Le concept de radioactivité. Zone de désintégration radioactive
Le rayonnement radioactif est largement utilisé 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 de la glande thyroïde (à l'aide de l'isotope 131 I). Cette méthode permet également d'étudier la distribution du sang et d'autres fluides biologiques, de diagnostiquer les maladies du cœur et de plusieurs autres organes.
La thérapie gamma est une modalité de traitement maladies oncologiques en utilisant le rayonnement g. Pour cela, 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 en surface sont moins nocifs.
La radonthérapie sera également utilisée : les eaux minérales contenant ses produits sont utilisées pour agir sur la peau (bains de radon), les organes digestifs (boisson) et les organes respiratoires (inhalation).
Pour le traitement du cancer, les particules a sont utilisées en combinaison avec des flux de neutrons. Des éléments sont introduits dans la tumeur dont les noyaux, sous l'influence d'un flux de neutrons, provoquent une réaction nucléaire avec formation de rayonnement a:
.
Ainsi, des particules a et des noyaux de recul se forment à la place de l'organe qui doit être exposé.
En médecine moderne, à des fins de diagnostic, le rayonnement X dur produit par les accélérateurs et ayant haute énergie quanta (jusqu'à plusieurs dizaines de MeV).
Instruments dosimétriques
Instruments dosimétriques, ou dosimètres, sont appelés appareils de mesure de doses de rayonnements ionisants ou grandeurs associées à des doses.
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 débit de dose. Dans certains cas, une alarme est prévue en cas de dépassement valeur de consigne débit de dose.
Selon le détecteur utilisé, les dosimètres sont à ionisation, luminescents, semi-conducteurs, photodosimètres, etc.
Les dosimètres peuvent être conçus pour mesurer les doses d'un type particulier de rayonnement ou pour enregistrer un rayonnement mixte.
Les dosimètres pour mesurer la dose d'exposition aux rayons X et au rayonnement g ou sa puissance sont appelés radiomètres.
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 l'intensité du courant est proportionnelle à sa puissance.
La composition du gaz dans les chambres d'ionisation, ainsi que la substance des parois qui les composent, est choisie de manière à ce que des conditions identiques soient réalisées avec 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 structurel général de tous les dosimètres est similaire à celui illustré à la Fig.5. Le rôle du capteur (transducteur de mesure) est assuré par un détecteur de rayonnement nucléaire. Des dispositifs d'aiguille, des enregistreurs, des compteurs électromécaniques, des dispositifs de signalisation sonore et lumineuse peuvent être utilisés comme dispositifs de sortie.
QUESTIONS D'ESSAI
1. Qu'appelle-t-on radioactivité ? Nommer les types de radioactivité et les types désintégration radioactive.
2. Qu'appelle-t-on une désintégration ? Quels sont les types de désintégration b ? Qu'appelle-t-on rayonnement g ?
3. Écrivez la loi fondamentale de la désintégration radioactive. Expliquez toutes les quantités incluses dans la formule.
4. Qu'est-ce qu'on appelle constante de décroissance? demi vie? Écrivez une formule reliant ces quantités. Expliquez toutes les quantités incluses dans la formule.
5. Quel effet font rayonnement ionisant sur les tissus biologiques ?
7. Donnez des définitions et des formules pour les doses absorbées, d'exposition et équivalentes (biologiques) de rayonnement radioactif, leurs unités de mesure. Expliquer les formules.
8. Quel est le facteur qualité ? Quel est le facteur qualité ? Donner ses valeurs pour différents rayonnements.
9. Quels sont les moyens 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 numéro 26 Vladimir Khrupolov K. Un autre mystère de la nature
Préparé par : étudiant école numéro 26 Vladimir Khrupolov K. Un autre mystère de la nature
Khrupolov K. Un autre mystère de la nature
La fin du 19e et le début du 20e siècle ont été exceptionnellement riches en découvertes et inventions époustouflantes dont on ne pouvait que rêver. L'idée de la possibilité d'obtenir une énergie inépuisable contenue dans une quantité négligeable de matière vivait dans les recoins de la pensée humaine. 
Un scientifique bien connu de cette époque était Becquerel, qui s'était fixé pour objectif de découvrir la nature de la lueur mystérieuse de certaines substances sous l'influence du rayonnement solaire. Becquerel collectionne une vaste collection de produits chimiques lumineux et de minéraux naturels.
Objectif
L'étude du concept 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 la radioactivité dans le monde.
Le phénomène de la 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 rayonnement radioactif et de particules élémentaires. Comment utiliser le phénomène de la radioactivité ?
L'utilisation de la radioactivité en médecine
L'étude du concept 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 la radioactivité dans le monde.
Comment utiliser le phénomène de la radioactivité ?
