Sử dụng chất phóng xạ vì mục đích hòa bình. Lợi ích và tác hại của bức xạ phóng xạ

Nội dung

Giới thiệu 3
1 Độ phóng xạ 5
1.1 Các loại phân rã phóng xạ và bức xạ 5
1.2 Định luật phân rã phóng xạ 7
1.3 Tương tác của bức xạ phóng xạ với vật chất và chất phản xạ
bức xạ 8
1.4 Phân loại nguồn bức xạ và đồng vị phóng xạ 10
2 Kỹ thuật phân tích dựa trên phép đo hoạt độ phóng xạ 12
2.1 Sử dụng chất phóng xạ tự nhiên trong phân tích 12
2.2 Phân tích kích hoạt 12
2.3 Phương pháp pha loãng đồng vị 14
2.4 Chuẩn độ phóng xạ 14
3 Ứng dụng của phóng xạ 18
3.1 Ứng dụng chất đánh dấu phóng xạ trong hóa phân tích 18
3.2 Ứng dụng đồng vị phóng xạ 22
Kết luận 25
Danh sách các nguồn được sử dụng 26

Giới thiệu

Các phương pháp phân tích dựa trên phóng xạ phát sinh trong thời kỳ phát triển của vật lý hạt nhân, hóa học phóng xạ và công nghệ hạt nhân và hiện được sử dụng thành công trong việc tiến hành các phân tích khác nhau, bao gồm cả trong công nghiệp và dịch vụ địa chất.
Ưu điểm chính của phương pháp phân tích dựa trên phép đo bức xạ phóng xạ là ngưỡng phát hiện thấp của nguyên tố được phân tích và tính linh hoạt rộng. Phân tích kích hoạt phóng xạ có ngưỡng phát hiện thấp nhất trong số tất cả các phương pháp phân tích khác (10 -15 g). Ưu điểm của một số phương pháp đo phóng xạ là phân tích mà không phá hủy mẫu và ưu điểm của phương pháp dựa trên phép đo hoạt độ phóng xạ tự nhiên là tốc độ phân tích. Một đặc điểm có giá trị của phương pháp đo phóng xạ pha loãng đồng vị nằm ở khả năng phân tích hỗn hợp các nguyên tố có tính chất hóa học và phân tích tương tự nhau, chẳng hạn như zirconium - hafnium, niobium - tantalum, v.v.
Các biến chứng khác khi làm việc với thuốc phóng xạ là do đặc tính độc hại của bức xạ phóng xạ, không gây ra phản ứng ngay lập tức trong cơ thể và do đó làm phức tạp việc sử dụng kịp thời. biện pháp cần thiết. Điều này củng cố sự cần thiết phải tuân thủ nghiêm ngặt các biện pháp phòng ngừa an toàn khi làm việc với thuốc phóng xạ. Nếu cần, hãy làm việc với chất phóng xạ xảy ra với sự trợ giúp của cái gọi là người thao túng trong các buồng đặc biệt, và bản thân nhà phân tích vẫn ở trong một căn phòng khác, được bảo vệ một cách đáng tin cậy khỏi tác động của bức xạ phóng xạ.
Đồng vị phóng xạ được sử dụng trong các phương pháp phân tích sau:

phương pháp lắng đọng khi có mặt nguyên tố phóng xạ;
phương pháp pha loãng đồng vị;
chuẩn độ bằng phép đo phóng xạ;
phân tích kích hoạt;
định nghĩa dựa trên các phép đo độ phóng xạ của các đồng vị xuất hiện tự nhiên.

Trong thực hành phòng thí nghiệm, chuẩn độ bằng phép đo phóng xạ được sử dụng tương đối hiếm. Ứng dụng phân tích kích hoạt gắn liền với việc sử dụng các nguồn neutron nhiệt mạnh, do đó phương pháp này vẫn còn được sử dụng hạn chế.
Trong này khóa học Cơ sở lý thuyết của các phương pháp phân tích sử dụng hiện tượng phóng xạ và ứng dụng thực tế của chúng được xem xét.

1 Phóng xạ

1.1 Các loại phân rã phóng xạ và bức xạ

Phóng xạ là sự biến đổi (phân rã) tự phát của hạt nhân nguyên tử của một nguyên tố hóa học, dẫn đến sự thay đổi tính chất của nó. số nguyên tử hoặc sự thay đổi về số khối. Với sự biến đổi này của hạt nhân, bức xạ phóng xạ được phát ra.
Việc phát hiện ra chất phóng xạ có từ năm 1896, khi A. Becquerel phát hiện ra rằng uranium phát ra bức xạ một cách tự phát, mà ông gọi là chất phóng xạ (từ radio - phát ra và activas - hiệu quả).
Bức xạ phóng xạ xảy ra trong quá trình phân rã tự phát của hạt nhân nguyên tử. Một số loại phân rã phóng xạ và chất phóng xạ
bức xạ.
1) ?-Sự phân hủy. Sự phân rã của hạt nhân kèm theo sự giải phóng các hạt ?, đó là hạt nhân He 2+. Ví dụ,
Ra > Rn + Anh ;
U > Th + ? (Anh ta).

Theo định luật dịch chuyển phóng xạ, trong quá trình phân rã ?, thu được một nguyên tử có số nguyên tử là hai đơn vị và có khối lượng nguyên tử nhỏ hơn nguyên tử ban đầu bốn đơn vị.
2) ?-Sự phân hủy. Có một số loại?-phân rã: điện tử?-phân rã; positron?-phân rã; K-lấy. Ví dụ, trong quá trình phân rã điện tử,

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

Neutron bên trong hạt nhân biến thành proton. Khi một hạt tích điện âm được phát ra, số nguyên tử của nguyên tố đó tăng lên một và khối lượng nguyên tử thực tế không thay đổi.
Trong quá trình phân rã positron?, một hạt positron (? + -) được giải phóng khỏi hạt nhân nguyên tử, sau đó biến thành neutron bên trong hạt nhân. Ví dụ:

Tuổi thọ của positron rất ngắn, vì khi nó va chạm với một electron, sự hủy diệt xảy ra, kèm theo sự phát xạ ?-lượng tử.
Trong quá trình bắt K, hạt nhân của nguyên tử bắt giữ một electron từ lớp vỏ electron gần đó (từ lớp vỏ K) và một trong các proton của hạt nhân được chuyển đổi thành neutron.
Ví dụ,
Cu >Ni+n
K + e - = Ar + hv

