Барцаева Вика, ученица 9 класса МОУ "Гимназия №20" г.Саранск

В работе представлен наглядный материал по теме "Практическое использование изотопов в медицине"

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Презентация по теме: «Применение радиоактивных изотопов в медицине»

Применение радиоактивных изотопов разнообразно и многообразно. Трудно представить все возможности ее использования. Человечество делает первые шаги в использовании атомной энергии в мирных целых, но уже сегодня понятно, что атомная энергия является мощным средством технического прогресса. Целью моей работы является исследование реального применения атомной энергии в медицине

Метод радиоактивных изотопов позволяет на практике использовать свойства радиоактивных элементов. Этот метод использует тот факт, что по химическим и многим физическим свойствам радиоактивный изотоп неотличим от устойчивых изотопов того же элемента. Метод радиоактивных изотопов нашел весьма широкое применение в медицине. Значительный вклад в разработку методов ранней диагностики заболеваний с помощью введения в организм радиоактивных изотопов внесли российские ученые. Так, Г. Е. Владимиров (1901- 1960), известный биохимик, одним из первых применил радиоактивные изотопы (меченые соединения) для изучения обменных процессов в нервной и мышечной тканях. Первые опыты по практическому применению данного метода были осуществлены биологами В. М. Клечковским и В. И. Спицыным. Радиоизотопные методы диагностики основаны на том, что в кровь, в дыхательные пути, пищеварительный тракт вводятся радиоактивные изотопы – вещества, обладающие свойством радиоактивного излучения (чаще всего это гамма-лучи). Данные изотопы находятся в смеси с веществами, которые накапливаются преимущественно в том или другом органе. Радиоактивные изотопы, таким образом, являются своего рода метками, по которым уже можно судить о наличии тех или иных препаратов в органе.

Со60 (кобальт) применяется для лечения злокачественных опухолей, расположенных как на поверхности тела, так и внутри организма. Для лечения опухолей, расположенных поверхностно (например, рак кожи), кобальт применяется в виде трубочек, которые прикладываются к опухоли, или в виде иголочек, которые вкалываются в нее. Трубочки и иголочки, содержащие радиокобальт, держатся в таком положении до тех пор, пока не наступит разрушение опухоли. При этом не должна сильно страдать здоровая ткань, окружающая опухоль. Если опухоль расположена в глубине тела (рак желудка или легкого), применяются специальные γ -установки, содержащие радиоактивный кобальт. Такая установка создает узкий, очень мощный пучок γ -лучей, который направляется на то место, где распола­гается опухоль. Облучение не вызывает никакой боли, больные не чувствуют его.

Камера радиографическая цифровая для флюорографических аппаратов КРЦ 01- "ПОНИ"

Маммограф современная маммографическая система, с низкой дозой облучения и высокой разрешающей способностью, которая обеспечивает высококачественное изображение молочной железы необходимое для точной диагностики

Цифровой флюорографический аппарат ФЦ-01 «Электрон» предназначен для проведения массового профилактического рентгенологического обследования населения в целях своевременного выявления туберкулеза, онкологических и других легочных заболеваний при малой лучевой нагрузке.

компьютерный томограф Компьютерная томография – метод послойного рентгенологического исследования органов и тканей. Она основана на компьютерной обработке множественных рентгеновских изображений поперечного слоя, выполненных под разными углами.

Брахитерапия - не радикальная, а практически амбулаторная операция, в ходе которой в пораженный орган мы вводим титановые зерна, содержащие изотоп. Этот радиоактивный нуклид убивает опухоль насмерть. В России пока только четыре клиники выполняют такую операцию, две из которых в Москве, одна в Обнинске и одна у нас, в Екатеринбурге, хотя страна нуждается в 300-400 центрах, где применяли бы брахитерапию.

В человеческих сердцах обнаружены следы атомных взрывов Самые глубокие следы атомных взрывов хранят сердца людей, рожденных в 50-е годы прошлого века

Ядерные испытания в атмосфере помогли доказать, что живой "насос", перекачивающий кровь, сам восстанавливает свои поврежденные ткани Еще несколько лет назад принято было считать, что нервные клетки не восстанавливаются. Мол, у человека их столько, сколько получено от рождения. И с возрастом больше не становится. Только меньше - ведь нервные клетки безвозвратно погибают. Выяснилось, что это не так. И новые нейроны способны появляться в процессе жизни. И про сердце думали, что оно не способно к регенерации. Но это стойкое медицинское заблуждение опроверг Ратан Бхардваж - Мы показали, что в сердце взрослого человека вырастают новые клетки, - заявляет ученый. Сделать открытие исследователю помогли ядерные испытания в атмосфере, которые проводились в 50-е годы прошлого века. Тогда они сильно изгадили окружающую срежу радиоактивным изотопом - углеродом-14 . Но его уровень упал, после того, как в 1963 году запретили взрывать атомные бомбы в атмосфере.

