Radioaktiivsuse kasutamine rahumeelsetel eesmärkidel. Radioaktiivse kiirguse eelised ja kahju

Sisu

Sissejuhatus 3
1 Radioaktiivsus 5
1.1 Radioaktiivse lagunemise ja kiirguse liigid 5
1.2 Radioaktiivse lagunemise seadus 7
1.3 Radioaktiivse kiirguse koostoime aine ja loenduritega
kiirgus 8
1.4 Kiirgusallikate ja radioaktiivsete isotoopide klassifikatsioon 10
2 Radioaktiivsuse mõõtmisel põhinevad analüüsimeetodid 12
2.1 Loodusliku radioaktiivsuse kasutamine analüüsis 12
2.2 Aktiveerimisanalüüs 12
2.3 Isotooplahjendusmeetod 14
2.4 Radiomeetriline tiitrimine 14
3 Radioaktiivsuse kasutamine 18
3.1 Radioaktiivsete märgistusainete kasutamine analüütilises keemias 18
3.2 Radioaktiivsete isotoopide kasutamine 22
Järeldus 25
Kasutatud allikate loetelu 26

Sissejuhatus

Radioaktiivsusel põhinevad analüüsimeetodid tekkisid tuumafüüsika, radiokeemia ja aatomitehnoloogia arengu ajastul ning neid kasutatakse praegu edukalt erinevates analüüsides, sealhulgas tööstuses ja geoloogiateenistuses.
Radioaktiivse kiirguse mõõtmisel põhinevate analüütiliste meetodite peamised eelised on analüüsitava elemendi madal avastamislävi ja lai mitmekülgsus. Radioaktivatsioonianalüüsil on kõigi teiste analüüsimeetodite seas absoluutselt madalaim avastamislävi (10 -15 g). Mõne radiomeetrilise tehnika eeliseks on analüüs ilma proovi hävitamata ning meetodid, mis põhinevad loodusliku radioaktiivsuse mõõtmisel - analüüsi kiirus. Isotoopide lahjendamise radiomeetrilise meetodi väärtuslik omadus seisneb võimaluses analüüsida sarnaste keemiliste ja analüütiliste omadustega elementide segu, nagu tsirkoonium-hafnium, nioobium-tantaal jne.
Täiendavad komplikatsioonid radioaktiivsete preparaatidega töötamisel on tingitud radioaktiivse kiirguse mürgistest omadustest, mis ei põhjusta organismi kohest reaktsiooni ja seega raskendavad vajalike meetmete õigeaegset rakendamist. See suurendab vajadust rangelt järgida ettevaatusabinõusid radioaktiivsete preparaatidega töötamisel. Vajalikel juhtudel tehakse tööd radioaktiivsete ainetega spetsiaalsetes kambrites nn manipulaatorite abil, kusjuures analüütik ise jääb teise ruumi, mis on radioaktiivse kiirguse eest usaldusväärselt kaitstud.
Radioaktiivseid isotoope kasutatakse järgmistes analüüsimeetodites:

Laboratoorses praktikas kasutatakse radiomeetrilist tiitrimist suhteliselt harva. Aktiveerimisanalüüsi kasutamine on seotud võimsate termiliste neutronite allikate kasutamisega ja seetõttu on selle meetodi kasutamine endiselt piiratud.
Selles kursusetöös käsitletakse radioaktiivsuse fenomeni kasutavate analüüsimeetodite teoreetilisi aluseid ja nende praktilist rakendamist.

1 Radioaktiivsus

1.1 Radioaktiivse lagunemise ja kiirguse liigid

Radioaktiivsus on keemilise elemendi aatomi tuuma iseeneslik muundumine (lagunemine), mille tulemusel muutub selle aatomnumber või massiarv. Selle tuuma ümberkujundamise käigus eraldub radioaktiivne kiirgus.
Radioaktiivsuse avastus pärineb 1896. aastast, mil A. Becquerel avastas, et uraan kiirgab spontaanselt kiirgust, mida ta nimetas radioaktiivseks (raadiost - ma kiirgan ja activas - efektiivne).
Radioaktiivne kiirgus tekib aatomituuma spontaansel lagunemisel. Mitut tüüpi radioaktiivset lagunemist ja radioaktiivset
kiirgust.
1) ?-Lagunemine. Tuuma lagunemine koos ?-osakeste vabanemisega, mis on He 2+ tuumad. Näiteks,
Ra > Rn + He;
U > Th + ? (Ta).

Vastavalt radioaktiivse nihke seadusele saadakse?-lagunemise käigus aatom, mille järjekorranumber on kaks ühikut ja aatommass neli ühikut väiksem kui algse aatomi oma.
2) ?-Lagunemine. A-lagunemist on mitut tüüpi: elektrooniline?-lagunemine; positron-a-lagunemine; K-püüdmine. Näiteks elektroonilises lagunemises

Sn > Y + ? - ;
P > S + ? - .

Tuuma sees olev neutron muutub prootoniks. Negatiivse laenguga?-osakese väljasaatmisel suureneb elemendi aatomarv ühe võrra ja aatommass praktiliselt ei muutu.
Positroni?-lagunemisel eraldub aatomituumast positroon (? + -osake), mis seejärel muutub tuuma sees neutroniks. Näiteks:

Positroni eluiga on lühike, sest kui see põrkub elektroniga, toimub annihilatsioon, millega kaasneb a-kvantide emissioon.
K-püüdmise korral püüab aatomi tuum elektroni lähedalasuvast elektronkihist (K-kihist) ja üks tuuma prootonitest muutub neutroniks.
Näiteks,
Cu>Ni+n
K + e - = Ar + hv

Üks väliskesta elektronidest läheb K-kestas vabasse kohta, millega kaasneb kõva röntgenikiirguse emissioon.
3) Spontaanne jagunemine. See on tüüpiline D. I. Mendelejevi perioodilise süsteemi elementidele, mille Z> 90. Spontaanse lõhustumise käigus jagunevad rasked aatomid fragmentideks, mis on tavaliselt L. I. Mendelejevi tabeli keskosa elemendid. Spontaanne lõhustumine ja a-lagunemine piiravad uute transuraanielementide tootmist.
Voolu? ja a-osakesi nimetatakse vastavalt? ja kiirgus. Lisaks tuntud?-kiirgus. Need on väga lühikese lainepikkusega elektromagnetlained. Põhimõtteliselt on α-kiirgus lähedane kõvale röntgenikiirgusele ja erineb sellest oma tuumasisese päritolu poolest. Röntgenikiirgus üleminekul aatomi elektronkihis, a-kiirgus kiirgab radioaktiivsest lagunemisest tulenevaid ergastatud aatomeid (? ja?).
Radioaktiivse lagunemise tulemusena saadakse elemendid, mis vastavalt tuumalaengule (järjekorranumbrile) tuleb paigutada perioodilise süsteemi juba hõivatud rakkudesse sama seerianumbriga, kuid erineva aatommassiga elementidega. Need on nn isotoobid. Keemiliste omaduste järgi peetakse neid eristamatuteks, seetõttu peetakse isotoopide segu tavaliselt üheks elemendiks. Isotoopkoostise muutumatust enamikus keemilistes reaktsioonides nimetatakse mõnikord isotoopkoostise püsivuse seaduseks. Näiteks looduslikes ühendites sisalduv kaalium on isotoopide segu, millest 93,259% 39 K juurest, 6,729% 41 K juurest ja 0,0119% 40 K juurest (K-püüdmine ja a-lagundamine). Kaltsiumil on kuus stabiilset isotoopi massinumbritega 40, 42, 43, 44, 46 ja 48. Keemilis-analüütilistes ja väga paljudes muudes reaktsioonides jääb see suhe praktiliselt muutumatuks, seetõttu keemilisi reaktsioone isotoopide eraldamiseks tavaliselt ei kasutata. Kõige sagedamini kasutatakse selleks erinevaid füüsikalisi protsesse - difusiooni, destilleerimist või elektrolüüsi.
Isotoobi aktiivsusühikuks on bekerell (Bq), mis võrdub nukliidi aktiivsusega radioaktiivses allikas, milles toimub üks lagunemissündmus 1 sekundi jooksul.

