dans d'autres domaines de la médecine.

En utilisant des méthodes de médecine nucléaire, ils étudient l'apport sanguin aux organes, le métabolisme biliaire, la fonction rénale, Vessie, glande thyroïde.

Il est possible non seulement d'obtenir des images statiques, mais également de superposer des images obtenues à différents moments pour étudier la dynamique. Cette technique est utilisée, par exemple, pour évaluer la fonction cardiaque.

En Russie, deux types de diagnostics utilisant des radio-isotopes sont déjà activement utilisés : la scintigraphie et la tomographie par émission de positons. Ils vous permettent de créer modèles complets travail d'orgue.

Les médecins pensent qu'à faibles doses, les rayonnements ont un effet stimulant, entraînant le système de défense biologique humain.

De nombreuses stations balnéaires utilisent des bains de radon, où le niveau de rayonnement est légèrement supérieur à celui des conditions naturelles.

Il a été remarqué que ceux qui prennent ces bains ont amélioré leurs performances et se sont calmés. système nerveux, les blessures guérissent plus rapidement.

Des recherches menées par des scientifiques étrangers suggèrent que l'incidence et la mortalité dues à tous les types de cancer sont plus faibles dans les régions où le rayonnement naturel est plus élevé (c'est également le cas des pays les plus ensoleillés).

L'effet des rayonnements radioactifs sur l'homme

Les rayonnements radioactifs de tous types (alpha, bêta, gamma, neutrons), ainsi que les rayonnements électromagnétiques (rayons X) ont un effet biologique très fort sur les organismes vivants, qui consiste en les processus d'excitation et d'ionisation des atomes et des molécules qui composent des cellules vivantes. Sous l'influence rayonnement ionisant les molécules complexes et les structures cellulaires sont détruites, ce qui conduit à dommages causés par les radiations au corps. Par conséquent, lorsque vous travaillez avec une source de rayonnement, il est nécessaire de prendre toutes les mesures nécessaires pour protéger les personnes susceptibles d'être exposées aux rayonnements.

Cependant, une personne peut être exposée à des rayonnements ionisants et conditions de vie. Grave danger Pour la santé humaine, le radon peut être un gaz inerte, incolore et radioactif. C'est un produit de désintégration du radium et sa demi-vie T = 3,82 jours. Le radium se trouve en petites quantités dans le sol, les pierres et diverses structures de bâtiments. Malgré sa durée de vie relativement courte, la concentration de radon est continuellement reconstituée en raison de nouvelles désintégrations des noyaux de radium, de sorte que le radon peut s'accumuler dans les espaces clos. Une fois dans les poumons, le radon émet des particules et se transforme en polonium, qui n'est pas une substance chimiquement inerte. Ce qui suit est une chaîne de transformations radioactives de la série de l'uranium. Selon la Commission américaine de sûreté et de contrôle des radiations, une personne moyenne reçoit 55 % des rayonnements ionisants dus au radon et seulement 11 % des soins médicaux. La contribution des rayons cosmiques est d'environ 8 %. La dose totale de rayonnement qu'une personne reçoit au cours de sa vie est plusieurs fois inférieure extrêmement dose admissible (SDA), qui est établie pour les personnes exerçant certaines professions qui sont soumises à une exposition supplémentaire aux rayonnements ionisants.

Application d'isotopes radioactifs

L’une des études les plus remarquables réalisées à l’aide d’« atomes marqués » a été l’étude du métabolisme des organismes. Il a été prouvé qu'en un temps relativement court, le corps subit un renouvellement presque complet. Les atomes qui le composent sont remplacés par de nouveaux. Seul le fer, comme l'ont montré des expériences sur les études isotopiques du sang, fait exception à cette règle. Le fer fait partie de l’hémoglobine des globules rouges. Lorsque des atomes de fer radioactifs ont été introduits dans les aliments, il a été constaté que l'oxygène libre libéré lors de la photosynthèse faisait initialement partie de l'eau et non de l'eau. gaz carbonique. Les isotopes radioactifs sont utilisés en médecine à la fois à des fins diagnostiques et thérapeutiques. Le sodium radioactif, injecté en petites quantités dans le sang, est utilisé pour étudier la circulation sanguine ; l'iode se dépose intensément dans la glande thyroïde, notamment dans la maladie de Basedow. En observant les dépôts d'iode radioactif à l'aide d'un compteur, un diagnostic peut être posé rapidement. De fortes doses d'iode radioactif provoquent une destruction partielle des tissus en développement anormal et c'est pourquoi l'iode radioactif est utilisé pour traiter la maladie de Basedow. Un rayonnement gamma intense au cobalt est utilisé dans le traitement du cancer (pistolet à cobalt).