Một trong các electron ở lớp vỏ bên ngoài di chuyển đến một không gian tự do trong lớp vỏ K, kèm theo đó là sự phát ra tia X cứng.
3) Sự phân chia tự phát. Nó đặc trưng cho các phần tử bảng tuần hoàn D.I. Mendeleev với Z > 90. Trong quá trình phân hạch tự phát, các nguyên tử nặng bị chia thành các mảnh, thường là các nguyên tố ở giữa bảng của L.I. Sự phân hạch tự phát và phân rã β hạn chế việc tạo ra các nguyên tố siêu urani mới.
Chảy? và?-các hạt được gọi tương ứng? và?-bức xạ. Ngoài ra, bức xạ ?-được biết đến. Đây là những dao động điện từ có bước sóng rất ngắn. Về nguyên tắc, bức xạ γ gần giống với tia X cứng và khác nó ở nguồn gốc nội hạt nhân. Bức xạ tia X xảy ra trong quá trình chuyển tiếp ở lớp vỏ electron của nguyên tử và bức xạ α được phát ra bởi các nguyên tử bị kích thích do sự phân rã phóng xạ (? và?).
Do sự phân rã phóng xạ, các nguyên tố thu được, theo điện tích hạt nhân (số thứ tự) của chúng, phải được đặt trong các ô đã chiếm của bảng tuần hoàn bởi các nguyên tố có cùng điện tích số seri nhưng có khối lượng nguyên tử khác. Đây được gọi là đồng vị. Qua tính chất hóa học chúng thường được coi là không thể phân biệt được, do đó hỗn hợp các đồng vị thường được coi là một nguyên tố đơn lẻ. Sự bất biến của thành phần đồng vị trong đại đa số phản ứng hóa họcđôi khi được gọi là định luật không đổi của thành phần đồng vị. Ví dụ, kali trong các hợp chất tự nhiên là hỗn hợp của các đồng vị, 93,259% từ 39 K, 6,729% từ 41 K và 0,0119% từ 40 K (bắt K và phân rã?). Canxi có sáu đồng vị ổn định với số khối 40, 42, 43, 44, 46 và 48. Trong phân tích hóa học và nhiều phản ứng khác, tỷ lệ này thực tế không thay đổi, do đó các phản ứng hóa học thường không được sử dụng để tách các đồng vị. Thông thường, các quy trình vật lý khác nhau được sử dụng cho mục đích này - khuếch tán, chưng cất hoặc điện phân.
Đơn vị của hoạt độ đồng vị là becquerel (Bq), bằng hoạt độ của hạt nhân trong nguồn phóng xạ trong đó một sự kiện phân rã xảy ra trong 1 s.

1.2 Định luật phân rã phóng xạ

Hoạt độ phóng xạ quan sát thấy trong hạt nhân tồn tại trong điều kiện tự nhiên, được gọi là tự nhiên, độ phóng xạ của hạt nhân thu được qua phản ứng hạt nhân được gọi là nhân tạo.
Không có sự khác biệt cơ bản giữa phóng xạ nhân tạo và phóng xạ tự nhiên. Quá trình biến đổi phóng xạ trong cả hai trường hợp đều tuân theo các định luật giống nhau - định luật biến đổi phóng xạ:

Nếu t = 0 thì const = -lg N 0. Cuối cùng

Trong đó A là hoạt động tại thời điểm t; A 0 – hoạt động tại thời điểm t = 0.
Các phương trình (1.3) và (1.4) mô tả định luật phân rã phóng xạ. Trong động học, chúng được gọi là phương trình phản ứng bậc nhất. Chu kỳ bán rã T1/2 thường được biểu thị là đặc tính của tốc độ phân rã phóng xạ, giống như ?, là đặc tính cơ bản của quá trình không phụ thuộc vào lượng chất.
Chu kỳ bán rã là khoảng thời gian trong đó một lượng chất phóng xạ nhất định giảm đi một nửa.
Chu kỳ bán rã của các đồng vị khác nhau khác nhau đáng kể. Nó dao động từ khoảng 10 10 năm đến những phần rất nhỏ của một giây. Tất nhiên, các chất có chu kỳ bán rã 10 - 15 phút. và những cái nhỏ hơn rất khó sử dụng trong phòng thí nghiệm. Các đồng vị có thời gian bán hủy rất dài cũng không được mong muốn trong phòng thí nghiệm, vì trong trường hợp các chất này vô tình làm ô nhiễm các vật thể xung quanh, sẽ cần phải có công việc đặc biệt để khử trùng phòng và dụng cụ.

1.3 Tương tác của bức xạ phóng xạ với vật chất và chất phản xạ

bức xạ

Do sự tương tác của bức xạ phóng xạ với vật chất, xảy ra sự ion hóa và kích thích các nguyên tử và phân tử của chất mà nó đi qua. Bức xạ cũng tạo ra các hiệu ứng ánh sáng, ảnh, hóa học và sinh học. Bức xạ phóng xạ gây ra một số lượng lớn các phản ứng hóa học trong chất khí, dung dịch và chất rắn. Chúng thường được kết hợp thành một nhóm các phản ứng bức xạ-hóa học. Ví dụ, điều này bao gồm quá trình phân hủy (phóng xạ) nước với sự hình thành hydro, hydro peroxide và các gốc khác nhau tham gia vào phản ứng oxy hóa khử với các chất hòa tan.
Bức xạ phóng xạ gây ra các biến đổi hóa học phóng xạ khác nhau của các hợp chất hữu cơ khác nhau - axit amin, axit, rượu, ete, v.v. Bức xạ phóng xạ cường độ cao làm ống thủy tinh phát sáng và một số tác dụng khác trong chất rắn. Dựa trên nghiên cứu sự tương tác của bức xạ phóng xạ với vật chất nhiều cách khác nhau phát hiện và đo phóng xạ.
Tùy theo nguyên lý hoạt động, máy đếm bức xạ được chia thành nhiều nhóm.
Máy đếm ion hóa Hoạt động của chúng dựa trên sự xuất hiện của quá trình ion hóa hoặc phóng điện do ion hóa gây ra khi các hạt phóng xạ hoặc lượng tử phóng xạ đi vào quầy. Trong số hàng chục thiết bị sử dụng phương pháp ion hóa, điển hình phải kể đến buồng ion hóa và máy đếm Geiger-Muller, loại thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất trong các phòng thí nghiệm phân tích hóa học và hóa phóng xạ.
Đối với các phòng thí nghiệm hóa phóng xạ và các phòng thí nghiệm khác, ngành công nghiệp sản xuất các đơn vị đếm đặc biệt.
Máy đếm nhấp nháy. Hoạt động của các bộ đếm này dựa trên sự kích thích của các nguyên tử nhấp nháy bởi lượng tử ?-quanta hoặc một hạt phóng xạ đi qua bộ đếm. Các nguyên tử bị kích thích trở lại trạng thái bình thường sẽ phát ra một tia sáng.
Trong giai đoạn đầu nghiên cứu các quá trình hạt nhân, phương pháp đếm nhấp nháy bằng mắt đóng một vai trò quan trọng, nhưng sau đó nó đã được thay thế bằng máy đếm Geiger-Müller tiên tiến hơn. Hiện nay, phương pháp nhấp nháy lại được sử dụng rộng rãi bằng cách sử dụng máy nhân quang.
quầy Cherenkov. Hoạt động của các bộ đếm này dựa trên việc sử dụng hiệu ứng Cherenkov, bao gồm sự phát xạ ánh sáng khi một hạt tích điện chuyển động trong một chất trong suốt, nếu tốc độ của các hạt vượt quá tốc độ ánh sáng trong môi trường này. Tất nhiên, tốc độ siêu ánh sáng của một hạt trong một môi trường nhất định không mâu thuẫn với thuyết tương đối, vì tốc độ ánh sáng trong bất kỳ môi trường nào luôn nhỏ hơn trong chân không. Tốc độ chuyển động của một hạt trong một chất có thể lớn hơn tốc độ ánh sáng trong chất đó, đồng thời vẫn nhỏ hơn tốc độ ánh sáng trong chân không, hoàn toàn phù hợp với thuyết tương đối. Máy đếm Cherenkov được sử dụng để nghiên cứu các hạt rất nhanh, để nghiên cứu trong không gian, v.v., vì với sự trợ giúp của chúng, một số đặc tính quan trọng khác của hạt có thể được xác định (năng lượng, hướng chuyển động của chúng, v.v.).