1.2 Radioaktiivse lagunemise seadus

Looduslikes tingimustes esinevates tuumades täheldatud radioaktiivsust nimetatakse looduslikuks, tuumareaktsioonide kaudu saadud tuumade radioaktiivsust nimetatakse tehislikuks.
Kunstlikul ja looduslikul radioaktiivsusel pole põhimõttelist erinevust. Radioaktiivse muundamise protsess järgib mõlemal juhul samu seadusi - radioaktiivse muundamise seadus:

Kui t = 0, siis ja järelikult const = -lg N 0 . Lõpuks

kus A on aktiivsus ajahetkel t; Ja 0 - aktiivsus t = 0.
Võrrandid (1.3) ja (1.4) iseloomustavad radioaktiivse lagunemise seadust. Kineetikas nimetatakse neid esimest järku reaktsioonivõrranditeks. Radioaktiivse lagunemise kiiruse tunnusena on tavaliselt näidatud poolestusaeg T 1/2, mis nagu ? on protsessi põhiomadus, mis ei sõltu aine kogusest.
Poolväärtusaeg on ajavahemik, mille jooksul teatud kogus radioaktiivset ainet väheneb poole võrra.
Erinevate isotoopide poolestusaeg varieerub oluliselt. See on umbes 10–10 aastast kuni sekundi murdosani. Muidugi ained, mille poolestusaeg on 10 - 15 minutit. ja väiksemad, laboris raskesti kasutatavad. Laboris on ebasoovitavad ka väga pika poolestusajaga isotoobid, kuna ümbritsevate objektide juhusliku saastumise korral nende ainetega tuleb ruumi ja instrumentide puhastamiseks teha eritööd.

1.3 Radioaktiivse kiirguse koostoime aine ja loenduritega

kiirgust

Radioaktiivse kiirguse ja aine interaktsiooni tulemusena toimub aine aatomite ja molekulide ionisatsioon ja ergastumine, mida see läbib. Kiirgus tekitab ka valgust, fotograafilist, keemilist ja bioloogilist mõju. Radioaktiivne kiirgus põhjustab gaasides, lahustes, tahketes ainetes suure hulga keemilisi reaktsioone. Tavaliselt ühendatakse need kiirgus-keemiliste reaktsioonide rühma. See hõlmab näiteks vee lagunemist (radiolüüsi), mille käigus moodustub vesinik, vesinikperoksiid ja erinevad radikaalid, mis astuvad lahustunud ainetega redoksreaktsioonidesse.
Radioaktiivne kiirgus põhjustab mitmesuguste orgaaniliste ühendite - aminohapete, hapete, alkoholide, estrite jne - radiokeemilisi muundumisi. Intensiivne radioaktiivne kiirgus põhjustab klaastorude hõõgumist ja mitmeid muid tahkete ainete mõjusid. Radioaktiivse kiirguse ja aine vastastikmõju uurimisel põhinevad erinevad radioaktiivsuse tuvastamise ja mõõtmise meetodid.
Sõltuvalt tööpõhimõttest jagunevad kiirgusloendurid mitmeks rühmaks.
Ionisatsiooniloendurid. Nende toime põhineb ionisatsioonil või ionisatsioonist põhjustatud gaasilahendusel, kui loendurisse sisenevad radioaktiivsed osakesed või a-kvandid. Kümnete ionisatsiooni kasutavate seadmete hulgas on tüüpilised ionisatsioonikamber ja Geigeri-Mülleri loendur, mida kasutatakse enim keemiaanalüüsi ja radiokeemilistes laborites.
Radiokeemiliste ja muude laborite jaoks toodab tööstus spetsiaalseid loendusseadmeid.
stsintillatsiooniloendurid. Nende loendurite töö põhineb stsintillaatori aatomite ergastusel β-kvantide või loendurit läbiva radioaktiivse osakese poolt. Ergastatud aatomid, mis lähevad normaalsesse olekusse, annavad valgussähvatuse.
Tuumaprotsesside uurimise algperioodil mängis olulist rolli visuaalne stsintillatsiooniloendur, kuid hiljem tõrjus selle välja arenenum Geigeri-Mülleri loendur. Praeguseks on stsintillatsioonimeetod taas laialt levinud juba fotokordisti kasutamisega.
Tšerenkov vastab. Nende loendurite töö põhineb Tšerenkovi efekti kasutamisel, mis seisneb valguse emissioonis, kui laetud osake liigub läbipaistvas aines, kui osakeste kiirus ületab selles keskkonnas valguse kiirust. Osakese superluminaalne kiirus antud keskkonnas ei ole muidugi vastuolus relatiivsusteooriaga, kuna valguse kiirus mis tahes keskkonnas on alati väiksem kui vaakumis. Osakese kiirus aines võib olla suurem kui valguse kiirus selles aines, jäädes seejuures relatiivsusteooriale täielikult alla valguse kiirusest vaakumis. Tšerenkovi loendureid kasutatakse väga kiirete osakestega uurimistööks, kosmoseuuringuteks jne, kuna nende abil saab määrata mitmeid muid osakeste olulisi omadusi (nende energia, liikumissuund jne).

1.4 Kiirgusallikate klassifikatsioon ja

radioaktiivsed isotoobid

Radioaktiivse kiirguse allikad jagunevad suletud ja avatud allikateks. Suletud – tuleb pitseerida. Avatud - kõik lekkivad kiirgusallikad, mis võivad tekitada õhu, seadmete, lauapindade, seinte jne radioaktiivset saastumist.
Suletud allikatega töötamisel piirduvad vajalikud ettevaatusabinõud kaitsega välise kiirguse eest.
Suletud kiirgusallikad aktiivsusega üle 0,2 g-ekv. raadium tuleks asetada kaugjuhtimispuldiga kaitseseadmetesse ja paigaldada spetsiaalselt varustatud ruumidesse.
Madalama aktiivsusega suletud allikatega töötamisel tuleks kasutada ekraane, mis on paksuse ja materjaliga vastavad radioaktiivse allika kiirguse liigile ja energiale, samuti kaugtööriistu, mille kasutamine peaks vähendama doosi maksimaalse lubatud piirini. . Suletud allikatega töötamisel võivad laborid olla tavapärased.
Avatud allikatega töötamisel on vaja arvestada: isotoobi suhtelist radiotoksilisust, mis sõltub selle poolestusajast, kiirguse liigist ja energiast; aktiivsus töökohal; aine füüsikaline olek; teose eripära.
Iga radioaktiivse isotoobi jaoks on kehtestatud maksimaalne lubatud kontsentratsioon (MAC) tööruumide õhus.
Radioaktiivse toksilisuse vähenemise järgi jagatakse radioaktiivsed isotoobid nelja suurima lubatud kontsentratsiooniga rühma:
Rühm A - eriti kõrge radiotoksilisusega isotoobid (maksimaalne kontsentratsioonipiir ei ületa
1 10 -13 curie/l): 90 Sr, 226 Ra, 239 Pu jne.
Rühm B - kõrge radiotoksilisusega isotoobid (MPC 1 10 -13 kuni 1 10 -11 curie / l): 22 Na, 45 Ca, 60 Co, 89 Sr, 110 Ag, 131 I, 137 Cs, l41 Ce, 210 Pb , U (sööma) jne.
Rühm B - keskmise radiotoksilisuse isotoobid (maksimaalne kontsentratsioonipiir 1 10 -11 kuni 1 10 -9 curie / l): 24 Na, 32 P, 35 S, 36 C1, 42 K, 56 Mn, 55, 59 Fe, 69 Zn, 76 As, 82 Br, 124, 125 Sb, 140 Ba jne.
Rühm D - madalaima radiotoksilisusega isotoobid (maksimaalne kontsentratsioonipiir alates 1 10 -9 curie / l): 3 H, 14 C jne.