Радиоактивные изотопы помогли установить время, когда у людей появлялись новые сердечные клетки Сердечные клетки людей, заставших наземные ядерные взрывы, "всосали" изотоп в повышенной концентрации. Его-то ученые и использовали для так называемого радиоуглеродного датирования живых тканей. Углерод-14 позволил определить возраст клеток. И оказалось, что они - клетки сердца - появлялись в разное время. То есть, наряду со старыми рождались и новые. По оценкам Бхардважа и его коллег, сердце 25-летнего человека способно изготавливать новорожденные клетки в количестве до 1 процента в год от массы органа. К 75 годам производительность "фабрики" падает до 0,45 процента.

Опасности и осложнения радиоизотопных исследований. Во время исследования больной получает определенную дозу радиации. Эта доза не превышает тех уровней радиоактивного излучения, которым подвергается организм при рентгенографии грудной клетки, компьютерной томографии. Следует также знать, что применяемые в исследованиях радиоактивные изотопы быстро выводятся из организма и не оказывают, таким образом, повреждающего действия. В ряде государств изготавливаются радиофармацевтические препараты, используе6мые для протонно-ионной и бор-нейтроннозахватной терапии и ранней диагностики онкологических и других заболеваний, а также в качестве анестетиков. Итак, радиоактивные изотопы нашли своё применение в медицине вообще и в хирургии в частности. Сегодня достаточно широко радиоактивные изотопы используются как для многообразных методов диагностики (для обнаружения, распознавания и локализации внутренних злокачественных образований), так и для терапии болезней человека. РДИ имеют свои достоинства, среди которых следует выделить увеличение экономической и экологической безопасности, снижение стоимости и улучшение эксплуатационных характеристик. Метод использования радиоактивных изотопов для диагностики и лечения в хирургии постоянно совершенствуется и развивается, о чем свидетельствует динамика его использования в крупных городах России, в целом в Российской Федерации и развитых странах.

Литература И.Аладьев «Атомная энергия и ее применение в мирных целях» С.Фейнберг «Исследовательские реакторы» В.Дуженков « Использование радиации в химической промышленности» Г.Иордан «Использование излучений радиоизотопов в измерительной технике» М.Розанов «Применение радиоизотопов в медицине»

Подготовила: ученица 9 В класса МОУ «Гимназия №20» г. Саранск Барцаева Виктория

Изотопы, особенно радиоактивные, имеют многочисленные применения. В табл. 1.13 указаны отдельные примеры некоторых промышленных применений изотопов. Каждая методика, упоминаемая в этой таблице, используется также и в других отраслях промышленности. Например, методика определения утечки вещества с помощью радиоизотопов используется: в производстве напитков для определения утечки из накопительных баков и трубопроводов; в строительстве инженерных сооружений для

Таблица 1.13. Некоторые применения радиоизотопов

определения утечки из подземных водоводов; в энергетической промышленности для определения утечки из теплообменников на электростанциях; в нефтяной промышленности для определения утечки из подземных нефтепроводов; в службе контроля сточных и канализационных вод для определения утечки из магистральных коллекторов.

Изотопы также широко используются в научных исследованиях. В частности, они используются для определения механизмов химических реакций. В качестве примера укажем использование воды, меченной устойчивым изотопом кислорода 180, для изучения гидролиза сложных эфиров, подобных этилацетату (см. также разд. 19.3). С использованием масс-спектрометрии для обнаружения изотопа 180 было установлено, что при гидролизе атом кислорода из молекулы воды переходит в уксусную кислоту, а не в этанол

Радиоизотопы широко используются в роли меченых атомов в биологических исследованиях. Для того чтобы прослеживать метаболические пути в живых системах, используют радиоизотопы углерод-14, тритий, фосфор-32 и сера-35. Например, усвоение фосфора растениями из обработанной удобрениями почвы можно проследить, пользуясь удобрениями, которые содержат примесь фосфора-32.

Радиационная терапия.

Ионизирующее излучение способно разрушать живые ткани. Ткани злокачественных опухолей более чувствительны к облучению, чем здоровые ткани. Это позволяет лечить раковые заболевания при помощи -лучей, испускаемых из источника, в качестве которого используется радиоактивный изотоп кобальт-60. Излучение направляют на пораженный опухолью участок тела больного; сеанс лечения длится несколько минут и повторяется ежедневно в течение 2-6 недель. Во время сеанса все остальные части тела больного должны быть тщательно закрыты непроницаемым для излучения материалом, чтобы предотвратить разрушение здоровых тканей.

Определение возраста образцов при помощи радиоуглерода.

Небольшая часть того диоксида углерода, который находится в атмосфере, содержит радиоактивный изотоп . Растения поглощают этот изотоп в процессе фотосинтеза. Поэтому ткани всех

растений и животных также содержат этот изотоп. Живые ткани обладают постоянным уровнем радиоактивности, потому что его убывание из-за радиоактивного распада компенсируется постоянным поступлением радиоуглерода из атмосферы. Однако, как только наступает смерть растения или животного, прекращается поступление радиоуглерода в его ткани. Это приводит к постепенному снижению уровня радиоактивности мертвых тканей.