Les applications des isotopes radioactifs dans l'industrie ne sont pas moins étendues. Un exemple en est la méthode suivante pour surveiller l’usure des segments de piston dans les moteurs à combustion interne. En irradiant le segment de piston avec des neutrons, ils provoquent des réactions nucléaires et le rendent radioactif. Lorsque le moteur tourne, des particules de matériau annulaire pénètrent dans l'huile lubrifiante. En examinant le niveau de radioactivité dans l'huile après un certain temps de fonctionnement du moteur, l'usure des segments est déterminée. Les isotopes radioactifs permettent de juger de la diffusion des métaux, des processus dans les hauts fourneaux, etc.

Un puissant rayonnement gamma provenant de médicaments radioactifs est utilisé pour examiner la structure interne des pièces moulées en métal afin d'en détecter les défauts.

Les isotopes radioactifs sont de plus en plus utilisés en agriculture. L'irradiation des graines de plantes (coton, chou, radis, etc.) avec de petites doses de rayons gamma provenant de médicaments radioactifs entraîne une augmentation notable du rendement. De fortes doses de rayonnement provoquent des mutations dans les plantes et les micro-organismes, ce qui conduit dans certains cas à l'apparition de mutants dotés de nouvelles propriétés précieuses (radiosélection). C'est ainsi que des variétés précieuses de blé, de haricots et d'autres cultures ont été développées et que des micro-organismes hautement productifs ont été utilisés. dans la production d'antibiotiques ont été obtenus. Le rayonnement gamma des isotopes radioactifs est également utilisé pour lutter contre insectes nuisibles et pour la conservation produits alimentaires. Large application reçu des « atomes marqués » dans la technologie agricole. Par exemple, pour savoir quel engrais phosphoré est le mieux absorbé par la plante, divers engrais sont étiquetés au phosphore radioactif 15 32P. En examinant ensuite la radioactivité des plantes, il est possible de déterminer la quantité de phosphore qu’elles ont absorbée provenant de différents types d’engrais. Une application intéressante de la radioactivité est la méthode de datation des découvertes archéologiques et géologiques par la concentration d'isotopes radioactifs. La méthode de datation la plus couramment utilisée est la datation au radiocarbone. Un isotope instable du carbone apparaît dans l'atmosphère en raison de réactions nucléaires provoquées par les rayons cosmiques. Un faible pourcentage de cet isotope se trouve dans l'air avec l'isotope stable régulier. Les plantes et autres organismes absorbent le carbone de l'air et accumulent les deux isotopes dans les mêmes proportions que dans l'air. Après la mort des plantes, elles cessent de consommer du carbone et l'isotope instable, suite à la décomposition, se transforme progressivement en azote avec une demi-vie de 5 730 ans. En mesurant avec précision la concentration relative de carbone radioactif dans les restes d'organismes anciens, il est possible de déterminer l'heure de leur mort.

Applications de la radioactivité.

1. Actions biologiques. Les rayonnements radioactifs ont un effet néfaste sur les cellules vivantes. Le mécanisme de cette action est associé à l'ionisation des atomes et à la décomposition des molécules à l'intérieur des cellules lors du passage de particules chargées rapidement. Les cellules en état de croissance et de reproduction rapides sont particulièrement sensibles aux effets des radiations. Cette circonstance est utilisée pour traiter les tumeurs cancéreuses.

Utilisé à des fins thérapeutiques médicaments radioactifsémettant des rayonnements g, puisque ces derniers pénètrent dans le corps sans affaiblissement notable. Lorsque les doses de rayonnement ne sont pas trop élevées, les cellules cancéreuses meurent sans causer de dommages importants au corps du patient. Il convient de noter que la radiothérapie contre le cancer, comme la radiothérapie, n'est en aucun cas un remède universel menant toujours à la guérison.