2 Radioaktiivsuse mõõtmisel põhinevad analüüsimeetodid

2.1 Loodusliku radioaktiivsuse kasutamine analüüsis

Looduslikult radioaktiivseid elemente saab selle omaduse järgi kvantifitseerida. Need on U, Th, Ra, Ac jne, kokku üle 20 elemendi. Näiteks kaaliumi saab määrata selle radioaktiivsuse järgi lahuses kontsentratsiooniga 0,05 M. Erinevate elementide radioaktiivsuse määramine toimub tavaliselt kalibreerimisgraafiku abil, mis näitab aktiivsuse sõltuvust määratava elemendi protsendist või lisamise meetod.
Radiomeetrilistel meetoditel on suur tähtsus geoloogide uurimistöös, näiteks uraanimaardlate uurimisel.

2.2 Aktiveerimisanalüüs

Neutronite, prootonite ja muude suure energiaga osakestega kiiritamisel muutuvad paljud mitteradioaktiivsed elemendid radioaktiivseks. Aktiveerimisanalüüs põhineb selle radioaktiivsuse mõõtmisel. Üldjuhul võib kiiritamiseks kasutada mis tahes osakesi, kõige praktilisema tähtsusega on neutronitega kiiritamise protsess. Laetud osakeste kasutamine sel eesmärgil hõlmab suuremate tehniliste raskuste ületamist kui neutronite puhul. Aktivatsioonianalüüsi peamised neutronallikad on tuumareaktor ja nn kaasaskantavad allikad (raadium-berüllium jne). Viimasel juhul interakteeruvad mis tahes a-aktiivse elemendi (Ra, Rn jne) lagunemisel tekkivad a-osakesed berülliumi tuumadega, vabastades neutroneid:
9 Be + 4 He > 12 C + n

Neutronid astuvad tuumareaktsiooni analüüsitud proovi komponentidega, näiteks:
55 Mn + n = 56 Mn või Mn (n,?) 56 Mn
Radioaktiivne 56 Mn laguneb poolestusajaga 2,6 tundi:

56 Mn > 56 Fe+

Proovi koostise kohta teabe saamiseks mõõdetakse mõnda aega selle radioaktiivsust ja analüüsitakse saadud kõverat (joonis 2.1). Sellise analüüsi läbiviimisel on kokkuvõtliku kõvera dešifreerimiseks vaja usaldusväärseid andmeid erinevate isotoopide poolestusaegade kohta.

Joonis 2.1 – Radioaktiivsuse vähenemine aja jooksul

Aktivatsioonianalüüsi teine variant on a-spektroskoopia meetod, mis põhineb proovi spektri a-kiirguse mõõtmisel. P-kiirguse energia on kvalitatiivne ja loenduskiirus on isotoobi kvantitatiivne omadus. Mõõtmised tehakse stsintillatsiooni- või pooljuhtloenduriga mitmekanaliliste a-spektromeetrite abil. See on palju kiirem ja spetsiifilisem, kuigi mõnevõrra vähem tundlik analüüsimeetod kui radiokeemiline.
Aktiveerimisanalüüsi oluline eelis on selle madal avastamispiir. Tema abiga saab soodsatel tingimustel tuvastada kuni 10 -13 - 10 -15 g ainet. Mõnel erijuhtudel on saavutatud isegi madalamad avastamispiirid. Näiteks kasutatakse seda räni ja germaaniumi puhtuse kontrollimiseks pooljuhtide tööstuses, tuvastades lisandite sisaldust kuni 10 -8 - 10 -9%. Sellist sisu ei saa määrata ühegi muu meetodiga peale aktiveerimisanalüüsi. Perioodilise süsteemi raskete elementide, nagu mendeleviumi ja kurchatoviumi, saamisel suutsid teadlased kokku lugeda peaaegu kõik saadud elemendi aatomid.
Aktiveerimisanalüüsi peamiseks puuduseks on neutronite allika mahukus, aga ka sageli tulemuste saamise protsessi kestus.

2.3 Isotooplahjendusmeetod

Raskesti eraldatavates segudes sarnaste omadustega komponentide kvantitatiivseks määramiseks on soovitav kasutada isotoopide lahjendusmeetodit, mille puhul on vaja eraldada mitte kogu analüüt, vaid ainult osa sellest kõige puhtamas. võimalik olek. Isotooplahjenduse meetod avab uusi võimalusi keeruliste segude ja sarnaste keemilis-analüütiliste omadustega elementide analüüsimisel. Näiteks tsirkooniumi-hafniumi või nioobiumi-tantaali segude analüüsimisel võib saada ühe komponendi puhta sademe, kuid sadestumine ei ole täielik. Kui saavutatakse täielik sadestumine, saastub tekkiv sade analoogelemendiga. Isotooplahjendusmeetodil viiakse läbi mittetäielik sadenemine ja aktiivsuse mõõtmiste abil leitakse piisava täpsusega analüüsitava elemendi sisaldus. Sarnast tehnikat kasutatakse ka erinevate orgaaniliste ainete segude analüüsimisel.

2.4 Radiomeetriline tiitrimine

Radiomeetrilisel tiitrimisel on indikaatoriks elementide radioaktiivsed isotoobid. Näiteks fosfaadi tiitrimisel magneesiumiga viiakse analüüsitavasse lahusesse väike kogus radioaktiivset P* sisaldavat fosfaati.

Aktiivsuse muutus selle tiitrimise ajal on näha joonisel 2.2, a. Siin on näidatud ka ekvivalentpunkti graafiline määratlus. Enne ekvivalentpunkti langeb lahuse aktiivsus järsult, kuna lahusest pärit radioaktiivne aine läheb sademesse. Pärast ekvivalentpunkti jääb lahuse aktiivsus peaaegu konstantseks ja väga väikeseks.
Nagu on näha jooniselt 2.2, b, ei põhjusta vesinikfosfaadi lisamine lahusele kuni ekvivalentpunktini praktiliselt lahuse aktiivsuse suurenemist, kuna radioaktiivne isotoop sadestub. Pärast ekvivalentpunkti hakkab lahuse aktiivsus suurenema võrdeliselt vesinikfosfaadi kontsentratsiooniga.