Радиоактивность изотопа обусловлена -распадом

Радиоуглеродный метод геохронологии разработал в 1946 г. У.Ф. Либби, получивший за него Нобелевскую премию по химии в 1960 г. Этот метод широко используется в настоящее время археологами, антропологами и геологами для датировки образцов, имеющих возраст вплоть до 35000 лет. Точность этого метода приблизительно 300 лет. Наилучшие результаты получаются при определении возраста шерсти, семян, ракушек и костей. Для определения возраста образца измеряют активность p-излучения (число распадов в минуту) в расчете на 1 г содержащегося в нем углерода. Это позволяет установить возраст образца при помощи кривой радиоактивного распада для изотопа .

Период полураспада для равен 5700 лет. Живая ткань, находящаяся в активном контакте с атмосферой, имеет активность 15,3 расп./мин в расчете на 1 г углерода. По этим данным необходимо:

а) определить постоянную распада для

б) построить кривую распада для

в) вычислить возраст Кратер Лейк Орегон в США), имеющего вулканическое происхождение. Установлено, что дерево, перевернутое во время

извержения, в результате которого появилось озеро, имеет -активность 6,5 расп./мин в расчете на 1 г углерода.

а) Постоянную распада можно найти из уравнения

б) Кривая распада представляет собой график зависимости активности от времени. Данные, необходимые для построения этой кривой, можно вычислить, зная период полураспада и начальную активность образца (активность живой ткани); эти данные приведены в табл. 1.14. Кривая распада показана на рис. 1.32.

в) Возраст озера можно определить при помощи кривой распада (см. штриховые линии на рис. 1.32). Этот возраст равен 7000 лет.

Таблица 1.14. Данные для построения кривой радиоактивного распада углерода, используемой при определении возраста образцов

Рис. 1.32. Кривая радиоактивного распада изотопа

Многие горные породы на Земле и Луне содержат радиоизотопы с периодами полураспада порядка лет. Измеряя и сравнивая относительное содержание этих радиоизотопов с относительным содержанием продуктов их распада в образцах таких горных порол, можно установить их возраст. Три наиболее важных метода геохронологии основаны на определении относительного содержания изотопов (период полураспада лет). (период полураспада лет) и (период полураспада лет).

Метод датировки по калию и аргону.

Такие минералы, как слюда и некоторые разновидности полевого шпата, содержат небольшое количество радиоизотопа калий-40. Он распадается, претерпевая электронный захват и превращаясь в аргон-40:

Возраст образца определяется на основе вычислений, в которых используются данные об относительном содержании в образце калия-40 по сравнению с аргоном-40.

Метод датировки по рубидию и стронцию.

Некоторые из наиболее древних горных пород на Земле, например граниты с западного побережья Гренландии, содержат рубидий. Приблизительно третья часть всех атомов рубидия приходится на долю радиоактивного рубидия-87. Этот радиоизотоп распадается, превращаясь в устойчивый изотоп стронций-87. Вычисления, основанные на использовании данных об относительном содержании в образцах изотопов рубидия и стронция, позволяют устанавливать возраст таких горных пород.

Метод датировки по урану и свинцу.

Изотопы урана распадаются, превращаясь в изотопы свинца. Возраст таких минералов, как апатиты, которые содержат примеси урана, можно определять, сравнивая содержание в их образцах определенных изотопов урана и свинца.

Все три описанных метода использовались для датировки земных горных пород. Полученные в результате данные указывают, что возраст Земли равен лет. Указанные методы использовались также для определения возраста лунных горных пород, доставленных на Землю из космических экспедиций. Возраст этих пород составляет от 3,2 до лет.

Изучение радиометра «Альфарад» и

исследование активности радона-222 в воздухе»

Приборы и принадлежности: радиометр РРА-01М-01.

Задачи и ход выполнения работы:

1. Ознакомиться с учебным материалом по использованию радиоактивных изотопов в медицине и назначением радиометрии.

2. Используя паспорт и руководство по эксплуатации радиометра,

· Выявить его технические характеристики;

· Изучить устройство и принцип работы радиометра, особенности его эксплуатации;

· Подготовить прибор к работе и выполнить пробные измерения в режимах 1-air; 3-Integral; 4-Ffon.

3. Выполнить экспериментальные исследования по определению активности (режим 1-air) сначала в воздухе аудитории, а затем наружного воздуха (забор воздуха на подоконнике открытого окна); результаты измерений оформить в виде таблицы. Опыт повторить не менее трёх раз.

4. Построить графики зависимости объёмной активности от времени.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАБОТЫ

Использование радиоактивных изотопов в медицине и радиометрия

Медицинские приложения радиоактивных изотопов можно представить двумя группами. Одна группа – это методы, использующие изотопные индикаторы (меченые атомы) с диагностическими и исследовательскими целями. Другая группа методов основана на применении ионизирующего излучения радиоактивных изотопов для биологического действия с лечебной целью. К этой же группе можно отнести бактерицидное действие излучения.