L'utilisation de la radioactivité en médecine
L'utilisation de la radioactivité en médecine
La radiothérapie est l'utilisation d'un rayonnement puissant pour tuer les cellules cancéreuses.
L'iode radioactif s'accumule dans la thyroïde
glande, détermine les dysfonctionnements et
utilisé dans le traitement de la maladie de Basedow.
Une solution saline marquée au sodium mesure le taux de circulation sanguine, détermine la perméabilité des vaisseaux sanguins des extrémités.
Le phosphore radioactif mesure le volume sanguin, traite l'érythrémie. 
L'utilisation de la radioactivité dans l'industrie
Un exemple de ceci 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 y provoquent des réactions nucléaires et le rendent radioactif. Lorsque le moteur tourne, des particules du matériau de l'anneau pénètrent dans l'huile de lubrification. En examinant le niveau de radioactivité de l'huile après un certain temps de fonctionnement du moteur, on détermine l'usure de la bague. Le puissant rayonnement gamma des préparations radioactives est utilisé pour étudier la structure interne des pièces moulées en métal afin de détecter leurs défauts. 
L'utilisation de la radioactivité dans agriculture
L'irradiation des graines de plantes avec de petites doses de rayons gamma provenant de préparations radioactives entraîne une augmentation notable du rendement. Demande reçue "atomes marqués" dans la technologie agricole. Par exemple, afin de savoir lequel des engrais phosphorés est le mieux absorbé par la plante, divers engrais sont étiquetés avec du phosphore radioactif P. En examinant les plantes pour la radioactivité, on peut déterminer la quantité de phosphore absorbée par elles à partir de différentes variétés d'engrais. . 
Découverte du phénomène de la radioactivité.
La découverte du phénomène de la radioactivité peut être attribuée aux découvertes les plus remarquables de la science moderne. C'est grâce à lui que l'homme a pu approfondir considérablement ses connaissances dans le domaine de la structure et des propriétés de la matière, comprendre les schémas de nombreux processus dans l'Univers et résoudre le problème de la maîtrise de l'énergie nucléaire.
Le potentiel de la grande science
Jusqu'à la découverte de la radioactivité, les scientifiques croyaient tout savoir phénomènes physiques et rien à ouvrir. Existe-t-il une possibilité qu'il y ait quelque chose d'autre dans le monde qui ne soit pas connu de l'humanité ?
Existe-t-il une possibilité qu'il y ait quelque chose d'autre dans le monde qui ne soit pas connu de l'humanité ?
exposition aux particules de rayonnement radon
Les gens ont appris à utiliser les radiations dans fins pacifiques, Avec haut niveau sécurité, ce qui a permis d'élever presque toutes les industries à un nouveau niveau.
Obtenir de l'énergie à l'aide de centrales nucléaires. De tous les secteurs activité économique l'énergie humaine a le plus grande influence sur notre vie. La chaleur et la lumière dans les maisons, les flux de circulation et le travail de l'industrie - tout cela nécessite de l'énergie. Cette industrie est l'une des plus dynamiques. En 30 ans, la capacité totale des tranches nucléaires est passée de 5 000 à 23 millions de kilowatts.
Peu de doute que Pouvoir nucléaire a pris une position forte dans bilan énergétique humanité.
Envisagez l'utilisation du rayonnement dans la détection des défauts. La détection des défauts par rayons X et gamma est l'une des applications 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 est basée sur le pouvoir pénétrant des rayons X et les caractéristiques de son absorption dans les matériaux.
Le rayonnement gamma est utilisé pour les transformations chimiques, par exemple dans les procédés de polymérisation.
La médecine nucléaire est peut-être l'une des industries émergentes les plus importantes. Médecine nucléaire - une branche de la médecine associée à l'utilisation des progrès Physique nucléaire, en particulier les radio-isotopes, etc.
Aujourd'hui, la médecine nucléaire permet d'étudier presque tous les systèmes d'organes humains et trouve des applications dans la neurologie, la cardiologie, l'oncologie, l'endocrinologie, la pneumologie et d'autres branches de la médecine.
À l'aide de méthodes de médecine nucléaire, ils étudient l'apport sanguin aux organes, le métabolisme de la bile, 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 dans le temps pour étudier la dynamique. Cette technique est utilisée, par exemple, pour évaluer le travail du cœur.
En Russie, deux types de diagnostics utilisant des radio-isotopes sont déjà activement utilisés - la scintigraphie et la tomographie par émission de positrons. Ils vous permettent de créer modèles complets le travail des organes.
Les médecins pensent qu'à faibles doses, les radiations ont un effet stimulant, entraînant le système de défense biologique humain.
De nombreuses stations utilisent des bains de radon, où le niveau de rayonnement est légèrement supérieur à celui des conditions naturelles.