A) - lahust sisaldava fosfaadilahuse aktiivsuse muutus tiitrimisel; b) - lahuse aktiivsuse muutus fosfaati sisaldava tiitrimise ajal.
Joonis 2.2 – Radiomeetriliste tiitrimiskõverate tüübid

Radiomeetrilised tiitrimisreaktsioonid peavad vastama titrimeetrilise analüüsi reaktsioonidele tavaliselt esitatavatele nõuetele (reaktsiooni kiirus ja täielikkus, reaktsioonisaaduse koostise püsivus jne). Reaktsiooni rakendatavuse ilmselgeks tingimuseks antud meetodi puhul on ka reaktsioonisaaduse üleminek analüüsitavast lahusest teise faasi, et välistada segamine lahuse aktiivsuse määramisel. See teine faas on sageli tekkiv sade. Meetodid, mille puhul reaktsiooniprodukti ekstraheeritakse orgaanilise lahustiga, on tuntud. Näiteks paljude katioonide tiitrimisel ditisooniga kasutatakse ekstraheerijana kloroformi või süsiniktetrakloriidi. Ekstraktandi kasutamine võimaldab täpsemalt määrata ekvivalentpunkti, kuna sel juhul saab selle määramisega mõõta mõlema faasi aktiivsust.

2,5 Mössbaueri efekt

Selle efekti avastas 1958. aastal R.P. Mössbauer. Selle nimetuse all kombineeritakse sageli β-kvantide emissiooni, neeldumise ja hajumise nähtusi aatomituumade poolt, ilma et tuumade tagasipöördumiseks kulutaks energiat. Tavaliselt uuritakse β-kiirguse neeldumist, seetõttu nimetatakse Mössbaueri efekti sageli ka α-resonantsspektroskoopiaks (GRS).
?-kvante kiirgades naaseb aatomi tuum normaalsesse olekusse. Kuid kiirgava kiirguse energiat ei määra mitte ainult tuuma energiaseisundite erinevus ergastatud ja normaalolekus. Impulsi jäävuse seaduse tõttu kogeb tuum nn tagasilööki. See toob kaasa asjaolu, et gaasilise aatomi puhul on emiteeritud kiirguse energia väiksem kui juhul, kui emitter on tahkes kehas. Viimasel juhul vähendatakse tagasilöögist tingitud energiakaod tühise väärtuseni. Seega võivad ilma tagasilöögita emiteeritud kiirguse y-kvandid neelduda sama elemendi ergastamata aatomitega. Erinevus kiirgava tuuma ja neelduva tuuma keemilises keskkonnas põhjustab aga mõningase erinevuse tuumade energiaseisundites, mis on piisav α-kvantide resonantsne neeldumise vältimiseks. Tuumade energiaseisundite erinevust kompenseeritakse kvantitatiivselt Doppleri efekti abil, mille järgi kiirguse sagedus (antud juhul?-kvantide energia) sõltub liikumiskiirusest. Emiteri (või neelduja, kuna oluline on ainult nende suhteline liikumiskiirus) teatud liikumiskiirusel toimub resonantsneeldumine. A-kvantide neeldumise intensiivsuse sõltuvust liikumiskiirusest nimetatakse Mössbaueri spektriks. Tüüpiline Mössbaueri spekter on näidatud joonisel 2.3, kus pöördvõrdeline loenduskiirus on kujutatud neeldumise intensiivsuse mõõduna.

Joonis 2.3 – Mössbaueri neeldumisspekter

Proovi või emitteri liikumiskiirus ei ületa tavaliselt mõnda sentimeetrit sekundis. Mössbaueri spekter on aine väga oluline tunnus. See võimaldab hinnata uuritavate ühendite keemilise sideme olemust, nende elektroonilist struktuuri ning muid omadusi ja omadusi.

3 Radioaktiivsuse kasutamine

3.1 Radioaktiivsete märgistusainete kasutamine analüütilises keemias

Radionukliidide kasutamine analüütilises keemias on väga mitmekesine. Kvantitatiivse analüüsi meetodil on lai praktiline rakendus, mis põhineb asjaolul, et erinevates keemilistes protsessides on spetsiifiline radioaktiivsus

Kus on proovi radioaktiivsus, väljendatuna bekerellides, ja kas analüüdi proovi mass, milles radionukliid on ühtlaselt jaotunud, jääb konstantseks nii kogu proovi kui ka selle mis tahes osa kohta.
Vaatleme katset sellise äärmiselt raskesti lendava ja tulekindla metalli nagu volfram aururõhu määramiseks. Märgisena võib kasutada kunstlikult toodetud a-radioaktiivset volfram-185. Valmistame ette seda etiketti sisaldava metallilise volframi ja määrame selle spetsiifilise aktiivsuse. Järgmisena kogume kokku valitud temperatuuril volframi pinnalt aurustunud metalliaurud, mis sisaldusid teatud koguses aurudes. Samades tingimustes, milles see määrati, leiame nende aurude aktiivsuse. Ilmselgelt auru mass

Lisaks, teades aurude mahtu, saab leida nende tiheduse katse temperatuuril ja seejärel, kasutades teavet auru koostise ja rõhu kohta.
Samamoodi saab radioaktiivse märgise abil leida aine kontsentratsiooni lahuses ja määrata näiteks selle kontsentratsiooni küllastunud lahuses. Samamoodi võib leida aine massi, mis jääb nii pärast ekstraheerimist vesikeskkonnas kui ka orgaanilisse faasi. Lisaks on võimalik arvutada jaotuskoefitsiente ekstraheeritava aine faaside vahel (siinkohal on radioaktiivsete märgistusainete kasutamine oluline, kui jaotuskoefitsiendid on väga kõrged ja puuduvad muud analüütilised meetodid ekstraheeritava aine üliväikeste koguste määramiseks vesifaasi jääv aine).
Radioaktiivsete märgistusainete kasutamine isotoopide lahjendusmeetodis on originaalne. Olgu vaja määrata mis tahes aminohappe sisaldus sarnaste omadustega aminohapete segus ja aminohapete täielikku (kvantitatiivset) eraldamist keemiliste meetoditega pole võimalik teha, kuid on olemas meetod, mis võimaldab teil eraldage väike osa sellest aminohappest segust puhtal kujul (näiteks kasutades kromatograafiat). Sarnane probleem tekib lantaniidide segus mistahes lantaniidi sisalduse määramisel ja selle kindlaksmääramisel, millistel keemilistel vormidel seda või teist elementi looduses leidub, näiteks jõe- või merevees.
Merevee kogu joodisisalduse määramiseks kasutame jodiidiioonide massi ja aktiivsuse järgi. Toome need märgistatud jodiidiioonid analüüsitavasse proovi ja kuumutame seda nii, et radioaktiivne märgis jaotuks ühtlaselt kõikidele merevees joodi sisaldavatele keemilistele vormidele (sel juhul on sellisteks vormideks jodiidi, jodaadi ja perjodaadi ioonid). Järgmiseks eraldame hõbenitraadi abil väikese osa jodiidiioonidest AgI sademe kujul ning määrame selle massi ja radioaktiivsuse. Kui kogu joodisisaldus proovis on võrdne, siis selgub, et

Veidi teistsugust tehnikat kasutades saab merevee joodisisaldust leida jodiidioonide kujul. Selleks tuleks pärast radioaktiivse märgise sisestamist proovi luua tingimused, mille korral ei toimu isotoopide vahetust (joodi aatomite vahetust) jodiidiioonide ja teiste joodi sisaldavate vormide (jodaadi ja perjodaadi ioonide) vahel (selleks külm lahus neutraalse keskkonnaga). Edasi eraldades mereveest sadestaja - hõbenitraadi (portsjoni mass) abil väikese osa jodiidiioone ja mõõtes selle radioaktiivsust valemi (3.5) abil, saab jodiidiioonide sisaldust leida. näidis.

