Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Искусственные радиоактивные изотопы, их виды и характеристика.Стр 1 из 2Следующая ⇒ ЯГМА Медицинская физика Лечебный факультет Курс Семестр
Лекция №
«Элементы ядерной физики»
Выполнила: Хакова Р.И.
2004 г.
Явление радиоактивности было открыто в 1896 году Беккерелем. Он обнаружил, что соли урана испускают лучи, способные проникать через слои прозрачных веществ, ионизировать воздух, действовать на фотографическую пластинку, вызывать люминесценцию ряда веществ. Радиоактивность - это самопроизвольное превращение неустойчивых ядер одного элемента в ядра другого элемента. Это явление сопровождается убылью вещества и часто называется радиоактивным распадом. Особенности: a. Всегда происходит с выделением энергии. b. Осуществляется по единому закону (закону радиоактивного распада). c. Ограничен ≈ 10 видами распада (α-распад, β-распад, γ-распад, нейтронный, протонный и т.д. распады).
Оба вида радиоактивности не имеют физических различий и подчиняются одинаковым законам. Естественные радиоактивные изотопы и их характеристика. Естественная радиоактивность осуществляется за счёт радиоактивных изотопов. Изотопы - это разновидность атомов с одинаковыми зарядами ядра, но с разными массовыми числами: 1 1H (протий), 2 1H (дейтерий), 3 1H (тритий). Естественные радиоактивные изотопы делят на первичные и вторичные. 1. Первичные - образованы в земной коре при формировании Земли. Сейчас остались только первичные изотопы, имеющие период полураспада Т > 108 лет. К ним относятся члены радиоактивных семейств: A. Семейство урана - радия. Уран (238) - родоначальник семейства 238 92U в результате 14 радиоактивных превращений дает устойчивый изотоп свинца. 206 82Pb Б. Семейство тория 232 90Th (Т = 1,39 · 1010 лет) в результате 10 превращений даёт изотоп свинца. 208 32Pb B. Семейство актиния 235 92U (Т = 7,3 · 108 лет) в результате 11 превращений даёт изотоп свинца. 207 32Pb 2. Вторичные - образуются под действием первичных изотопов или под действием космических лучей (протоны, α - частицы, ядра С, N, O2, фотоны). Особенности: А. Подчиняются законам динамического равновесия: их образование уравновешивается распадом. Б. Они включены в состав живых организмов. Большое биологическое значение имеет вторичный изотоп 14С, который образуется из атмосферного азота под действием космических нейтронов. Изотоп углерода 14С в виде СО2 (углекислого газа) усваивается растениями => животными => человеком. При гибели живых растении и животных радиоактивность в них начинает убывать и по степени убыли можно определить возраст различных ископаемых.
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.
3. "α", "β" и "γ" излучения и их характеристика.
Излучение радиоактивных веществ состоит из трёх компонентов: 1. α -лучи (α - частицы) - ионизированное излучение, несущее положительный заряд. | q | = | 2е | = 3,2 · 10-19Кл. Имеет структуру ядра гелия 4 2 He А = 4 - массовое число. Z = 2 - порядковый номер (заряд ядра). mα = 6,7 · 10-27 кг. Свойства: A. Отклоняются электрическим и магнитным полями. Б. να cp = 10000 - 20000 км/с. Еα = 1,8 ÷ 11,7 МэВ. Спектр - линейчатый. B. Пробег α - частицы зависит от вида среды в воде - 0, 1 мм в воздухе - 1 см. Г. Обладают невысокими проникающими способностями (легко поглощаются тонкими слоями вещества; защитой от него являются лист картона, х/б ткань и т.п.). Д. Имеют самую большую ионизационную способность из всех видов радиоактивных излучений (30 - 40 тысяч пар ионов на 1 см пути пробега в воздухе). Е. При прохождении через слой вещества число α - частиц не изменяется, а постепенно изменяется их скорость. Когда толщина слоя достигает определенной величины, α-частицы поглощаются веществом все сразу.