Des doses trop élevées rayonnement radioactif provoquent des maladies graves chez les animaux et les humains (appelées maladies des radiations) et peuvent entraîner la mort. A très faible dose, les rayonnements radioactifs, principalement les rayonnements a, ont au contraire un effet stimulant sur l'organisme. Ceci est associé à l'effet curatif des substances radioactives eaux minérales contenant de petites quantités de radium ou de radon.

2. Composés lumineux Les substances luminescentes brillent sous l'influence d'un rayonnement radioactif (cf. § 213). En ajoutant une très petite quantité de sel de radium à une substance luminescente (par exemple, le sulfure de zinc), des peintures lumineuses en permanence sont préparées. Ces peintures, appliquées sur les cadrans et les aiguilles des montres, sites touristiques etc., rendez-les visibles dans l'obscurité.

3. Déterminer l'âge de la Terre. Masse atomique de plomb ordinaire extrait de minerais qui ne contiennent pas éléments radioactifs, est 207,2, masse atomique le plomb formé à la suite de la désintégration de l'uranium est de 206. La masse atomique de plomb contenue dans certains minéraux d'uranium s'avère être très proche de 206. Il s'ensuit que ces minéraux ne contenaient pas de plomb au moment de leur formation (cristallisation à partir d'un fondre ou solution); tout le plomb présent dans ces minéraux s'est accumulé à la suite de la désintégration de l'uranium. En utilisant la loi de la désintégration radioactive, il est possible de déterminer son âge en fonction du rapport entre les quantités de plomb et d'uranium contenues dans un minéral.

L'âge des minéraux d'origines diverses contenant de l'uranium déterminé par cette méthode se mesure en centaines de millions d'années. Les minéraux les plus anciens ont plus de 1,5 milliard d’années.

1. Actions biologiques. Les rayonnements radioactifs ont un effet néfaste sur les cellules vivantes. Le mécanisme de cette action est associé à l'ionisation des atomes et à la décomposition des molécules à l'intérieur des cellules lors du passage de particules chargées rapidement. Les cellules en état de croissance et de reproduction rapides sont particulièrement sensibles aux effets des radiations. Cette circonstance est utilisée pour traiter les tumeurs cancéreuses.

À des fins thérapeutiques, des médicaments radioactifs qui émettent des rayonnements sont utilisés, car ces derniers pénètrent dans le corps sans affaiblissement notable. Lorsque les doses de rayonnement ne sont pas trop élevées, les cellules cancéreuses meurent sans causer de dommages importants au corps du patient. Il convient de noter que la radiothérapie contre le cancer, comme la radiothérapie, n'est en aucun cas un remède universel menant toujours à la guérison.

Des doses excessivement élevées de rayonnement radioactif provoquent des maladies graves chez les animaux et les humains (appelées maladies des radiations) et peuvent entraîner la mort. A très faible dose, les rayonnements radioactifs, principalement les rayonnements, ont au contraire un effet stimulant sur l'organisme. Ceci est lié à l’effet curatif des eaux minérales radioactives contenant de petites quantités de radium ou de radon.

2. Composés lumineux. Les substances luminescentes brillent sous l'influence d'un rayonnement radioactif (cf. §213). En ajoutant une très petite quantité de sel de radium à une substance luminescente (par exemple, le sulfure de zinc), des peintures lumineuses en permanence sont préparées. Ces peintures, lorsqu'elles sont appliquées sur les cadrans et les aiguilles des montres, les viseurs, etc., les rendent visibles dans l'obscurité.

3. Déterminer l'âge de la Terre. La masse atomique du plomb ordinaire extrait de minerais ne contenant pas d’éléments radioactifs est de . Comme on peut le voir sur la Fig. 389, la masse atomique du plomb résultant de la désintégration de l'uranium est de . La masse atomique du plomb contenue dans certains minéraux d'uranium s'avère être très proche de . Il s’ensuit que ces minéraux ne contenaient pas de plomb au moment de leur formation (cristallisation à partir d’une masse fondue ou d’une solution) ; tout le plomb présent dans ces minéraux s'est accumulé à la suite de la désintégration de l'uranium. En utilisant la loi de la désintégration radioactive, vous pouvez déterminer son âge en fonction du rapport des quantités de plomb et d'uranium dans un minéral (voir l'exercice 32 à la fin du chapitre).

L'âge des minéraux d'origines diverses contenant de l'uranium déterminé par cette méthode se mesure en centaines de millions d'années. Les minéraux les plus anciens ont plus de 1,5 milliard d’années.