Ka selline universaalne ülitundlik analüütilise keemia meetod nagu aktivatsioonianalüüs põhineb radioaktiivsete aatomite kasutamisel. Aktiveerimisanalüüsi tegemisel on vajalik sobiva tuumareaktsiooni abil proovis määratava elemendi aatomid aktiveerida ehk muuta need radioaktiivseks. Kõige sagedamini tehakse aktiveerimisanalüüs neutronallika abil. Kui on vaja leida näiteks haruldase muldmetalli elemendi düsproosiumi Dy sisaldus tahkest kivimist, siis toimige järgmiselt.
Esiteks valmistatakse ette rida proove, mis sisaldavad erinevaid teadaolevaid koguseid Dy-d (võetuna näiteks DyF 3 või Dy 2 O 3 kujul – hapniku- ja fluoriaatomeid neutronid ei aktiveeri). Neid proove kiiritatakse samades tingimustes sama neutronvooga. Nendeks katseteks vajalike neutronite allikaks on väike (pliiatsisuurune) ampull, mis sisaldab neutroneid kiirgavat materjali (näiteks ameriitsium-241 ja berülliumi segu). Sellist neutroniallikat saab ohutult säilitada, asetades selle veeämbri suuruse parafiiniploki keskele tehtud auku.
Kiiritamiseks asetatakse teadaoleva düsproosiumisisaldusega proovid parafiiniplokis olevatesse süvenditesse, mis asuvad allikast samal kaugusel (joonis 3.1).

1 – parafiiniplokk, 2 – ampulli neutroniallikas,
3 – kiiritatud proovid.
Joonis 3.1 – neutronite aktiveerimise analüüsi skeem

Analüüsitud kivimi proovid asetatakse samadesse kaevudesse. Neutronite mõjul toimub proovides tuumareaktsioon 164 Dy(n, g) 165 Dy. Teatud aja möödudes (näiteks 6 tunni pärast) eemaldatakse kaevudest kõik proovid ja mõõdetakse nende aktiivsust samadel tingimustel. Vastavalt ravimite aktiivsuse mõõtmistele ehitatakse koordinaatidesse "düsproosiumi sisaldus proovis – ravimi aktiivsus" kalibreerimisgraafik, millest leitakse düsproosiumi sisaldus analüüsitavas materjalis (joonis 3.2). ).

Joonis 3.2 – Graafik registreeritud aktiivsuse / neutronaktiveeritud proovide sõltuvuse kohta proovides sisalduva düsproosiumi massist m. Analüüsitud proovis umbes 3 μg düsproosiumi

Aktiveerimisanalüüsi meetod on hea mitte ainult oma kõrge tundlikkuse poolest. Kuna radionukliidide aktiveerimisel tekkiv kiirgus on tüübilt ja energialt erinev, on spektromeetriliste radiomeetriliste seadmete kasutamisel pärast selle aktiveerimist võimalik määrata üheaegselt kuni 10-15 elementi proovis.
Ja veel üks oluline aktivatsioonianalüüsi eelis: neutronite aktiveerimise tulemusena sageli moodustunud radionukliidid lagunevad kiiresti, nii et mõne aja pärast osutub analüüsitav objekt mitteradioaktiivseks. Seega on paljudel juhtudel aktiveerimisanalüüs analüüs, mis ei ole seotud analüüsitava objekti hävimisega. See on eriti oluline arheoloogiliste leidude, meteoriitide ja muude ainulaadsete proovide koostise määramisel.

3.2 Radioaktiivsete isotoopide kasutamine

Üks silmapaistvamaid "märgistatud aatomite" abil tehtud uuringuid oli organismide ainevahetuse uurimine. On tõestatud, et suhteliselt lühikese aja jooksul toimub kehas peaaegu täielik uuenemine. Selle koostises olevad aatomid asendatakse uutega. Ainult raud, nagu on näidanud vere isotoopuuringud, on selle reegli erand. Raud on osa punaste vereliblede hemoglobiinist. Radioaktiivsete rauaaatomite toidu sisse viimisel leiti, et fotosünteesi käigus vabanev vaba hapnik oli algselt osa veest, mitte süsinikdioksiidist. Radioaktiivseid isotoope kasutatakse meditsiinis nii diagnoosimisel kui ka ravi eesmärgil. Väikestes kogustes verre viidavat radioaktiivset naatriumi kasutatakse vereringe uurimiseks, jood ladestub intensiivselt kilpnäärmesse, eriti Gravesi tõve korral. Radioaktiivse joodi ladestumist loenduriga jälgides saab kiiresti diagnoosi panna. Radioaktiivse joodi suured annused põhjustavad ebanormaalselt arenevate kudede osalist hävimist ja seetõttu kasutatakse Gravesi tõve raviks radioaktiivset joodi. Koobalti intensiivset?-kiirgust kasutatakse vähiravis (koobaltpüss).
Mitte vähem ulatuslikud on radioaktiivsete isotoopide rakendused tööstuses. Üks näide sellest on järgmine meetod kolvirõnga kulumise jälgimiseks sisepõlemismootorites. Kolvirõngast neutronitega kiiritades põhjustavad need selles tuumareaktsioonid ja muudavad selle radioaktiivseks. Kui mootor töötab, satuvad rõngamaterjali osakesed määrdeõlisse. Uurides õli radioaktiivsuse taset pärast teatud mootori tööaega, tehakse kindlaks rõnga kulumine. Radioaktiivsed isotoobid võimaldavad hinnata metallide difusiooni, protsesse kõrgahjudes jne.
Radioaktiivsete preparaatide võimsat?-kiirgust kasutatakse metallivalandite sisestruktuuri uurimiseks, et neis tuvastada.
defektid.
Radioaktiivseid isotoope kasutatakse põllumajanduses üha laiemalt. Taimede seemnete (puuvill, kapsas, redis jt) kiiritamine radioaktiivsete preparaatide β-kiirguse väikeste annustega toob kaasa märgatava saagikuse tõusu. Suured kiirgusdoosid põhjustavad taimedes ja mikroorganismides mutatsioone, mis mõnel juhul
jne.................

Ravim. Raadiumi ja teisi looduslikke radioisotoope kasutatakse laialdaselt vähi diagnoosimisel ja kiiritusravis. Kunstlike radioisotoopide kasutamine sel eesmärgil on oluliselt suurendanud ravi efektiivsust. Näiteks radioaktiivne jood, mis viiakse kehasse naatriumjodiidi lahuse kujul, akumuleerub selektiivselt kilpnäärmesse ja seetõttu kasutatakse seda kliinilises praktikas kilpnäärme talitlushäirete määramisel ja Gravesi tõve ravis. Naatriumiga märgistatud soolalahuse abil mõõdetakse vereringe kiirust ja määratakse jäsemete veresoonte läbilaskvus. Radioaktiivset fosforit kasutatakse veremahu mõõtmiseks ja erütreemia raviks.

Teaduslikud uuringud. Füüsikalistesse või keemilistesse süsteemidesse mikrokogustes sisestatud radioaktiivsed märgised võimaldavad jälgida kõiki neis toimuvaid muutusi. Näiteks radioaktiivse süsinikdioksiidi atmosfääris taimi kasvatades on keemikud suutnud mõista peeneid üksikasju selle kohta, kuidas taimed süsihappegaasist ja veest keerulisi süsivesikuid moodustavad. Maa atmosfääri pideva pommitamise tulemusena suure energiaga kosmiliste kiirtega muutub selles neutroneid kinni püüdev ja prootoneid kiirgav lämmastik-14 radioaktiivseks süsinikuks-14. Eeldusel, et pommitamise intensiivsus ja sellest tulenevalt süsinik-14 tasakaalukogus püsis viimastel aastatuhandetel muutumatuna ning võttes arvesse C-14 poolestusaega tema jääkaktiivsuse järgi, on võimalik määrata pommitamise vanus. leitud loomade ja taimede jäänuseid (radiosüsiniku meetod). Selle meetodiga oli võimalik suure kindlusega dateerida enam kui 25 000 aastat tagasi eksisteerinud eelajaloolise inimese avastatud leiukohti.

pilvekamber(ta on udukamber) on üks esimesi laetud osakeste jälgede (jälgede) salvestamise seadmete ajaloos.