Метод меченых атомов заключается в том, что в организм вводят радиоактивные изотопы и определяют их местонахождение и активность в органах и тканях. Так, например, для диагностирования заболевания щитовидной железы в организм вводят радиоактивный йод или , часть которого концентрируется в железé. Счётчиком, расположенным поблизости от неё, фиксируют накопление йода. По скорости увеличения концентрации радиоактивного йода можно делать диагностический вывод о состоянии железы.

Рак щитовидной железы может давать метастазы в разных органах. Накопление радиоактивного йода в них может дать информацию о метастазах.

Для обнаружения распределения радиоактивных изотопов в разных органах тела используют гамма-топограф (сцинтиграф), который автоматически регистрирует распределение интенсивности радиоактивного препарата. Гамма-топограф представляет собой сканирующий счётчик, который постепенно проходит большие участки над телом больного. Регистрация излучения фиксируется, например, штриховой отметкой на бумаге. На рис. 1,а схематически показан путь счётчика, а на рис. 1,б – регистрационная карта.

Применяя изотопные индикаторы, можно проследить за обменом веществ в организме. Объёмы жидкостей в организме трудно измерить непосредственно, метод меченых атомов позволяет решить эту задачу. Так, например, вводя определённое количество радиоактивного изотопа в кровь и выдержав время для его равномерного распределения по кровеносной системе, можно по активности единицы объёма крови найти её общий объём.

Гамма-топограф даёт сравнительно грубое распределение ионизирующего излучения в органах. Более детальные сведения можно получить методом авторадиографии.

В живой организм радиоактивные атомы вводятся в таком небольшом количестве, что ни они, ни продукты их распада практически не оказывают вреда организму.

Известно лечебное применение радиоактивных изотопов, испускающих в основном g-лучи (гамма-терапия). Гамма-установка состоит из источника, обычно , и защитного контейнера, внутри которого помещён источник; больной размещается на столе.

Применение гамма-излучения высокой энергии позволяет разрушать глубоко расположенные опухоли, при этом поверхностно расположенные органы и ткани подвергаются меньшему губительному действию.

Таким образом, биологическое действие ионизирующих излучений состоит в разрушении внутримолекулярных связей и как следствие прекращении жизнедеятельности клеток организма. Наиболее подвержены разрушению клетки в фазе деления, когда спирали молекул ДНК обособлены и незащищены. С одной стороны, это используется в медицине для прекращения деления клеток злокачественных опухолей; с другой – это приводит к нарушению наследственных признаков организма, переносимых половыми клетками.

Развитие ядерной энергетики, широкое внедрение источников ионизирующих излучений в различных областях науки, техники и медицины создали потенциальную угрозу радиационной опасности для человека и загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами. Растёт число лиц, имеющих прямой профессиональный контакт с радиоактивными веществами. Некоторые процессы производства и применение атомной энергии и мощных ускорителей создают опасность поступления радиоактивных отходов в окружающую среду, что может загрязнять воздух, водоисточники, почву, быть причиной неблагоприятного воздействия на организм.

К ионизирующим излучениям относятся потоки электронов, позитронов, нейтронов и других элементарных частиц, α-частиц, а также гамма- и рентгеновское излучения. При взаимодействии ионизирующего излучения с молекулами органических соединений образуются высокоактивные возбуждённые молекулы, ионы, радикалы. Взаимодействуя с молекулами биологических систем, ионизирующие излучения вызывают разрушение клеточных мембран и ядер и, следовательно, приводят к нарушению функций организма.

Одной из задач медицины является защита человека от ионизирующих излучений. Врачи должны уметь контролировать степень радиоактивного загрязнения производственных помещений и объектов внешней среды, рассчитывать защиту от радиоактивных излучений.

Задачей радиометрии является измерение активности радиоактивных источников. Приборы, измеряющие активность, называют радиометрами.

Изотопы, особенно радиоактивные, имеют многочисленные применения. В табл. 1.13 указаны отдельные примеры некоторых промышленных применений изотопов. Каждая методика, упоминаемая в этой таблице, используется также и в других отраслях промышленности. Например, методика определения утечки вещества с помощью радиоизотопов используется: в производстве напитков-для определения утечки из накопительных баков и трубопроводов; в строительстве инженерных сооружений -для

Таблица 1.13. Некоторые применения радиоизотопов

Стерилизованный слабым источником радиоактивного излучения самец мухи цеце маркируется для последующего обнаружения (Буркина-Фасо). Эта процедура является частью эксперимента, проводимого для изучения мухи цеце и установления эффективных мер контроля, препятствующих широкому распространению трипаносомоза (сонной болезни). Муха цеце является переносчиком этого заболевания и заражает им людей, домашних животных и дикий скот. Сонная болезнь чрезвычайно распространена в некоторых частях Африки.