1.4 Phân loại nguồn bức xạ phóng xạ và

đồng vị phóng xạ

Nguồn bức xạ phóng xạ được chia thành kín và mở. Đóng cửa - phải kín gió. Mở - bất kỳ nguồn bức xạ rò rỉ nào có thể tạo ra ô nhiễm phóng xạ cho không khí, thiết bị, bề mặt bàn, tường, v.v.
Khi làm việc với các nguồn kín, các biện pháp phòng ngừa cần thiết được giới hạn ở việc bảo vệ khỏi bức xạ bên ngoài.
Nguồn bức xạ kín có hoạt độ trên 0,2 g-eq. radium phải được đặt trong các thiết bị bảo vệ có điều khiển từ xa và lắp đặt trong các phòng được trang bị đặc biệt.
Khi làm việc với các nguồn kín có hoạt độ thấp hơn, nên sử dụng màn chắn có độ dày và vật liệu phù hợp với loại và năng lượng bức xạ của nguồn phóng xạ, cũng như các công cụ từ xa, việc sử dụng chúng phải giảm liều đến mức tối đa cho phép. . Phòng thí nghiệm khi làm việc với các nguồn kín có thể là chuyện bình thường.
Khi làm việc với các nguồn mở, cần tính đến: độ độc phóng xạ tương đối của đồng vị, phụ thuộc vào chu kỳ bán rã, loại và năng lượng bức xạ của nó; hoạt động tại nơi làm việc; trạng thái vật lý của một chất; tính chất của tác phẩm.
Đối với mỗi đồng vị phóng xạ, nồng độ tối đa cho phép (MAC) trong không khí của cơ sở làm việc đã được thiết lập.
Theo mức độ giảm dần của độc tính phóng xạ, các đồng vị phóng xạ được chia thành bốn nhóm nồng độ tối đa cho phép:
Nhóm A – các đồng vị có độc tính phóng xạ đặc biệt cao (nồng độ tối đa cho phép không quá
1 10 -13 curie/l): 90 Sr, 226 Ra, 239 Pu, v.v.
Nhóm B – đồng vị có độc tính phóng xạ cao (MPC từ 1 10 -13 đến 1 10 -11 curie/l): 22 Na, 45 Ca, 60 Co, 89 Sr, 110 Ag, 131 I, 137 Cs, l41 Ce, 210 Pb , U (ước tính), v.v.
Nhóm B – các đồng vị có độ độc phóng xạ trung bình (MPC từ 1 10 -11 đến 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, v.v.
Nhóm D – các đồng vị có độc tính phóng xạ ít nhất (MPC từ 110 -9 curie/l): 3 H, 14 C, v.v.

2 Kỹ thuật phân tích dựa trên phép đo hoạt độ phóng xạ

2.1 Sử dụng phóng xạ tự nhiên trong phân tích

Các nguyên tố có tính phóng xạ tự nhiên có thể được định lượng bằng tính chất này. Đây là U, Th, Ra, Ac, v.v., tổng cộng hơn 20 phần tử. Ví dụ, kali có thể được xác định bằng độ phóng xạ của nó trong dung dịch ở nồng độ 0,05 M. Việc xác định các nguyên tố khác nhau bằng độ phóng xạ của chúng thường được thực hiện bằng cách sử dụng biểu đồ hiệu chuẩn cho thấy sự phụ thuộc của hoạt độ vào phần trăm yếu tố xác định hoặc phương pháp bổ sung.
Các phương pháp đo phóng xạ có tầm quan trọng rất lớn trong công việc tìm kiếm của các nhà địa chất, ví dụ, trong việc thăm dò các mỏ uranium.

2.2 Phân tích kích hoạt

Khi tiếp xúc với neutron, proton và các hạt năng lượng cao khác, nhiều nguyên tố không phóng xạ sẽ trở thành chất phóng xạ. Phân tích kích hoạt dựa trên việc đo độ phóng xạ này. Nói chung, bất kỳ hạt nào cũng có thể được sử dụng để chiếu xạ; quá trình chiếu xạ bằng neutron có tầm quan trọng thực tiễn lớn nhất. Việc sử dụng các hạt tích điện cho mục đích này đòi hỏi phải vượt qua những khó khăn kỹ thuật quan trọng hơn so với trường hợp neutron. Các nguồn neutron chính để phân tích kích hoạt là lò phản ứng hạt nhân và cái gọi là nguồn di động (radium-beryllium, v.v.). Trong trường hợp sau, các hạt?-được tạo ra từ sự phân rã của bất kỳ nguyên tố-hoạt động? nào (Ra, Rn, v.v.) tương tác với hạt nhân berili, giải phóng neutron:
9 Be + 4 He > 12 C + n

Neutron đi vào phản ứng hạt nhân với các thành phần của mẫu phân tích, ví dụ:
55 Mn + n = 56 Mn hoặc Mn (n,?) 56 Mn
Chất phóng xạ 56 Mn phân rã với chu kỳ bán rã 2,6 giờ:

56 Mn > 56 Fe +

Để có được thông tin về thành phần của mẫu, độ phóng xạ của nó được đo trong một thời gian và đường cong kết quả được phân tích (Hình 2.1). Khi thực hiện phân tích như vậy, cần có dữ liệu đáng tin cậy về chu kỳ bán rã của các đồng vị khác nhau để giải mã đường cong tóm tắt.

Hình 2.1 - Độ phóng xạ giảm dần theo thời gian

Một lựa chọn khác để phân tích kích hoạt là phương pháp quang phổ ?, dựa trên việc đo phổ bức xạ ? của mẫu. Năng lượng của bức xạ?-có tính chất định tính và tốc độ đếm là đặc tính định lượng của đồng vị. Các phép đo được thực hiện bằng máy quang phổ đa kênh có bộ đếm nhấp nháy hoặc bán dẫn. Đây là phương pháp phân tích nhanh hơn và cụ thể hơn, mặc dù có phần kém nhạy hơn so với phân tích hóa phóng xạ.
Ưu điểm quan trọng của phân tích kích hoạt là giới hạn phát hiện thấp. Với sự trợ giúp của nó, có thể phát hiện tới 10 -13 - 10 -15 g chất trong điều kiện thuận lợi. Trong một số trường hợp đặc biệt, có thể đạt được giới hạn phát hiện thậm chí còn thấp hơn. Ví dụ, nó được sử dụng để theo dõi độ tinh khiết của silicon và germanium trong ngành bán dẫn, phát hiện hàm lượng tạp chất lên tới 10 -8 - 10 -9%. Những nội dung như vậy không thể được xác định bằng bất kỳ phương pháp nào khác ngoài phân tích kích hoạt. Khi thu được các nguyên tố nặng trong bảng tuần hoàn, chẳng hạn như mendelevium và kurchatovium, các nhà nghiên cứu có thể đếm được hầu hết mọi nguyên tử của nguyên tố thu được.
Nhược điểm chính của phân tích kích hoạt là sự cồng kềnh của nguồn neutron, cũng như thời gian thu được kết quả thường kéo dài.