Selle leiutas Šoti füüsik Charles Wilson aastatel 1910–1912. Kambri tööpõhimõte kasutab üleküllastunud aurude kondenseerumise nähtust: kui üleküllastunud aurukeskkonda ilmuvad kondensatsioonikeskused (eriti kiirelt laetud osakese rajaga kaasnevad ioonid), tekivad neile väikesed vedeliku tilgad. Need tilgad ulatuvad märkimisväärse suuruseni ja neid saab pildistada. Uuritavate osakeste allikas võib asuda kas kambri sees või sellest väljas (sel juhul lendavad osakesed sisse läbi neile läbipaistva akna).

1927. aastal leidsid nõukogude füüsikud P. L. Kapitsa ja D. V. Skobeltsyn soovitas paigutada kaamera tugevasse magnetvälja, mis moonutab jälgi, et uurida osakeste kvantitatiivseid omadusi (näiteks massi ja kiirust).

Pilvekamber on klaaskaanega anum, mille põhjas on kolb ja mis on täidetud vee, alkoholi või eetri küllastunud aurudega. Aurud puhastatakse hoolikalt tolmust, et veemolekulidel ei oleks enne osakeste läbipääsu kondensatsioonikeskusi. Kolvi laskumisel adiabaatilise paisumise tõttu aurud jahtuvad ja üleküllastuvad. Kambrit läbiv laetud osake jätab oma teele ioonide ahela. Aur kondenseerub ioonidele, muutes osakese jälje nähtavaks.

Pilvekamber on mänginud tohutut rolli aine struktuuri uurimisel. Mitu aastakümmet jäi see praktiliselt ainsaks vahendiks tuumakiirguse visuaalseks uurimiseks ja kosmiliste kiirte uurimiseks:

1930. aastal L. V. Mysovsky R. A. Eichelberger viis läbi katsed rubiidiumiga ja β-osakeste emissioon registreeriti pilvekambris. Hiljem avastati isotoobi 87 Rb looduslik radioaktiivsus.

1934. aastal ilmus L.V.MysovskysM. S. Eigenson viis läbi katsed, milles pilvekambrit kasutades tõestati neutronite olemasolu kosmiliste kiirte koostises.

1927. aastal sai Wilson oma leiutise eest Nobeli füüsikaauhinna. Seejärel andis pilvekamber kui peamine kiirguse uurimise vahend teed mullsädemekambritele.

Kiirgus, radioaktiivsus ja raadioemissioon on mõisted, mis kõlavad isegi üsna ohtlikult. Sellest artiklist saate teada, miks mõned ained on radioaktiivsed ja mida see tähendab. Miks kõik kardavad kiirgust ja kui ohtlik see on? Kust leiame radioaktiivseid aineid ja mis meid ähvardab?

Radioaktiivsuse mõiste

Ma nimetan radioaktiivsuseks mõnede isotoopide aatomite "võimet" lõhestada ja tekitada seeläbi kiirgust. Mõiste "radioaktiivsus" ei ilmunud kohe. Esialgu nimetati sellist kiirgust Becquereli kiirteks teadlase auks, kes avastas selle oma töös uraani isotoobiga. Juba praegu nimetame seda protsessi terminiks "radioaktiivne kiirgus".

Selle üsna keerulise protsessi käigus muudetakse algne aatom täiesti erineva keemilise elemendi aatomiks. Alfa- või beetaosakeste väljutamise tõttu muutub aatomi massiarv ja vastavalt sellele liigub see mööda D. I. Mendelejevi tabelit. Väärib märkimist, et massiarv muutub, kuid mass ise jääb peaaegu samaks.

Selle teabe põhjal saame mõiste definitsiooni veidi ümber sõnastada. Seega on radioaktiivsus ka ebastabiilsete aatomituumade võime iseseisvalt muutuda teisteks, stabiilsemateks ja stabiilsemateks tuumadeks.

Ained - mis see on?

Enne kui räägime sellest, mis on radioaktiivsed ained, defineerime üldiselt, mida nimetatakse aineks. Nii et esiteks on see omamoodi asi. Samuti on loogiline, et see aine koosneb osakestest ja meie puhul on need enamasti elektronid, prootonid ja neutronid. Siin saab juba rääkida aatomitest, mis koosnevad prootonitest ja neutronitest. Noh, molekulid, ioonid, kristallid ja nii edasi saadakse aatomitest.

Keemilise aine mõiste põhineb samadel põhimõtetel. Kui tuuma ei ole võimalik ainest eraldada, siis ei saa seda liigitada keemiliseks aineks.

Radioaktiivsete ainete kohta

Nagu eespool mainitud, peab aatom radioaktiivsuse avaldamiseks spontaanselt lagunema ja muutuma täiesti erineva keemilise elemendi aatomiks. Kui aine kõik aatomid on nii ebastabiilsed, et sel viisil lagunevad, siis on teil radioaktiivne aine. Tehnilisemas keeles kõlaks definitsioon nii: ained on radioaktiivsed, kui need sisaldavad radionukliide ja seda suures kontsentratsioonis.

Kus on D. I. Mendelejevi perioodilisustabelis olevad radioaktiivsed ained?

Üsna lihtne ja lihtne viis teada saada, kas aine on radioaktiivne, on vaadata D. I. Mendelejevi tabelit. Kõik peale plii on radioaktiivsed elemendid, aga ka promeetium ja tehneetsium. Oluline on meeles pidada, millised ained on radioaktiivsed, sest see võib päästa teie elu.

Samuti on mitmeid elemente, mille looduslikes segudes on vähemalt üks radioaktiivne isotoop. Siin on osaline loetelu kõige levinumatest elementidest:

Kaalium.
Kaltsium.
Vanaadium.
Germaanium.
Seleen.
Rubiidium.
Tsirkoonium.
Molübdeen.
Kaadmium.
Indium.

Radioaktiivsed ained on need, mis sisaldavad mis tahes radioaktiivseid isotoope.

Radioaktiivse kiirguse tüübid

Radioaktiivset kiirgust on mitut tüüpi, mida arutatakse nüüd. Alfa- ja beetakiirgust on juba mainitud, kuid see pole kogu nimekiri.

Alfakiirgus on kõige nõrgem kiirgus, mis on ohtlik, kui osakesed satuvad otse inimkehasse. Sellist kiirgust realiseerivad rasked osakesed ja seetõttu peatab selle kergesti isegi paberileht. Samal põhjusel ei liigu alfakiired kaugemale kui 5 cm.

Beetakiirgus on tugevam kui eelmine. See on elektronide kiirgus, mis on palju kergem kui alfaosakesed, mistõttu võivad nad tungida mõne sentimeetri sügavusele inimese nahka.

Gammakiirgust realiseerivad footonid, mis tungivad üsna kergesti veelgi kaugemale inimese siseorganitesse.

Kõige võimsam läbitungiv kiirgus on neutron. Selle eest on üsna raske varjata, kuid looduses seda tegelikult ei eksisteeri, välja arvatud võib-olla tuumareaktorite vahetus läheduses.