определения утечки из подземных водоводов; в энергетической промышленности-для определения утечки из теплообменников на электростанциях; в нефтяной промышленности-для определения утечки из подземных нефтепроводов; в службе контроля сточных и канализационных вод-для определения утечки из магистральных коллекторов.

Изотопы также широко используются в научных исследованиях . В частности, они используются для определения механизмов химических реакций. В качестве примера укажем использование воды, меченной устойчивым изотопом кислорода 18O, для изучения гидролиза сложных эфиров, подобных этилацетату (см. также разд. 19.3). С использованием масс-спектрометрии для обнаружения изотопа 18O было установлено, что при гидролизе атом кислорода из молекулы воды переходит в уксусную кислоту, а не в этанол

Радиоизотопы широко используются в роли меченых атомов в биологических исследованиях. Для того чтобы прослеживать метаболические пути * в живых системах, используют радиоизотопы углерод-14, тритий, фосфор-32 и сера-35. Например, усвоение фосфора растениями из обработанной удобрениями почвы можно проследить, пользуясь удобрениями, которые содержат примесь фосфора-32.

Радиационная терапия . Ионизирующее излучение способно разрушать живые ткани. Ткани злокачественных опухолей более чувствительны к облучению, чем здоровые ткани. Это позволяет лечить раковые заболевания при помощи у-лучей, испускаемых из источника, в качестве которого используется радиоактивный изотоп кобальт-60. Излучение направляют на пораженный опухолью участок тела больного; сеанс лечения длится несколько минут и повторяется ежедневно в течение 2-6 недель. Во время сеанса все остальные части тела больного должны быть тщательно закрыты непроницаемым для излучения материалом, чтобы предотвратить разрушение здоровых тканей.

Определение возраста образцов при помощи радиоуглерода. Небольшая часть того диоксида углерода, который находится в атмосфере, содержит радиоактивный изотоп "бС. Растения поглощают этот изотоп в процессе фотосинтеза. Поэтому ткани всех

* Метаболизм-это совокупность всех химических реакций, протекающих в клетках живых организмов. В результате метаболических реакций происходит превращение питательных веществ в полезную энергию или в составные части клеток . Метаболические реакции обычно протекают в несколько простых этапов -стадий. Последовательность всех стадий метаболической реакции называется метаболическим путем (механизмом).

Радиоизотопы используются для наблюдения за механизмами осаждения наносов в устьях рек, портах и доках.

Использование радиоизотопов для получения фотографического изображения камеры сгорания реактивного двигателя в Центре неповреждающих испытаний лондонского аэропорта Хитроу. (На плакатах надписи: Радиация. Не подходить.) Радиоизотопы широко используются в промышленности для проведения неповреждающих испытаний.

Живые ткани обладают постоянным уровнем радиоактивности, потому что его убывание из-за радиоактивного распада компенсируется постоянным поступлением радиоуглерода из атмосферы. Однако, как только наступает смерть растения или животного, прекращается поступление радиоуглерода в его ткани. Это приводит к постепенному снижению уровня радиоактивности мертвых тканей.

Метод радиоуглеродной датировки позволил установить, что образцы древесного угля из Стоунхенджа имеют возраст около 4000 лет.

Радиоуглеродный метод геохронологии разработал в 1946 г. У.Ф. Либби, получивший за него Нобелевскую премию по химии в 1960 г. Этот метод широко используется в настоящее время археологами, антропологами и геологами для датировки образцов, имеющих возраст вплоть до 35000 лет. Точность этого метода-приблизительно 300 лет. Наилучшие результаты получаются при определении возраста шерсти, семян, ракушек и костей. Для определения возраста образца измеряют активность р-излучения (число распадов в минуту) в расчете на 1 г содержащегося в нем углерода. Это позволяет установить возраст образца при помощи кривой радиоактивного распада для изотопа 14С.

Какой возраст имеют Земля и Луна?

Многие горные породы на Земле и Луне содержат радиоизотопы с периодами полураспада порядка 10-9 -10-10 лет. Измеряя и сравнивая относительное содержание этих радиоизотопов с относительным содержанием продуктов их распада в образцах таких горных пороl, можно установить их возраст. Три наиболее важных метода геохронологии основаны на определении относительного содержания изотопов К (период полураспада 1,4-109 лет). "Rb (период полураспада 6 1O10 лет) и 2I29U (период полураспада 4,50-109 лет).

Метод датировки по калию и аргону . Такие минералы, как слюда и некоторые разновидности полевого шпата, содержат небольшое количество радиоизотопа калий-40. Он распадается, претерпевая электронный захват и превращаясь в аргон-40:

Возраст образца определяется на основе вычислений, в которых используются данные об относительном содержании в образце калия-40 по сравнению с арго-ном-40.