2.3 Phương pháp pha loãng đồng vị

Nên sử dụng phương pháp pha loãng đồng vị để xác định định lượng các thành phần của hỗn hợp khó tách có tính chất tương tự. Trong phương pháp này, cần phân lập không phải tất cả các chất được xác định mà chỉ một phần của nó trong hỗn hợp. trạng thái tinh khiết nhất có thể. Phương pháp pha loãng đồng vị mở ra những khả năng mới trong việc phân tích các hỗn hợp phức tạp và các nguyên tố có tính chất hóa học và phân tích tương tự nhau. Ví dụ: khi phân tích hỗn hợp zirconium - hafnium hoặc niobium - tantalum, bạn có thể thu được kết tủa tinh khiết của một trong các thành phần, nhưng kết tủa sẽ không hoàn toàn. Nếu đạt được kết tủa hoàn toàn, kết tủa thu được sẽ bị nhiễm chất tương tự. Trong phương pháp pha loãng đồng vị, quá trình kết tủa không hoàn toàn được thực hiện và sử dụng phép đo hoạt độ, hàm lượng của nguyên tố được phân tích được tìm thấy với độ chính xác hợp lý. Một kỹ thuật tương tự cũng được sử dụng để phân tích các hỗn hợp chất hữu cơ khác nhau.

2.4 Chuẩn độ bằng phép đo phóng xạ

Trong chuẩn độ bằng phép đo phóng xạ, chất chỉ thị là đồng vị phóng xạ của các nguyên tố. Ví dụ, khi chuẩn độ photphat bằng magie, một lượng nhỏ photphat chứa chất phóng xạ P* được đưa vào dung dịch đang phân tích.

Sự thay đổi hoạt độ trong quá trình chuẩn độ này có thể được thấy trong Hình 2.2a. Hiển thị ở đây đồ họa độ nétđiểm tương đương. Trước điểm tương đương, hoạt độ của dung dịch sẽ giảm mạnh vì chất phóng xạ sẽ chuyển từ dung dịch thành kết tủa. Sau điểm tương đương, hoạt độ của dung dịch gần như không đổi và rất nhỏ.
Như có thể thấy trong Hình 2.2, b, việc thêm hydro photphat vào dung dịch đến điểm tương đương trên thực tế sẽ không làm tăng hoạt độ của dung dịch, vì đồng vị phóng xạ sẽ kết tủa. Sau điểm tương đương, hoạt tính của dung dịch bắt đầu tăng tỷ lệ thuận với nồng độ hydro photphat.

A) - sự thay đổi hoạt độ của dung dịch photphat chứa trong quá trình chuẩn độ bằng dung dịch; b) - sự thay đổi hoạt độ của dung dịch khi chuẩn độ bằng dung dịch chứa photphat.
Hình 2.2 - Các loại đường chuẩn độ đo phóng xạ

Phản ứng chuẩn độ bằng phép đo phóng xạ phải đáp ứng các yêu cầu thường áp dụng cho các phản ứng phân tích bằng phép đo chuẩn độ (tốc độ và tính đầy đủ của phản ứng, tính ổn định của thành phần sản phẩm phản ứng, v.v.). Một điều kiện rõ ràng để áp dụng phản ứng trong phương pháp này là sự chuyển sản phẩm phản ứng từ dung dịch được phân tích sang pha khác nhằm loại bỏ nhiễu trong việc xác định hoạt độ của dung dịch. Giai đoạn thứ hai này thường là một kết tủa hình thành. Có nhiều phương pháp đã biết trong đó sản phẩm phản ứng được chiết bằng dung môi hữu cơ. Ví dụ, khi chuẩn độ nhiều cation bằng dithizone, cloroform hoặc carbon tetrachloride được sử dụng làm chất chiết. Việc sử dụng chất chiết giúp có thể thiết lập chính xác hơn điểm tương đương, vì trong trường hợp này việc xác định nó có thể đo được hoạt độ của cả hai pha.

2.5 Hiệu ứng Mössbauer

Hiệu ứng này được phát hiện vào năm 1958 bởi R. P. Mossbauer. Dưới cái tên này, các hiện tượng phát xạ, hấp thụ và tán xạ lượng tử ?-của hạt nhân nguyên tử thường được kết hợp mà không tiêu tốn năng lượng do sự giật lùi của hạt nhân. Sự hấp thụ bức xạ ? thường được nghiên cứu, do đó hiệu ứng Mössbauer thường còn được gọi là quang phổ cộng hưởng ? (GRS).
Khi lượng tử ?-được phát ra, hạt nhân nguyên tử trở lại trạng thái bình thường. Tuy nhiên, năng lượng của bức xạ phát ra sẽ được xác định không chỉ bởi sự khác biệt về trạng thái năng lượng của hạt nhân ở trạng thái kích thích và trạng thái năng lượng. điều kiện bình thường. Do định luật bảo toàn động lượng nên hạt nhân bị giật lại. Điều này dẫn đến thực tế là trong trường hợp nguyên tử khí, năng lượng của bức xạ phát ra sẽ nhỏ hơn so với trường hợp nguồn phát nằm trong vật rắn. Trong trường hợp sau, tổn thất năng lượng do giật giảm xuống giá trị không đáng kể. Do đó, lượng tử γ của bức xạ phát ra không giật lại có thể bị hấp thụ bởi các nguyên tử không bị kích thích của cùng một nguyên tố. Tuy nhiên, sự khác biệt trong môi trường hóa học của hạt nhân phát và hạt nhân hấp thụ gây ra một số khác biệt về trạng thái năng lượng của hạt nhân, đủ để ngăn chặn sự hấp thụ cộng hưởng của lượng tử ?- xảy ra. Sự khác biệt về trạng thái năng lượng của hạt nhân được bù định lượng bằng hiệu ứng Doppler, theo đó tần số bức xạ (trong trường hợp này là năng lượng của ?-lượng tử) phụ thuộc vào tốc độ chuyển động. Ở một tốc độ chuyển động nhất định của bộ phát (hoặc bộ hấp thụ, vì chỉ có tốc độ chuyển động tương đối của chúng mới quan trọng), sự hấp thụ cộng hưởng xảy ra. Sự phụ thuộc của cường độ hấp thụ?-lượng tử vào tốc độ chuyển động được gọi là phổ Mössbauer. Phổ Mössbauer điển hình được trình bày trong Hình 2.3, trong đó tốc độ đếm, tỷ lệ nghịch với nó, được vẽ như thước đo cường độ hấp thụ.

