Искусственные радиоактивные изотопы, их виды и характеристика

Искусственная радиоактивность была открыта в 1934 году Ирен и Фредериком Кюри. Они обнаружили, что если долго облучать некоторые вещества α - частицами, то эти вещества сами становятся радиоактивными.

Радиоактивные изотопы (радионуклиды) можно получить при бомбардировке протонами, нейтронами, α - частицами, при поглощении γ - квантов большой энергии. Радиоактивные изотопы изготавливают на ядерных реакторах и в ускорителях заряженных частиц. В настоящее время получены радиоактивные изотопы всех химических элементов, встречающихся в природе. Они активно используются в науке и технике.

Различают 3 основных метода:

1. Метод меченых атомов - использует радиоактивность как сигнал о присутствии данного изотопа. В качестве "метки" используют радионуклиды, которые можно легко обнаружить и измерить, зная их период полураспада, тип и энергию излучения. В качестве радиоактивных меток применяют: ³Н, ¹⁴С, ³²Р, ³⁵Са, ⁵⁹Fe, ¹³¹I, ⁹⁵Nb, ⁶⁰Co, ²⁴Na

2. Методы, использующие большую проникающую способность радиоактивного излучения - определение структуры молекул.

3. Методы, использующие действие самого излучения - используют для изучения распределения веществ в системе и пути их перемещения, для выяснения механизма химической реакции, для количественного анализа.

Медицинское применение.

В медицине широко используются радиоактивные изотопы, т.к. они довольно быстро выводятся из организма, относительно недороги и обладают необходимой избирательностью действия. Применяются в диагностике, исследовании и лечении некоторых заболеваний.

1. Радиоизотопная диагностика - это физический метод применения радиоактивных изотопов для распознавания болезней и изучения функций организма.

Особенности:

A. Очень высокая чувствительность (10^-19 гр. вещества)

Б. Высокая специфичность метода (при анализе нельзя спутать 2 изотопа, каждый имеет свой спектр).

B. Возможность применения малых доз изотопа.

Г. Не разрушаемость живого организма.

Д. Простота и точность регистрации.

Виды методов:

1. Метод разведения. Суть: вводят изотоп в организм в определённой концентрации, берут пробы, сравнивают активность пробы с активностью введённого препарата и судят о разведении изотопа в организме.

2. Метод изучения скорости введения изотопа. После введения изотопа через некоторое время берут пробы и сравнивают активность; делают вывод, например, о выделительной функции почек.

3. Метод распределения изотопов (метод меченых атомов). Основан на избирательном скоплении изотопов в отдельных тканях. С помощью специальной аппаратуры определяют топографию и особенности щитовидной железы (¹³¹I), определяют скорость кровотока (²⁴Na) и т.д.

2. Радиоизотопная терапия - совокупность методов лечения заболеваний радиоактивными изотопами. В её основе лежит биологическое действие радиоактивного излучения и избирательное накопление изотопов при их введении внутрь.

A. Для лечения злокачественных опухолей:

⁶⁰Сo помещается в излучатель специальной формы, и излучение направляется на участок, подлежащий лечению.

¹⁹⁸Au вводится в виде коллоидного раствора непосредственно в опухоль. Золото не вступает в биохимическую реакцию с тканями и облучение тканевых клеток продолжается до тех пор, пока сохраняется активность препарата. Лучевого поражения при этом не возникает, т.к. Т = 2,7 суток.

Б. Для лечения болезней крови.

³²Р концентрируется в трубчатых костях и, распадаясь, излучает β - лучи, которые облучают костный мозг, что во многих случаях восстанавливает функцию кроветворения.

B. Для лечения кожных и глазных заболеваний.

³²Р и ⁹⁰Sr - фильтрованную бумагу пропитывают раствором радиоактивного изотопа и в целлофановом конверте накладывают на поражённый участок. При распаде изотопы излучают β - лучи, которые не проникают глубоко в организм и не повреждают здоровые ткани.

Г. Для лечения органов пищеварения, дыхания, воздействия на кожу.

²²²Rn вводится внутрь с помощью иглы, распадаясь, излучает α - лучи. Дополнительные пути воздействия - через ванны, питьё, ингаляции.

7. Активность. Её виды, единицы измерения и количественная оценка. Формула активности.

На практике основное значение имеет общее число распадов, приходящихся в источнике радиоактивного излучения в единицу времени => количественно меру распада определяют активностью радиоактивного вещества.

Активность (А) зависит от относительной скорости распада "λ" и от наличного числа ядер (т.е. от массы изотопа).

"А" - характеризует абсолютную скорость распада изотопа в данном источнике.

3 варианта записи формулы активности:

А. Из закона радиоактивного распада в дифференциальной форме следует:

dN = – λ N_tdt Þ – dN/dt = λ N_t Þ A = λ N_t Þ A = – dN/dt

(абсолютная скорость

р/акт. распада)

Б. Из закона радиоактивного распада в интегральной форме следует:

N_t = N₀ · e^-λt

1. A = λ N_t

} λ N_t/A = λ N₀ e^-λt/A₀

2. λ N₀ = A₀ исходная активность при t = 0

3. A =A₀ · e^-λt убыль активности идет по экспоненциальному закону

В. При использовании формулы связи постоянной распада "λ" с периодом полураспада "Т" следует:

T = ln2/λ

1. λ = ln2/T Þ N_t λ/A = N_t ln2/T

2. A = N_t ln2/T

Единицы измерения активности:

А. Системные единицы измерения.

A = dN/dt

1[расп/с] = 1[Бк] – беккерель

1Мрасп/с =10⁶ расп/с = 1 [Рд] - резерфорд

Б. Внесистемные единицы измерения.

[Ки] - кюри (соответствует активности 1г радия).

1[Ки] = 3,7 · 10¹⁰[расп/с] - в 1г радия за 1с распадается 3,7· 10⁶ радиоактивных ядер.

Виды активности:

1. Удельная - это активность единицы массы вещества.

А_уд. = dA/dm [Бк/кг].

Её используют для характеристики порошкообразных и газообразных веществ.

2. Объёмная - это активность в единице объёма вещества или среды.

А_об = dA/dV [Бк/м³]

Её используют для характеристики жидких веществ.

На практике убыль активности измеряется с помощью специальных радиометрических приборов. Например, зная активность препарата и продукта, образующегося при распаде 1 ядра, можно вычислить, сколько частиц каждого вида испускает препарат за 1 секунду.

Если при делении ядра образуется нейтронов"n", то за 1с испускается поток нейтронов "N". N = n · А.