Метол датировки по рубидию и стронцию . Некоторые из наиболее древних горных пород на Земле, например граниты с западного побережья Гренландии, содержат рубидий. Приблизительно третья часть всех атомов рубидия приходится на долю радиоактивного рубидия-87. Этот радиоизотоп распадается, превращаясь в устойчивый изотоп стронций-87. Вычисления, основанные на использовании данных об относительном содержании в образцах изотопов рубидия и стронция, позволяют устанавливать возраст таких горных пород.

Метод датировки по урану и свинцу . Изотопы урана распадаются, превращаясь в изотопы свинца. Возраст таких минералов, как апатиты, которые содержат примеси урана, можно определять, сравнивая содержание в их образцах определенных изотопов урана и свинца.

Все три описанных метода использовались для датировки земных горных пород. Полученные в результате данные указывают, что возраст Земли равен 4,6-109 лет. Указанные методы использовались также для определения возраста лунных горных пород, доставленных на Землю из космических экспедиций. Возраст этих пород составляет от 3,2 до 4,2 *10 9 лет.

ядерное деление и ядерный синтез

Мы уже упоминали, что экспериментальные значения изотопных масс оказываются меньше значений, вычисленных как сумма масс всех входящих в ядро элементарных частиц. Разность между вычисленным и экспериментальным значением атомной массы называется дефект массы. Дефект массы соответствует энергии, необходимой для преодоления сил отталкивания между частицами с одинаковым зарядом в атомном ядре и связывания их в единое ядро; по этой причине она называется энергия связи. Энергию связи можно вычислить через дефект массы при помощи уравнения Эйнштейна

где E-энергия, m-масса и с-скорость света.

Энергию связи принято выражать в мегаэлектронвольтах (1 МэВ = 106 эВ) на одну субъядерную частицу (нуклон). Электронвольт-это энергия, которую приобретает или теряет частица с единичным элементарным зарядом (равным по абсолютной величине заряду электрона), перемещаемая между точками с разностью электрического потенциала в 1 В (1 МэВ = 9,6* 10 10 Дж/моль).

Например, энергия связи, приходящаяся на один нуклон, в ядре гелия приблизительно равна 7 МэВ, а в ядре хлора-35 она составляет 8,5 МэВ.

Чем больше энергия связи на один нуклон, тем больше устойчивость ядра. На рис. 1.33 показана зависимость энергии связи от массового числа элементов. Следует обратить внимание на то, что наибольшей устойчивостью обладают элементы с массовым числом, близким к 60. К таким элементам относятся 56Fe, 59Co, 59Ni и 64Cu. Элементы с более низкими массовыми числами могут, по крайней мере с теоретической точки зрения, повышать свою устойчивость в результате увеличения их массового числа. На практике, однако, представляется возможным увеличивать массовые числа только наиболее легких элементов, таких, как водород. (Гелий обладает аномально высокой устойчивостью; энергия связи нуклонов в ядре гелия не укладывается на кривую, изображенную на рис. 1.33.) Массовое число таких элементов увеличивается в процессе, называемом ядерным синтезом (см. ниже).

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное автономное образовательное учреждение

среднего профессионального образования -

Новокуйбышевский государственный гуманитарно-технологический колледж

Реферат

по дисциплине: «Химия»

тема: «Использование радиоактивных изотопов в технике»

Гражданкина Дарья Игоревна

студентки 1 курса группы 16

специальность 230115

2013

1. Что такое изотопы и их получение

Список литературы

радиоактивный изотоп атом дефектоскопия

1. Что такое изотопы?

Изотопы -- это разновидности любого химического элемента периодической системы Д.И. Менделеева, обладающие разным атомным весом. Различные изотопы любого химического элемента имеют одно и то же число протонов в ядре и такое же число электронов на оболочках атома, имеют одинаковый атомный номер и занимают определенные, свойственные данному химическому элементу, места в таблице Д.И. Менделеева. Различие в атомном весе у изотопов объясняется тем, что ядра их атомов содержат разное число нейтронов.

Изотопы радиоактивные -- изотопы любого элемента периодической системы Д. И. Менделеева, атомы которых имеют неустойчивые ядра и переходят в устойчивое состояние путем радиоактивного распада сопровождающегося излучением. У элементов с порядковым номером больше 82 все изотопы радиоактивны и распадаются путем альфа- или бета-распада. Это -- так называемые естественные радиоактивные изотопы, встречающиеся обычно в природе. Атомы, образующиеся при распаде этих элементов, если у них порядковый номер выше 82, в свою очередь подвергаются радиоактивному распаду, продукты которого также могут быть радиоактивны. Получается как бы последовательная цепочка, или так называемое семейство радиоактивных изотопов. Известно три естественных радиоактивных семейства, называемых по первому элементу ряда семействами урана, тория и актиноурана (или актиния). К семейству урана относятся радий и радон. Последний элемент каждого ряда превращается в результате распада в один из устойчивых изотопов свинца с порядковым номером 82. Кроме этих семейств, известны отдельные естественные радиоактивные изотопы элементов с порядковыми номерами меньше 82. Это калий-40 и некоторые другие. Из них важен калий-40, так как он содержится в любом живом организме.