Kiirguse mõju inimesele

Radioaktiivsed ained võivad sageli inimestele surmaga lõppeda. Lisaks on kiirgusega kokkupuutel pöördumatu mõju. Kui olete kiirgusega kokku puutunud, olete hukule määratud. Olenevalt kahjustuse ulatusest sureb inimene mõne tunni või mitme kuu jooksul.

Sellega seoses tuleb öelda, et inimesed puutuvad pidevalt kokku radioaktiivse kiirgusega. Jumal tänatud, et see on piisavalt nõrk, et olla surmav. Näiteks jalgpallimatši vaatamine telerist annab sulle 1 mikroraad kiirgust. Kuni 0,2 rad aastas – see on üldiselt meie planeedi loomulik kiirgusfoon. 3 kingitus - teie osa kiirgusest hammaste röntgenikiirguse ajal. Noh, kokkupuude üle 100 rad on juba potentsiaalselt ohtlik.

Kahjulikud radioaktiivsed ained, näited ja hoiatused

Kõige ohtlikum radioaktiivne aine on poloonium-210. Seda ümbritseva kiirguse tõttu näete isegi omamoodi helendavat sinist "aurat". Tasub mainida, et on stereotüüp, et kõik radioaktiivsed ained hõõguvad. See pole sugugi nii, kuigi on ka selliseid valikuid nagu Polonium-210. Enamik radioaktiivseid aineid ei ole väliselt üldse kahtlased.

Livermoriumi peetakse praegu kõige radioaktiivsemaks metalliks. Selle isotoop Livermorium-293 laguneb 61 millisekundiga. See avastati juba 2000. aastal. Ununpentium jääb talle veidi alla. Ununpentium-289 lagunemisaeg on 87 millisekundit.

Huvitav fakt on ka see, et sama aine võib olla nii kahjutu (kui selle isotoop on stabiilne) kui ka radioaktiivne (kui selle isotoobi tuumad hakkavad kokku kukkuma).

Teadlased, kes uurisid radioaktiivsust

Radioaktiivseid aineid ei peetud pikka aega ohtlikuks ja seetõttu hakati neid vabalt uurima. Kahjuks on kurvad surmad meile õpetanud selliste ainetega ettevaatlikkust ja suurendanud ohutust.

Üks esimesi, nagu juba mainitud, oli Antoine Becquerel. See on suurepärane prantsuse füüsik, kellele kuulub radioaktiivsuse avastaja au. Teenete eest pälvis ta Londoni Kuningliku Seltsi liikmelisuse. Tänu oma panusele selles valdkonnas suri ta üsna noorelt, 55-aastaselt. Kuid tema tööd mäletatakse tänapäevani. Tema auks nimetati nii radioaktiivsuse ühik ise kui ka Kuu ja Marsi kraatrid.

Sama suurepärane inimene oli Marie Sklodowska-Curie, kes töötas radioaktiivsete ainetega koos oma abikaasa Pierre Curie'ga. Maria oli ka prantslane, kuigi Poola juurtega. Lisaks füüsikale tegeles ta õpetamise ja isegi aktiivse ühiskondliku tegevusega. Marie Curie on esimene naine, kes võitis Nobeli preemia korraga kahel erialal: füüsikas ja keemias. Selliste radioaktiivsete elementide nagu raadium ja poloonium avastamine on Marie ja Pierre Curie teene.

Järeldus

Nagu näeme, on radioaktiivsus üsna keeruline protsess, mis ei jää alati inimese kontrolli alla. See on üks juhtumeid, kus inimesed võivad ohu ees olla täiesti jõuetud. Seetõttu on oluline meeles pidada, et tõeliselt ohtlikud asjad võivad olla väliselt väga petlikud.

Et teada saada, kas aine on radioaktiivne või mitte, võib enamasti juba selle mõju alla sattuda. Seetõttu olge ettevaatlik ja tähelepanelik. Radioaktiivsed reaktsioonid aitavad meid mitmel viisil, kuid me ei tohiks ka unustada, et see on jõud, mis on praktiliselt väljaspool meie kontrolli.

Lisaks tasub meenutada suurte teadlaste panust radioaktiivsuse uurimisse. Nad andsid meile uskumatult palju kasulikke teadmisi, mis päästavad nüüd elusid, annavad energiat tervetele riikidele ja aitavad ravida kohutavaid haigusi. Radioaktiivsed kemikaalid on inimkonnale ohuks ja õnnistuseks.

Radioaktiivset kiirgust kasutatakse laialdaselt haiguste diagnoosimisel ja ravis.

Kilpnäärmehaiguste määramiseks kasutatakse radionukliiddiagnostikat või, nagu seda nimetatakse, märgistatud aatomite meetodit (isotoopi 131 I abil). See meetod võimaldab uurida ka vere ja teiste bioloogiliste vedelike jaotumist, diagnoosida südame- ja mitmete teiste organite haigusi.

Gammateraapia on meetod vähi raviks gammakiirguse abil. Selleks kasutatakse kõige sagedamini spetsiaalseid paigaldisi, mida nimetatakse koobaltpüstoliteks, milles emiteeriva isotoobina kasutatakse 66 Co. Kõrge energiaga gammakiirguse kasutamine võimaldab hävitada sügaval asetsevad kasvajad, samas kui pindmiselt paiknevad elundid ja koed on vähem kahjulikud.

Kasutatakse ka radooniteraapiat: selle tooteid sisaldavaid mineraalvett kasutatakse naha (radoonivannid), seedeelundite (joomine) ja hingamiselundite (sissehingamine) mõjutamiseks.

Vähi raviks kasutatakse a-osakesi koos neutronvoogudega. Kasvajasse viiakse elemendid, mille tuumad põhjustavad neutronvoo mõjul tuumareaktsiooni a-kiirguse moodustumisega:

Seega tekivad eksponeerimist vajava elundi kohale a-osakesed ja tagasilöögituumad.

Kaasaegses meditsiinis kasutatakse diagnostilistel eesmärkidel kiirendite toodetud ja kõrge footonenergiaga (kuni mitukümmend MeV) kõva tõmbejõudu.

Dosimeetrilised instrumendid

dosimeetrilised instrumendid või dosimeetrid, nimetatakse seadmeteks ioniseeriva kiirguse annuste või doosidega seotud koguste mõõtmiseks.

Struktuuriliselt koosnevad dosimeetrid tuumakiirguse detektorist ja mõõteseadmest. Need on tavaliselt gradueeritud doosi või doosikiiruse ühikutes. Mõnel juhul antakse doosikiiruse ületamisel häire.

Sõltuvalt kasutatavast detektorist on dosimeetrid ionisatsiooni-, luminestsents-, pooljuht-, fotodosimeetrid jne.

Dosimeetrid võivad olla kavandatud teatud tüüpi kiirguse dooside mõõtmiseks või segakiirguse registreerimiseks.

Röntgen- ja g-kiirguse ekspositsioonidoosi või selle võimsuse mõõtmiseks mõeldud dosimeetrid nimetatakse radiomeetrid.

Tavaliselt kasutavad nad detektorina ionisatsioonikambrit. Kaamera vooluringis voolav laeng on võrdeline särituse doosiga ja voolutugevus võrdeline selle võimsusega.

Gaasi koostis ionisatsioonikambrites, samuti nende seinte aine, millest need koosnevad, valitakse selliselt, et bioloogilistes kudedes energia neeldumisel tekivad identsed tingimused.

Iga individuaalne dosimeeter on miniatuurne silindriline kamber, mis on eelnevalt laetud. Ionisatsiooni tulemusena tühjeneb kamber, mille registreerib sellesse ehitatud elektromeeter. Selle näidustused sõltuvad ioniseeriva kiirguse doosist.