Hình 2.3 - Phổ hấp thụ Mössbauer

Tốc độ di chuyển của mẫu hoặc bộ phát thường không vượt quá vài cm mỗi giây. Phổ Mössbauer là một đặc tính rất quan trọng của một chất. Nó cho phép người ta đánh giá bản chất của liên kết hóa học trong các hợp chất đang nghiên cứu, cấu trúc điện tử của chúng cũng như các đặc điểm và tính chất khác.

3 Ứng dụng của phóng xạ

3.1 Ứng dụng chất đánh dấu phóng xạ trong hóa phân tích

Việc sử dụng các hạt nhân phóng xạ trong hóa phân tích rất đa dạng. Phương pháp phân tích định lượng, dựa trên thực tế là trong các quá trình hóa học khác nhau, hoạt độ phóng xạ cụ thể

Trong đó độ phóng xạ của mẫu, biểu thị bằng becquerel, và là khối lượng của mẫu chất phân tích, trong đó hạt nhân phóng xạ được phân bố đều, không đổi đối với toàn bộ mẫu và đối với bất kỳ phần nào của mẫu.
Chúng ta hãy xem xét một thí nghiệm để xác định áp suất hơi của một kim loại cực kỳ khó bay hơi và chịu lửa như vonfram. Chất phóng xạ vonfram-185 được sản xuất nhân tạo có thể được sử dụng làm thẻ. Hãy chuẩn bị vonfram kim loại có chứa nhãn hiệu này và xác định hoạt động cụ thể của nó. Tiếp theo, chúng tôi sẽ thu thập hơi kim loại bay hơi khỏi bề mặt vonfram ở nhiệt độ đã chọn và chứa trong một thể tích hơi nhất định. Trong cùng điều kiện mà chúng đã được xác định, chúng ta sẽ tìm thấy hoạt độ của các hơi này. Rõ ràng là khối lượng hơi

Tiếp theo, biết thể tích của hơi, bạn có thể tìm thấy mật độ của nó ở nhiệt độ của thí nghiệm, sau đó sử dụng thông tin về thành phần của hơi và áp suất của nó.
Tương tự, bằng cách sử dụng nhãn phóng xạ, bạn có thể tìm thấy nồng độ của một chất trong dung dịch và xác định, chẳng hạn như nồng độ của nó trong dung dịch bão hòa. Tương tự, người ta có thể tìm khối lượng của một chất còn lại sau khi chiết vào môi trường nước và chuyển sang pha hữu cơ. Tiếp theo, có thể tính hệ số phân bố giữa các pha của chất chiết được (ở đây việc sử dụng chất đánh dấu phóng xạ rất quan trọng khi hệ số phân bố rất cao và không có phương pháp phân tích nào khác để xác định hàm lượng cực thấp của chất chiết được). còn lại trong pha nước).
Việc sử dụng chất đánh dấu phóng xạ trong phương pháp pha loãng đồng vị là nguyên bản. Giả sử bạn cần xác định hàm lượng của bất kỳ axit amin nào trong hỗn hợp các axit amin có đặc tính tương tự và không thể thực hiện tách hoàn toàn (định lượng) axit amin bằng phương pháp hóa học, nhưng có một phương pháp cho phép bạn phân lập từ một hỗn hợp trong dạng tinh khiết một tỷ lệ nhỏ axit amin này (ví dụ, sử dụng sắc ký). Một vấn đề tương tự nảy sinh khi xác định hàm lượng của bất kỳ lanthanide nào trong hỗn hợp lanthanide và khi xác định dạng hóa học nào của nguyên tố này hoặc nguyên tố đó được tìm thấy trong tự nhiên, ví dụ, trong nước sông hoặc nước biển.
Chúng ta sẽ sử dụng nó để xác định tổng hàm lượng iốt trong nước biển phần của các ion iodua theo khối lượng và hoạt động. Hãy đưa các ion iodua được đánh dấu này vào mẫu phân tích và đun nóng sao cho nhãn phóng xạ được phân bố đều trên tất cả các mẫu chứa iốt. các dạng hóa học, nằm trong nước biển (các dạng như vậy trong trường hợp này là iodua, iodat và ion Periodat). Tiếp theo, dùng bạc nitrat, chúng ta sẽ tách một phần nhỏ ion iodua dưới dạng kết tủa AgI và xác định khối lượng cũng như độ phóng xạ của nó. Nếu tổng hàm lượng iốt trong mẫu bằng nhau thì kết quả là

Sử dụng một kỹ thuật hơi khác một chút, có thể tìm thấy hàm lượng iốt trong nước biển ở dạng ion iodua. Để làm được điều này, sau khi đưa nhãn phóng xạ vào mẫu, cần tạo điều kiện để không xảy ra sự trao đổi đồng vị (trao đổi nguyên tử iốt) giữa các ion iodua và các dạng khác chứa iốt (ion iodat và Periodat) (để làm được điều này, bạn cần phải sử dụng dung dịch lạnh với môi trường trung tính). Bằng cách tiếp tục tách một phần nhỏ ion iodua khỏi nước biển bằng chất kết tủa - bạc nitrat ở dạng AgI (khối lượng phần) và đo độ phóng xạ của nó, sử dụng công thức (3.5) người ta có thể tìm được hàm lượng ion iodua trong mẫu.

Việc sử dụng các nguyên tử phóng xạ cũng là cơ sở cho một phương pháp phân tích hóa học phổ biến và cực kỳ nhạy cảm như phân tích hoạt hóa. Khi thực hiện phân tích kích hoạt, cần sử dụng phản ứng hạt nhân thích hợp để kích hoạt các nguyên tử của nguyên tố được xác định trong mẫu, nghĩa là làm cho chúng có tính phóng xạ. Thông thường, phân tích kích hoạt được thực hiện bằng nguồn neutron. Ví dụ, nếu cần tìm hàm lượng nguyên tố đất hiếm dysprosi Dy trong đá rắn, hãy tiến hành như sau.
Đầu tiên, một loạt mẫu được chuẩn bị có chứa lượng Dy khác nhau đã biết (ví dụ, được lấy ở dạng DyF 3 hoặc Dy 2 O 3 - các nguyên tử oxy và flo không được kích hoạt bởi neutron). Các mẫu này được chiếu xạ trong cùng điều kiện với cùng dòng neutron. Nguồn neutron cần cho các thí nghiệm này là một ống nhỏ (cỡ cây bút) chứa vật liệu phát ra neutron (ví dụ, hỗn hợp của americium-241 và berili). Nguồn neutron như vậy có thể được lưu trữ an toàn bằng cách đặt nó vào một lỗ được tạo ở giữa khối parafin có kích thước bằng xô nước.
Để chiếu xạ, các mẫu có hàm lượng dysprosi đã biết được đặt trong các giếng nằm trong khối parafin và nằm ở cùng khoảng cách với nguồn (Hình 3.1).