Радиоактивные изотопы всех химических элементов можно получить искусственным путем.

Существует несколько способов их получения. Радиоактивные изотопы таких элементов, как стронций, йод, бром и другие, занимающих средние места в периодической системе, являются продуктами деления ядра урана. Из смеси таких продуктов, полученных в ядерном реакторе, их выделяют, пользуясь радиохимическими и другими методами. Радиоактивные изотопы почти всех элементов могут быть получены на ускорителе заряженных частиц путем бомбардировки определенных устойчивых атомов протонами или дейтронами. Распространен способ получения радиоактивных изотопов из устойчивых изотопов того же элемента путем облучения их нейтронами в ядерном реакторе. Способ основан на так называемой реакции радиационного захвата. Если вещество облучают нейтронами, последние, не имея заряда, могут беспрепятственно приблизиться к ядру атома и как бы «прилипнуть» к нему, образовав новое ядро того же элемента, но с одним лишним нейтроном. При этом выделяется определенное количество энергии в виде гамма- излучения, почему процесс и называется радиационным захватом. Ядра с избытком нейтронов неустойчивы, поэтому полученный изотоп радиоактивен. За редкими исключениями, таким путем можно получить радиоактивные изотопы любого элемента.

При распаде изотопа может образоваться изотоп, также радиоактивный. Например, стронций-90 превращается в иттрий-90, барий-140 -- в лантан-140 и т. п.

Искусственным путем были получены не известные в природе трансурановые элементы с порядковым номером больше 92 (нептуний, плутоний, америций, кюрий и т. д.), все изотопы которых радиоактивны. Один из них дает начало еще одному радиоактивному семейству -- семейству нептуния.

При работе реакторов и ускорителей радиоактивные изотопы образуются в материалах и деталях этих установок и окружающего оборудования. Эта «наведенная активность», сохраняющаяся более или менее долгое время после прекращения работы установок, представляет нежелательный источник излучения. Наведенная активность возникает и в живом организме, подвергавшемся воздействию нейтронов, например при аварии или при атомном взрыве.

Активность радиоактивных изотопов измеряется в единицах кюри или производных от нее -- милликюри и микрокюри.

По химическим и физико-химическим свойствам радиоактивные изотопы практически не отличаются от природных элементов; их примесь к какому-либо веществу не меняет его поведения в живом организме.

Можно такими мечеными атомами заменять устойчивые изотопы в различных химических соединениях. Свойства последних от этого не изменятся, и, если ввести их в организм, они будут вести себя как обычные, немеченные вещества. Однако благодаря излучению легко обнаруживать их присутствие в крови, тканях, клетках и т. п. Радиоактивные изотопы в этих веществах служат, таким образом, показателями, или индикаторами, распределения и судьбы введенных в организм веществ. Поэтому их называют «радиоактивными индикаторами». Синтезировано множество неорганических и органических соединений, меченных различными радиоактивными изотопами, для радиоизотопной диагностики и для различных экспериментальных исследований.

2. Применение радиоактивных изотопов в технике

Одним из наиболее выдающихся исследований, проведенных с помощью «меченых атомов», явилось исследование обмена веществ в организмах. Было доказано, что за сравнительно небольшое время организм подвергается почти полному обновлению. Слагающие его атомы заменяются новыми. Лишь железо, как показали опыты по изотопному исследованию крови, является исключением из этого правила. Железо входит в состав гемоглобина красных кровяных шариков. При введении в пищу радиоактивных атомов железа было установлено, что свободный кислород, выделяемый при фотосинтезе, первоначально входил в состав воды, а не углекислого газа. Обширна область применения радиоактивных изотопов в промышленности. Одним из примеров этого может служить следующий способ контроля износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Облучая поршневое кольцо нейтронами, вызывают в нем ядерные реакции и делают его радиоактивным. При работе двигателя частички материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла после определенного времени работы двигателя, определяют износ кольца. Радиоактивные изотопы позволяют судить о диффузии металлов, процессах в доменных печах и т. д.

Мощное гамма-излучение радиоактивных препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.

Радиоактивные изотопы, испускающие гамма-лучи могут применяться вместо громоздких рентгеновских установок для просвечивания изделий, так как свойства гамма-лучей сходны со свойствами рентгеновских лучей. По одну сторону проверяемого изделия помещают источник гамма-лучей, а по другую - фотопленку. Такой метод проверки называют гамма-дефектоскопией. Таким способом в настоящее время проверяется черное и цветное литье, готовые изделия (стальные изделия толщиной до 300мм) и качество сварных швов. С помощью радиоактивных изотопов легко на ходу и без соприкосновения измерить толщину металлической ленты или прокатываемых листов металла и автоматически поддерживать толщину постоянной. Под движущейся лентой, выбегающей из-под вальцов машины, помещают источник бета-частиц. Изменение толщины ленты ведет, следовательно, к изменению тока в счетчике. Этот ток усиливается и направляется либо в измерительный прибор, либо в автомат, который мгновенно сблизит или, наоборот, раздвинет вальцы. Приборы подобного типа используются также в бумажной, резиновой и кожевенной промышленности. Созданы радиоизотопные источники электрической энергии. Они используют тепло, выделяемое в образце, поглощающем излучение. С помощью термоэлементов это тепло превращается в электрический ток. Источник весом в несколько килограммов обеспечивает мощность в несколько десятков ватт в течение 10 лет бесперебойной работы. Такие источники используются для питания автоматических маяков и автоматических метеостанций, работающих в труднодоступных районах. Более мощные источники были установлены на советских луноходах, запущенных на Луну. Они надежно работали при температурах от -140 до +120.