On a remarqué que ceux qui prennent ces bains améliorent leur capacité de travail, se calment système nerveux guérir les blessures plus rapidement.
Des études menées par des scientifiques étrangers suggèrent que la fréquence et la mortalité de tous les types de cancer sont plus faibles dans les zones à rayonnement de fond naturel plus élevé (la plupart des pays ensoleillés peuvent être inclus).
L'effet du rayonnement radioactif 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 des processus d'excitation et d'ionisation d'atomes et de molécules qui composent les 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 de radioprotection des personnes susceptibles de tomber dans la zone de rayonnement.
Cependant, une personne peut être exposée à des rayonnements ionisants et conditions de vie. Grave danger pour la santé humaine, il peut représenter un gaz inerte, incolore et radioactif, le radon, produit de désintégration du radium et dont la demi-vie est T = 3,82 jours. Le radium se trouve en petites quantités dans le sol, dans les pierres et dans diverses structures de construction. Malgré la durée de vie relativement courte, la concentration de radon est continuellement reconstituée en raison de nouvelles désintégrations de noyaux de radium, de sorte que le radon peut s'accumuler dans des espaces clos. En pénétrant dans les poumons, le radon émet des particules et se transforme en polonium, qui n'est pas une substance chimiquement inerte. S'ensuit une chaîne de transformations radioactives de la série de l'uranium. Selon l'American Commission on Radiation Safety and Control, une personne moyenne reçoit 55 % des rayonnements ionisants du 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 établi pour les personnes de certaines professions exposées à une exposition supplémentaire aux rayonnements ionisants.
L'utilisation d'isotopes radioactifs
L'une des études les plus remarquables réalisées à l'aide d'"atomes marqués" a été l'étude du métabolisme dans les organismes. Il a été prouvé qu'en un temps relativement court, le corps subit un renouvellement presque complet. Ses atomes constitutifs sont remplacés par de nouveaux. Seul le fer, comme l'ont montré les expériences sur l'étude isotopique 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 à l'origine partie de l'eau, et non gaz carbonique. Les isotopes radioactifs sont utilisés en médecine à des fins diagnostiques et thérapeutiques. Le sodium radioactif, introduit en petite quantité 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 surveillant le dépôt d'iode radioactif avec un compteur, un diagnostic peut être posé rapidement. De fortes doses d'iode radioactif provoquent une destruction partielle des tissus en développement anormal et, par conséquent, l'iode radioactif est utilisé pour traiter la maladie de Basedow. Le rayonnement gamma intense au cobalt est utilisé dans le traitement du cancer (cancer au cobalt).
Non moins étendues sont les applications des isotopes radioactifs dans l'industrie. Un exemple de ceci 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 y provoquent des réactions nucléaires et le rendent radioactif. Lorsque le moteur tourne, des particules du matériau de l'anneau pénètrent dans l'huile de lubrification. En examinant le niveau de radioactivité de l'huile après un certain temps de fonctionnement du moteur, on détermine l'usure de la bague. Les isotopes radioactifs permettent de juger de la diffusion des métaux, des procédés dans les hauts fourneaux, etc.
Le puissant rayonnement gamma des préparations radioactives est utilisé pour étudier la structure interne des pièces moulées en métal afin de détecter leurs défauts.
Les isotopes radioactifs sont de plus en plus utilisés dans l'agriculture. L'irradiation des graines de plantes (coton, chou, radis, etc.) avec de petites doses de rayons gamma provenant de préparations radioactives entraîne une augmentation notable du rendement. De fortes doses de "rayonnement provoquent des mutations dans les plantes et les micro-organismes, ce qui, dans certains cas, conduit à l'émergence de mutants dotés de nouvelles propriétés précieuses (radiosélection). Ainsi, des variétés précieuses de blé, de haricots et d'autres cultures ont été sélectionnées et des micro-organismes hautement productifs ont été utilisés. dans la production d'antibiotiques. Le rayonnement gamma des isotopes radioactifs est également utilisé pour combattre insectes nuisibles et pour la conservation produits alimentaires. Application large reçu des "atomes marqués" dans la technologie agricole. Par exemple, pour savoir lequel des engrais phosphatés est le mieux absorbé par la plante, divers engrais sont marqués au phosphore radioactif 15 32P. En examinant les plantes pour la radioactivité, on peut déterminer la quantité de phosphore absorbée par elles à partir de différentes variétés 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 la plus couramment utilisée est la datation au radiocarbone. Un isotope instable du carbone se produit dans l'atmosphère en raison de réactions nucléaires causées par les rayons cosmiques. Un petit pourcentage de cet isotope se trouve dans l'air avec l'isotope stable habituel.Les plantes et d'autres organismes consomment le carbone de l'air et accumulent les deux isotopes dans la même proportion que dans l'air. Après la mort des plantes, elles cessent de consommer du carbone et l'isotope instable, à la suite de la décomposition, se transforme progressivement en azote avec une demi-vie de 5730 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.