1 – khối parafin, 2 – nguồn neutron ống,
3 – mẫu đã chiếu xạ.
Hình 3.1 – Sơ đồ phân tích kích hoạt neutron

Các mẫu đá được phân tích được đặt trong cùng một giếng. Dưới tác dụng của neutron, phản ứng hạt nhân 164 Dy(n, g) 165 Dy xảy ra trong các mẫu. Sau một thời gian nhất định (ví dụ: sau 6 giờ), tất cả các mẫu được lấy ra khỏi giếng và hoạt độ của chúng được đo trong cùng điều kiện. Dựa trên số liệu đo hoạt tính của thuốc, xây dựng biểu đồ hiệu chỉnh theo tọa độ “hàm lượng dysprosi trong mẫu - hoạt tính của thuốc”, từ đó tìm ra hàm lượng dysprosi trong vật liệu phân tích (Hình 3.2).

Hình 3.2 - Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hoạt độ ghi được/mẫu kích hoạt neutron vào khối lượng m của dysprosi trong các mẫu. Mẫu phân tích chứa khoảng 3 µg dysprosi

Phương pháp phân tích kích hoạt tốt không chỉ vì độ nhạy cao. Do bức xạ của các hạt nhân phóng xạ hình thành trong quá trình kích hoạt khác nhau về loại và năng lượng, nên khi sử dụng thiết bị đo bức xạ quang phổ, có thể xác định đồng thời tới 10-15 nguyên tố trong một mẫu sau khi kích hoạt.
Và một ưu điểm quan trọng nữa của phân tích kích hoạt: các hạt nhân phóng xạ thường được hình thành do sự kích hoạt bởi neutron phân rã khá nhanh, do đó sau một thời gian vật được phân tích hóa ra không có tính phóng xạ. Vì vậy, trong nhiều trường hợp, phân tích kích hoạt là phân tích không liên quan đến việc phá hủy đối tượng được phân tích. Điều này đặc biệt quan trọng khi chúng ta đang nói về về việc xác định thành phần phát hiện khảo cổ, thiên thạch và các mẫu độc đáo khác.

3.2 Sử dụng đồng vị phóng xạ

Một trong những nghiên cứu nổi bật nhất được thực hiện bằng cách sử dụng “các nguyên tử được gắn thẻ” là nghiên cứu về quá trình trao đổi chất ở sinh vật. Người ta đã chứng minh rằng trong một thời gian tương đối ngắn, cơ thể gần như trải qua quá trình đổi mới hoàn toàn. Các nguyên tử tạo nên nó được thay thế bằng những nguyên tử mới. Chỉ có sắt, như các thí nghiệm nghiên cứu về đồng vị của máu đã cho thấy, là một ngoại lệ đối với quy luật này. Sắt là một phần của huyết sắc tố của hồng cầu. Khi các nguyên tử sắt phóng xạ được đưa vào thực phẩm, người ta thấy rằng oxy tự do giải phóng trong quá trình quang hợp ban đầu là một phần của nước chứ không phải khí cacbonic. Đồng vị phóng xạ được sử dụng trong y học cho cả mục đích chẩn đoán và điều trị. Natri phóng xạ, được tiêm một lượng nhỏ vào máu, được sử dụng để nghiên cứu sự tuần hoàn máu; iốt được tích tụ nhiều trong tuyến giáp, đặc biệt là trong bệnh Graves. Bằng cách quan sát sự lắng đọng iốt phóng xạ bằng máy đo, chẩn đoán có thể được thực hiện nhanh chóng. Liều lượng lớn iốt phóng xạ gây phá hủy một phần các mô phát triển bất thường, do đó iốt phóng xạ được sử dụng để điều trị bệnh Graves. Bức xạ coban cường độ cao được sử dụng trong điều trị ung thư (súng coban).
Không kém phần rộng rãi là các ứng dụng của đồng vị phóng xạ trong công nghiệp. Một ví dụ về điều này là phương pháp sau đây để theo dõi độ mòn của vòng piston trong động cơ đốt trong. Bằng cách chiếu xạ neutron vào vòng piston, chúng gây ra phản ứng hạt nhân trong đó và khiến nó trở nên phóng xạ. Khi động cơ hoạt động, các hạt vật liệu vòng lọt vào dầu bôi trơn. Bằng cách kiểm tra mức độ phóng xạ trong dầu sau một thời gian hoạt động nhất định của động cơ, người ta xác định được độ mòn của vòng đệm. Đồng vị phóng xạ giúp đánh giá sự khuếch tán của kim loại, các quá trình trong lò cao, v.v.
Bức xạ mạnh từ thuốc phóng xạ được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc bên trong của vật đúc kim loại nhằm phát hiện
khiếm khuyết.
Đồng vị phóng xạ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp. Chiếu xạ hạt giống cây trồng (bông, bắp cải, củ cải, v.v.) với liều lượng nhỏ tia ?từ thuốc phóng xạ dẫn đến năng suất tăng lên rõ rệt. Liều lượng lớn bức xạ gây đột biến ở thực vật và vi sinh vật, trong một số trường hợp
vân vân.............

Thuốc. Radium và các đồng vị phóng xạ tự nhiên khác được sử dụng rộng rãi trong chẩn đoán và xạ trị ung thư. Việc sử dụng đồng vị phóng xạ nhân tạo cho mục đích này đã làm tăng đáng kể hiệu quả điều trị. Ví dụ, iốt phóng xạ, được đưa vào cơ thể dưới dạng dung dịch natri iodua, tích tụ có chọn lọc trong tuyến giáp và do đó được sử dụng trong thực hành lâm sàng để xác định rối loạn chức năng của tuyến giáp và trong điều trị bệnh Graves. Sử dụng nước muối có nhãn natri, tốc độ lưu thông máu được đo và độ bền của mạch máu ở các chi được xác định. Phốt pho phóng xạ được sử dụng để đo thể tích máu và điều trị bệnh hồng cầu.

Nghiên cứu khoa học. Các chất đánh dấu phóng xạ, được đưa vào các hệ thống vật lý hoặc hóa học với lượng nhỏ, giúp có thể theo dõi tất cả những thay đổi xảy ra trong chúng. Ví dụ, bằng cách trồng cây trong bầu không khí chứa carbon dioxide phóng xạ, các nhà hóa học có thể hiểu được các chi tiết tinh tế về cách thực vật hình thành carbohydrate phức tạp từ carbon dioxide và nước. Do sự bắn phá liên tục của bầu khí quyển trái đất bằng các tia vũ trụ năng lượng cao, nitơ-14 được tìm thấy trong đó, bắt giữ neutron và phát ra proton, biến thành carbon-14 phóng xạ. Giả sử rằng cường độ bắn phá và do đó lượng carbon-14 cân bằng không thay đổi trong những thiên niên kỷ gần đây và có tính đến chu kỳ bán rã của C-14 từ hoạt động còn sót lại của nó, có thể xác định tuổi của tìm thấy hài cốt của động vật và thực vật (xác định niên đại bằng carbon phóng xạ). Phương pháp này giúp xác định niên đại một cách rất chắc chắn các địa điểm được phát hiện về người tiền sử tồn tại hơn 25.000 năm trước.

buồng Wilson(còn gọi là buồng sương mù) - một trong những dụng cụ đầu tiên trong lịch sử ghi lại dấu vết (vết) của các hạt tích điện.