Одним из наиболее выдающихся исследований, проведенных с помощью «меченых атомов», явилось исследование обмена веществ в организмах. Было доказано, что за сравнительно небольшое время организм подвергается почти полному обновлению. Слагающие его атомы заменяются новыми. Лишь железо, как показали опыты по изотопному исследованию крови, является исключением из этого правила. Железо входит в состав гемоглобина красных кровяных шариков. При введении в пищу радиоактивных атомов железа было установлено, что свободный кислород, выделяемый при фотосинтезе, первоначально входил в состав воды, а не углекислого газа. Радиоактивные изотопы применяются в медицине как для постановки диагноза, так и для терапевтических целей. Радиоактивный натрий, вводимый в небольших количествах в кровь, используется для исследования кровообращения, йод интенсивно отлагается в щитовидной железе, особенно при базедовой болезни. Наблюдая с помощью счетчика за отложением радиоактивного йода, можно быстро поставить диагноз. Большие дозы радиоактивного йода вызывают частичное разрушение аномально развивающихся тканей, и поэтому радиоактивный йод используют для лечения базедовой болезни. Интенсивное гамма-излучение кобальта используется при лечении раковых заболеваний (кобальтовая пушка).

Список использованной литературы

1. Гайсинский М.Н., Ядерная химия и ее приложения, пер. с франц., М., 1961

2. Экспериментальная ядерная физика, под ред. Э. Сегре, пер. с англ., т. 3, М., 1961; Средства сети INTERNET

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Сущность феномена радиоактивности, история его открытия и изучения, современные знания, их значение и применение в различных сферах. Виды радиоактивных излучений, их характеристика и отличительные черты. Порядок и этапы альфа-, бета-, гамма-распада.

курсовая работа , добавлен 10.05.2009


Природная радиоактивность обусловлена радиоактивными изотопами естественного происхождения, присутствующими во всех оболочках земли. Родоначальниками радиоактивных изотопов, входящие в состав радиоактивных семейств являются радий и торий.

курсовая работа , добавлен 25.11.2008


Закон радиоактивного распада. Определение ионов химических элементов. Метод радиометрического титрования, изотопного разбавления, активационного анализа, определения содержания химических элементов по излучению их естественных радиоактивных изотопов.

презентация , добавлен 07.05.2016


Определение относительного содержания изотопов плутония путем анализа спектров, количественного соотношения содержания изотопов по идентифицированным линиям. Оценка нахождения провалов и линейных участков спектра. Расчет погрешности содержания.

курсовая работа , добавлен 23.08.2016


Естественные и искусственные радиоактивные ряды. Виды радиоактивного распада. Основные радиоактивные ряды, наблюдающиеся в природе. Характеристика рядов тория, нептуния, радия, актиния. Радиоактивные превращения ядер. Последовательные цепочки нуклидов.

презентация , добавлен 30.05.2015


Характеристика химических и физических свойств водорода. Различия в массе атомов у изотопов водорода. Конфигурация единственного электронного слоя нейтрального невозбужденного атома водорода. История открытия, нахождение в природе, методы получения.

презентация , добавлен 14.01.2011


Характеристика химических свойств актинидов. Количественное определение трансплутониевых элементов. Отделение осаждением неорганическими и органическими реагентами. Методы выделения и разделения трансплутониевых элементов. Получение металлического урана.

реферат , добавлен 03.10.2010


Общие принципы классификации сложных и простых неорганических веществ. Размеры атомов и их взаимосвязь с положением в периодической системе элементов. Понятие электрической диссоциации и растворы электролитов. Водородная связь и мембранные сенсоры.

контрольная работа , добавлен 01.02.2011


Ионизационный и сцинтилляционный методы радиоактивного излучения. Определение ионов химических элементов в растворе с помощью радиоактивных реагентов. Оптимальное время регистрации излучений. Метод радиометрического титрования и активационного анализа.

курсовая работа , добавлен 07.05.2016


Физико-химические свойства уксусной кислоты. Характеристика процесса окисления альдегида. Способ получения ацетальдегида и этаналя. Принципы расчёта количества образующихся побочных продуктов в процессе получения уксусной кислоты. Сущность метода Кольбе.