On dosimeetrid, mille detektorid on gaasimõõturid.

Radioaktiivsete isotoopide aktiivsuse või kontsentratsiooni mõõtmiseks nn radiomeetrid.

Kõikide dosimeetrite üldine struktuurskeem on sarnane joonisel 5 kujutatule. Anduri (mõõtemuunduri) rolli täidab tuumakiirguse detektor. Väljundseadmetena saab kasutada osutiseadmeid, salvestiid, elektromehaanilisi arvestiid, heli- ja valgussignaalseadmeid.

TESTIKÜSIMUSED

1. Mida nimetatakse radioaktiivsuseks? Nimetage radioaktiivsuse liigid ja radioaktiivse lagunemise liigid.

2. Mida nimetatakse a-lagunemiseks? Millised on b-lagunemise tüübid? Mida nimetatakse g-kiirguseks?

3. Kirjutage üles radioaktiivse lagunemise põhiseadus. Selgitage kõik valemis sisalduvad kogused.

4. Mida nimetatakse lagunemiskonstandiks? pool elu? Kirjutage nende koguste kohta valem. Selgitage kõik valemis sisalduvad kogused.

5. Millist mõju avaldab ioniseeriv kiirgus bioloogilisele koele?

7. Esitage radioaktiivse kiirguse neeldunud, kiiritus- ja ekvivalentdooside (bioloogiliste) määratlused ja valemid, nende mõõtühikud. Selgitage valemeid.

8. Mis on kvaliteeditegur? Mis on kvaliteeditegur? Andke selle väärtused erinevatele kiirgustele.

9. Millised on võimalused ioniseeriva kiirguse eest kaitsmiseks?

Radioaktiivsus- mõnede aatomite tuumade ebastabiilsus, mis väljendub nende spontaansete transformatsioonide (lagunemise) võimes, millega kaasneb ioniseeriva kiirguse emissioon - kiirgus.

radioaktiivne lagunemine - ebastabiilsete aatomituumade koostise muutus. Tuumad lagunevad spontaanselt tuumafragmentideks ja elementaarosakesteks (lagunemissaadused). Lagunemine tekitab gammakiirgust. See on kahjustustegur, millel on pikaajaline mõju, mõjutades tohutut ala, radioaktiivse lagunemise tsooni.

Nakkuspiirkondade omadused:

Mõõduka infektsiooni tsoon (tsoon A) - e Kiirgusdoos täieliku lagunemise ajal (D) on vahemikus 40 kuni 400 R. Raske infektsiooni tsoon (tsoon B) - e Kiirgusdoos täieliku lagunemise ajal (D) on vahemikus 400 kuni 1200 R. Ohtliku infektsiooni tsoon (tsoon B) - kiirgusdoos täieliku lagunemise ajal (D) on 1200 R. Äärmiselt ohtliku nakkuse tsoon (tsoon G) – e Kiirgusdoos täieliku lagunemise ajal (D) on 4000 R.

Radioaktiivsuse põhimõõtühikud.

röntgen - süsteemiväline kiirgusdoosi (särituse) mõõtühik. 1 R on ligikaudu võrdne 0,0098 Sv-ga. Üks röntgenikiirgus vastab röntgen- või gammakiirguse doosile, mille korral 1 cm 3 õhus moodustub 2. 10 9 paari ioone. 1 P = 2,58. 10 -4 C/kg.

Hall - kiirgusdoosi (neeldunud) süsteemi mõõtühik. 1 hall neelab 1 kilogrammi ainet 1 džauli energia saamisel: Gy \u003d J / kg \u003d m² / s².

Hea meel - süsteemiväline kiirgusdoosi mõõtühik (neeldunud). 1 rad on doos, mille juures 1 grammi aine saab 100 erg energiat. 1 Gy = 100 rad

Baer - süsteemiväline kiirgusdoosi mõõtühik (ekvivalent ja efektiivne), röntgeni bioloogiline ekvivalent. 1 rem on selline keha kiiritamine, mille puhul on samad mõjud kui 1 röntgenikiirguse doosil.

Sivert- kiirgusdoosi mõõtmise süsteemiühik (ekvivalentne ja efektiivne). 1 sievert on energia, mille võtab vastu 1 kilogramm bioloogilist kudet, mis on võrdne 1 halli kiirgusdoosiga kokkupuutel: Sv \u003d J / kg \u003d m² / s². 1 Sv = 100 rem. Põhimõõtühik dosimeetrites.

becquerel - allika aktiivsuse mõõtühik. Määratletakse lähtetegevusena, mille korral toimub üks lagunemine sekundis. Väljendatuna Bq = c −1

Curie - süsteemiväline allika tegevuse mõõtühik. Üks curie vastab lagunemiste arvule sekundis 1 grammis raadiumis. 1 Ki \u003d 3,7. 10 10 Bq.

Radioaktiivsete allikate kasutamine erinevates inimtegevuse valdkondades.

Ravim: kiirituse kasutamine haiguse diagnoosimiseks (röntgen- ja radioisotoopdiagnostika); kiirituse kasutamine raviks (radioisotoop ja kiiritusravi); kiirgusega steriliseerimine.

Radioisotoopide diagnostika - radioaktiivsete isotoopide ja nendega märgistatud ühendite kasutamine haiguste äratundmiseks. Kiiritusravi on kasvaja kiiritamine kiirtevooluga, mida mõnikord kasutatakse healoomuliste kasvajate ravis, see takistab vähirakkude kasvu, paljunemist ja levikut tervetesse kudedesse. Kiirgussteriliseerimist rakendatakse meditsiiniliseks kasutamiseks mõeldud materjalidele ja preparaatidele, mis ei talu termilist ega keemilist töötlemist või kaotavad oma raviomadused.

Keemiatööstus : tekstiilmaterjalide modifitseerimine villataoliste omaduste saamiseks, antimikroobsete omadustega puuvillaste kangaste saamine, kristalli kiirgusmodifitseerimine erinevat värvi kristalltoodete saamiseks, kummikangast materjalide kiirgusvulkaniseerimine, polüetüleentorude kiirgusmodifikatsioon kuumakindluse ja vastupidavuse suurendamiseks. agressiivne keskkond, värvi- ja lakikatete kõvenemine erinevatel pindadel.

Puidutööstus: Kiiritamise tulemusena omandab pehme puit oluliselt madalama veeimamisvõime, kõrge mõõtmete stabiilsuse ja suurema kõvaduse (mosaiikparketi valmistamine).

Linnamajandus: reovee kiiritustöötlus ja desinfitseerimine.

Põllumajandus: põllumajandustaimede kiiritamine väikese doosiga nende kasvu ja arengu stimuleerimiseks; ioniseeriva kiirguse rakendamine kiirgusmutageneesiks ja sordiaretuseks; kasutades kiirgussteriliseerimise meetodit kahjurite tõrjeks.

Tuumaenergia (tuumaenergia) on energiatööstuse haru, mis tegeleb elektri- ja soojusenergia tootmisega tuumaenergia muundamise teel. Tuumaelektrijaamad (NPP) moodustavad tuumaenergia aluse. Tavaliselt kasutatakse tuumaenergia tootmiseks uraan-235 või plutooniumi tuumade tuuma lõhustumise ahelreaktsiooni. Tuumaenergiat toodetakse tuumaelektrijaamades, kasutatakse tuumajäälõhkujatel, tuumaallveelaevadel; lisaks üritati luua tuumamootorit lennukitele (aatomilennukid) ja "aatomi" tankidele.