Được phát minh bởi nhà vật lý người Scotland Charles Wilson trong khoảng thời gian từ 1910 đến 1912. Nguyên lý hoạt động của camera sử dụng hiện tượng ngưng tụ hơi nước siêu bão hòa: khi bất kỳ tâm ngưng tụ nào xuất hiện trong môi trường hơi nước siêu bão hòa (đặc biệt là các ion đi kèm với dấu vết của hạt tích điện nhanh), những giọt chất lỏng nhỏ sẽ hình thành trên đó. Những giọt này đạt kích thước đáng kể và có thể chụp ảnh được. Nguồn của các hạt đang nghiên cứu có thể nằm bên trong buồng hoặc bên ngoài nó (trong trường hợp này, các hạt bay qua một cửa sổ trong suốt đối với chúng).

Năm 1927, nhà vật lý Liên Xô P. L. Kapitsa D. V. Skobeltsyn đề xuất đặt một camera trong một từ trường mạnh có tác dụng uốn cong các đường ray để nghiên cứu các đặc tính định lượng của các hạt (ví dụ: khối lượng và tốc độ).

Buồng mây là một thùng chứa có nắp thủy tinh và một pít-tông ở phía dưới, chứa đầy hơi bão hòa của nước, rượu hoặc ete. Hơi được làm sạch hoàn toàn khỏi bụi để không có trung tâm ngưng tụ cho các phân tử nước trước khi các hạt bay qua. Khi piston được hạ xuống, do sự giãn nở đoạn nhiệt, hơi nguội đi và trở nên quá bão hòa. Một hạt tích điện đi qua buồng để lại một chuỗi ion dọc theo đường đi của nó. Hơi ngưng tụ trên các ion, làm cho dấu vết của hạt có thể nhìn thấy được.

Máy ảnh của Wilson đã phát vai trò to lớn trong việc nghiên cứu cấu trúc của vật chất. Trong nhiều thập kỷ, nó thực tế vẫn là công cụ duy nhất để nghiên cứu trực quan về nghiên cứu bức xạ hạt nhân và tia vũ trụ:

Năm 1930, L.V MysovskysR. A. Eichelberger đã tiến hành các thí nghiệm với rubidium trong buồng mây và ghi lại sự phát xạ của hạt β.

Sau đó, độ phóng xạ tự nhiên của đồng vị 87 Rb được phát hiện.

Năm 1934, L. V. Mysovsky cùng với M. S. Eigenson đã tiến hành các thí nghiệm trong đó bằng cách sử dụng buồng mây, người ta đã chứng minh được sự hiện diện của neutron trong thành phần của tia vũ trụ.

Năm 1927, Wilson nhận được giải Nobel Vật lý cho phát minh của mình. Sau đó, buồng mây nhường chỗ cho buồng tia lửa bong bóng làm phương tiện nghiên cứu bức xạ chính.

Bức xạ, phóng xạ và phát xạ vô tuyến là những khái niệm nghe có vẻ khá nguy hiểm. Trong bài viết này bạn sẽ tìm hiểu tại sao một số chất có tính phóng xạ và điều đó có nghĩa là gì. Tại sao mọi người lại sợ bức xạ và nó nguy hiểm như thế nào? Chúng ta có thể tìm thấy chất phóng xạ ở đâu và điều này đe dọa chúng ta điều gì?

Khái niệm phóng xạ

Khi nói đến tính phóng xạ, ý tôi là “khả năng” các nguyên tử của một số đồng vị nhất định phân tách và do đó tạo ra bức xạ. Thuật ngữ “phóng xạ” không xuất hiện ngay lập tức. Ban đầu, bức xạ như vậy được gọi là tia Becquerel, để vinh danh nhà khoa học đã phát hiện ra nó khi làm việc với đồng vị uranium. Bây giờ chúng ta gọi quá trình này là thuật ngữ “bức xạ phóng xạ”. Trong quá trình khá phức tạp này, nguyên tử ban đầu được biến đổi thành nguyên tử của một nguyên tử hoàn toàn khác. nguyên tố hóa học . Do sự phóng ra của các hạt alpha hoặc beta, số khối

nguyên tử thay đổi và theo đó, điều này sẽ di chuyển nó dọc theo bảng của D.I. Điều đáng chú ý là số khối thay đổi, nhưng bản thân khối lượng vẫn gần như giữ nguyên. Dựa trên thông tin này

, chúng ta có thể diễn đạt lại định nghĩa của khái niệm này một chút. Vì vậy, phóng xạ còn là khả năng hạt nhân nguyên tử không ổn định có thể biến đổi độc lập thành hạt nhân khác ổn định và ổn định hơn.

Chất - chúng là gì?

Khái niệm về một chất hóa học cũng dựa trên những nguyên tắc tương tự. Nếu không thể tách biệt hạt nhân trong vật chất thì nó không thể được phân loại là chất hóa học.

Về chất phóng xạ

Như đã đề cập ở trên, để thể hiện tính phóng xạ, một nguyên tử phải tự phân rã và biến thành nguyên tử của một nguyên tố hóa học hoàn toàn khác. Nếu tất cả các nguyên tử của một chất không đủ ổn định để phân rã theo cách này thì bạn có chất phóng xạ. Hơn ngôn ngữ kỹ thuậtđịnh nghĩa sẽ như thế này: các chất có tính phóng xạ nếu chúng chứa hạt nhân phóng xạ và ở nồng độ cao.

Các chất phóng xạ nằm ở đâu trong bảng của D.I.

Khá đơn giản và cách dễ dàngđể tìm hiểu xem một chất có tính phóng xạ hay không là nhìn vào bảng của D.I. Mọi thứ đứng sau nguyên tố chì đều là nguyên tố phóng xạ, cũng như promethium và technetium. Điều quan trọng là phải nhớ chất nào có tính phóng xạ vì nó có thể cứu sống bạn.

Ngoài ra còn có một số nguyên tố có ít nhất một đồng vị phóng xạ trong hỗn hợp tự nhiên của chúng. Đây là danh sách một phần của chúng, hiển thị một số yếu tố phổ biến nhất:

• Kali.
• Canxi.
• Vanadi.
• Germani.
• Selen.
• Rubidi.
• zirconi.
• Molypden.
• Cadimi.
• Indi.

Chất phóng xạ bao gồm những chất có chứa đồng vị phóng xạ.

Các loại bức xạ phóng xạ

Bức xạ phóng xạ có nhiều loại, hiện đang được thảo luận chúng ta sẽ nói chuyện. Bức xạ alpha và beta đã được đề cập, nhưng đây không phải là toàn bộ danh sách.

Bức xạ Alpha là bức xạ yếu nhất và nguy hiểm nếu các hạt xâm nhập trực tiếp vào cơ thể con người. Bức xạ như vậy được tạo ra bởi các hạt nặng, và đó là lý do tại sao nó dễ dàng bị ngăn chặn ngay cả bởi một tờ giấy. Vì lý do tương tự, tia alpha không truyền đi quá 5 cm.