L'utilisation de la radioactivité.
1. Actions biologiques. Le rayonnement radioactif a un effet désastreux sur les cellules vivantes. Le mécanisme de cette action est lié à l'ionisation des atomes et à la décomposition des molécules à l'intérieur des cellules lors du passage des particules chargées rapides. Les cellules qui sont dans un état de croissance et de reproduction rapides sont particulièrement sensibles aux effets des radiations. Cette circonstance est utilisée pour le traitement des tumeurs cancéreuses.
Aux fins de la thérapie, des préparations radioactives émettant des rayons g sont utilisées, car ces dernières pénètrent dans le corps sans affaiblissement notable. À des doses de rayonnement pas trop élevées, les cellules cancéreuses meurent, tandis que le corps du patient ne subit pas de dommages importants. Il convient de noter que la radiothérapie anticancéreuse, comme la radiothérapie, n'est en aucun cas un remède universel qui mène toujours à la guérison.
Des doses trop importantes émissions radioactives provoquent des maladies graves chez les animaux et les humains (maladie des rayons) et peuvent entraîner la mort. A très faible dose, le rayonnement radioactif, principalement le rayonnement a, a au contraire un effet stimulant sur l'organisme. Associé à cela est l'effet curatif de la radioactivité eaux minérales contenant de petites quantités de radium ou de radon.
2. Composés lumineux Les substances luminescentes brillent sous l'action du rayonnement radioactif (cf. § 213). En ajoutant une très petite quantité de sel de radium à une substance luminescente (par exemple, du sulfure de zinc), des peintures lumineuses en permanence sont préparées. Ces peintures, étant appliquées sur les cadrans et les aiguilles de l'horloge, curiosités etc., rendez-les visibles dans l'obscurité.
3. Déterminer l'âge de la Terre. La masse atomique du 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 du plomb contenu dans certains minéraux d'uranium s'avère être très proche de 206. Il s'ensuit que ces minéraux au moment de la formation (cristallisation à partir d'un bain ou d'une solution) ne contenait pas de plomb; tout le plomb disponible 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 par le rapport des quantités de plomb et d'uranium 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. Le rayonnement radioactif a un effet désastreux sur les cellules vivantes. Le mécanisme de cette action est lié à l'ionisation des atomes et à la décomposition des molécules à l'intérieur des cellules lors du passage des particules chargées rapides. Les cellules qui sont dans un état de croissance et de reproduction rapides sont particulièrement sensibles aux effets des radiations. Cette circonstance est utilisée pour le traitement des tumeurs cancéreuses.
À des fins thérapeutiques, des médicaments radioactifs émettant des radiations sont utilisés, car ces derniers pénètrent dans le corps sans affaiblissement notable. À des doses de rayonnement pas trop élevées, les cellules cancéreuses meurent, tandis que le corps du patient ne subit pas de dommages importants. Il convient de noter que la radiothérapie anticancéreuse, comme la radiothérapie, n'est en aucun cas un remède universel qui mène toujours à la guérison.
Des doses excessivement élevées de rayonnement radioactif provoquent des maladies graves chez les animaux et les humains (ce que l'on appelle le mal des rayons) et peuvent entraîner la mort. A très petites doses, les rayonnements radioactifs, principalement les rayonnements, au contraire, ont un effet stimulant sur l'organisme. Lié à cela est l'effet curatif des eaux minérales radioactives contenant de petites quantités de radium ou de radon.
2. Compositions lumineuses. Les substances luminescentes brillent sous l'action d'un rayonnement radioactif (cf. §213). En ajoutant une très petite quantité de sel de radium à une substance luminescente (par exemple, du sulfure de zinc), des peintures lumineuses en permanence sont préparées. Ces peintures, lorsqu'elles sont appliquées sur les cadrans et les aiguilles des horloges, 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 qui ne contiennent pas d'éléments radioactifs, est de . Comme on peut le voir sur la fig. 389, la masse atomique du plomb formé à partir de la désintégration de l'uranium est . La masse atomique du plomb contenu dans certains minerais d'uranium s'avère très proche de. Il s'ensuit que ces minéraux au moment de leur formation (cristallisation à partir d'un bain ou d'une solution) ne contenaient pas de plomb ; tout le plomb disponible dans ces minéraux s'est accumulé à la suite de la désintégration de l'uranium. En utilisant la loi de décroissance radioactive, il est possible de déterminer son âge à partir du rapport des quantités de plomb et d'uranium dans un minéral (voir exercice 32 en fin de 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.
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