2. β-лучи (β - частицы) - ионизированное излучение, состоящее из положительных и отрицательных β - частиц. β- или 0 -1е - электроны q е= 1,6 · 10-19Кл β+ или 0 +1е - позитроны me = 9 · 10-31кг Электроны и позитроны испускаются при ядерных превращениях или образуются при распаде нейтрона. Свойства: А. Отклоняются электрическим и магнитным полем. Б. νβ cp ≈ 150000 км/с. Еβ = 0,018 ÷ 4,8 МэВ. Спектр - сплошной. В. Пробег β - частиц в среде зависит от вида среды и энергии β - частиц в воде - до 1, 5 см в воздухе - до 100 см Г. Обладают более высокой проникающей способностью, чем α - лучи (защитой от него является слой металла толщиной 3 мм). Д. Ионизационная способность меньше, чем у α - лучей (300 - 400 пар ионов на 1 см пути пробега в воздухе). E. Электронный β- распад наблюдается в основном у тех ядер, у которых число нейтронов (0 1n) больше числа протонов (1 1Pb) Nn > NP Позитронный β - распад наблюдается, если число протонов больше числа нейтронов Nn < NP Ж. β - частицы больших энергий, взаимодействуя с ядрами атомов, дают тормозное рентгеновское излучение.
3. γ-излучение - электромагнитное излучение, представляющее собой поток фотонов с высокой энергией (Еф = 1 ÷ 3 МэВ). Это коротковолновое излучение (λ ≈ 0,1÷ 10-5 нм) возникает как вторичное явление при α и β - распаде. Имеет природу, схожую с природой рентгеновского излучения. Свойства: A. Не отклоняется электрическим и магнитным полями. Б. νγ = νсвета = 3 · 108 м/с. Еγ = от 10 кэВ до 10 МэВ. Спектр - линейчатый. B. Обладает ионизационной способностью меньшей, чем у α и β - лучей (3-4 пары ионов на 1 см пути пробега в воздухе). Г. Длина пробега γ- лучей в воздухе - до нескольких сот метров. Д. Обладает очень высокой проникающей способностью (защитой является слой свинца, толщиной 20 см и больше). В медицине широко используется для лечения глубоко расположенных злокачественных опухолей, в фармации — для стерилизации лекарств и лекарственных смесей.
4. Законы смещения при "α" и "β" распаде.
Законы смещения - это законы, по которым изменяются ядра радиоактивных элементов при "α" и "β" распаде. При формулировке необходимо учитывать закон сохранения массы и закон сохранения заряда. Закон сохранения массы: Массовое число исходного продукта должно быть равно сумме массовых продуктов реакции. Закон сохранения заряда: Заряд ядра исходного продукта должен быть равен сумме зарядов ядер продуктов реакции.
1. Закон "α" - распада. При α - распаде образуется новое ядро с массовым числом на 4 единицы и порядковым номером на 2 единицы меньше, чем у исходного. A ZX→ 4 2 He + A-4Z-2Y 226 88Ra→ 4 2 He + 222 86 Rn(при этом получается фотон с Е = 0,188 МэВ) Особенность: в естественных условиях встречается у элементов с порядковым номером Z > 83.
2. Законы электронного "β" – распада - (β-). При электронном β - распаде образуется новое ядро с тем же массовым числом и порядковым номером на 1 больше, чем у исходного: A ZX → A Z+1Y+ 0 -1 e 4019K→ 4020Ca+ 0 -1 e - распад изотопа калия с превращением его в кальций 3. Закон позитронного "β" - распада (β+) При позитронном β - распаде образуется новое ядро с тем же массовым числом и порядковым номером на 1 меньше, чем у исходного. A ZX → A Z-1Y+ 0 +1 e 3015P→ 3014Si+ 0 +1 e Распад изотопа фосфора Следствия из 1, 2 и 3 законов: "α" и "β" - распаду в некоторых случаях сопутствует излучение "γ" - квантов. Это излучение наблюдается так же при изомерном переходе ядер (из возбужденного в невозбужденное состояние);
(X)* = X + nγ ® число γ – квантов ¯ ¯ возбужд. невозбужд. состояние состояние
4. Электронный захват. При захвате электрона исходным ядром образуется новое ядро с тем же массовым числом, и порядковым номером на 1 меньше, чем у исходного. Ядро захватывает электрон с ближайшей к нему оболочки Þ ZX + -1e ® Z-1Y 7 4Be+ 0 -1e→ 7 3Li
|