Bức xạ beta mạnh hơn bức xạ trước. Đây là bức xạ từ các electron, nhẹ hơn nhiều so với hạt alpha nên có thể xuyên qua da người vài cm.

Bức xạ gamma được tạo ra bởi các photon, chúng dễ dàng thâm nhập sâu hơn vào cơ quan nội tạng người.

Bức xạ mạnh nhất về khả năng xuyên thấu là bức xạ neutron. Rất khó để che giấu nó, nhưng về cơ bản nó không tồn tại trong tự nhiên, ngoại trừ có lẽ trong sự gần gũiđến các lò phản ứng hạt nhân.

Tác động của bức xạ tới con người

Các chất độc hại phóng xạ thường có thể gây tử vong cho con người. Ngoài ra, tiếp xúc với bức xạ có tác dụng không thể đảo ngược. Nếu bạn tiếp xúc với bức xạ, bạn sẽ phải chịu số phận. Tùy thuộc vào mức độ thiệt hại, một người sẽ chết trong vòng vài giờ hoặc trong nhiều tháng.

Đồng thời, phải nói rằng con người liên tục bị nhiễm phóng xạ. Cảm ơn Chúa, nó đủ yếu để có cái chết. Ví dụ: xem một trận bóng đá trên tivi, bạn nhận được 1 microrad bức xạ. Lên tới 0,2 rad mỗi năm nói chung là phông bức xạ tự nhiên của hành tinh chúng ta. Món quà thứ 3 - phần bức xạ của bạn khi chụp X-quang nha khoa. Chà, việc tiếp xúc với hơn 100 rads đã tiềm ẩn nguy hiểm rồi.

Các chất phóng xạ có hại, ví dụ và cảnh báo

Chất phóng xạ nguy hiểm nhất là Polonium-210. Do bức xạ xung quanh nó, bạn thậm chí có thể nhìn thấy một loại “hào quang” phát sáng màu xanh. Điều đáng nói là có một định kiến ​​cho rằng tất cả các chất phóng xạ đều phát sáng. Điều này hoàn toàn không đúng, mặc dù có những biến thể như Polonium-210. Hầu hết các chất phóng xạ có vẻ ngoài không đáng ngờ chút nào.

Kim loại có tính phóng xạ mạnh nhất ngay bây giờ Livermorium được xem xét. Đồng vị Livermorium-293 của nó mất 61 mili giây để phân rã. Điều này được phát hiện vào năm 2000. Ununpentium kém hơn nó một chút. Thời gian phân rã của Ununpentia-289 là 87 mili giây.

Cũng sự thật thú vị là cùng một chất có thể vừa vô hại (nếu đồng vị của nó ổn định) vừa có tính phóng xạ (nếu hạt nhân của đồng vị của nó sắp sụp đổ).

Các nhà khoa học nghiên cứu về phóng xạ

Chất phóng xạ trong một thời gian dài không được coi là nguy hiểm và do đó được nghiên cứu tự do. Thật không may, những cái chết đau buồn đã dạy chúng ta rằng chúng ta cần phải cẩn thận với những chất đó và mức độ tăng lên bảo vệ.

Một trong những người đầu tiên, như đã đề cập, là Antoine Becquerel. Đây là một nhà vật lý vĩ đại người Pháp, người được biết đến là người phát hiện ra chất phóng xạ. Vì sự phục vụ của mình, anh ấy đã được vinh danh là thành viên của Hiệp hội Luân Đôn xã hội hoàng gia. Vì những đóng góp cho lĩnh vực này nên ông qua đời khá trẻ, thọ 55 tuổi. Nhưng công việc của ông được nhớ đến cho đến ngày nay. Bản thân đơn vị đo phóng xạ cũng như các miệng hố trên Mặt Trăng và Sao Hỏa đều được đặt tên để vinh danh ông.

Một người vĩ đại không kém là Marie Skłodowska-Curie, người đã nghiên cứu các chất phóng xạ cùng với chồng là Pierre Curie. Maria cũng là người Pháp, mặc dù có gốc gác Ba Lan. Ngoài vật lý, cô còn tham gia giảng dạy và thậm chí còn tích cực hoạt động xã hội. Marie Curie - người phụ nữ đầu tiên đoạt giải giải Nobel trong hai ngành cùng một lúc: vật lý và hóa học. Việc phát hiện ra các nguyên tố phóng xạ như Radium và Polonium là công lao của Marie và Pierre Curie.

Phần kết luận

Như chúng ta thấy, phóng xạ là một quá trình khá phức tạp và không phải lúc nào con người cũng có thể kiểm soát được. Đây là một trong những trường hợp mà con người có thể thấy mình hoàn toàn bất lực trước nguy hiểm. Đây là lý do tại sao điều quan trọng cần nhớ là những thứ thực sự nguy hiểm có thể rất dễ bị đánh lừa khi nhìn bề ngoài.

Bạn thường có thể biết liệu một chất có tính phóng xạ hay không khi nó đã tiếp xúc với nó. Vì vậy, hãy cẩn thận và chú ý. Phản ứng phóng xạ giúp ích cho chúng ta về nhiều mặt, nhưng chúng ta cũng không nên quên rằng đây thực tế là một lực nằm ngoài tầm kiểm soát của chúng ta.

Ngoài ra, cần ghi nhớ sự đóng góp của các nhà khoa học vĩ đại trong việc nghiên cứu về phóng xạ. Họ đã truyền lại cho chúng ta một lượng kiến ​​​​thức hữu ích đáng kinh ngạc hiện đang cứu sống nhiều mạng sống, cung cấp năng lượng cho cả quốc gia và giúp điều trị những căn bệnh khủng khiếp. phóng xạ hóa chất là mối nguy hiểm và phúc lành cho nhân loại.

Bức xạ phóng xạ được sử dụng rộng rãi trong chẩn đoán và điều trị bệnh.

Chẩn đoán hạt nhân phóng xạ hay còn gọi là phương pháp nguyên tử được gắn thẻ được sử dụng để xác định các bệnh về tuyến giáp (sử dụng đồng vị 131 I). Phương pháp này cũng cho phép bạn nghiên cứu sự phân bố của máu và các chất dịch sinh học khác, chẩn đoán các bệnh về tim và một số cơ quan khác.

Liệu pháp gamma là phương pháp điều trị ung thư bằng bức xạ g. Với mục đích này, các thiết bị lắp đặt đặc biệt thường được sử dụng nhất, được gọi là súng coban, trong đó 66 Co được sử dụng làm đồng vị phát ra. Việc sử dụng bức xạ gamma năng lượng cao giúp tiêu diệt các khối u nằm sâu trong khi các cơ quan và mô nằm ở bề mặt ít bị tác động phá hủy hơn.

Liệu pháp radon cũng được sử dụng: nước khoáng chứa các sản phẩm của nó được sử dụng để tác động lên da (tắm radon), cơ quan tiêu hóa (uống) và cơ quan hô hấp (hít vào).

Các hạt alpha được sử dụng kết hợp với dòng neutron để điều trị ung thư. Các nguyên tố được đưa vào khối u, hạt nhân của chúng, dưới tác động của dòng neutron, gây ra phản ứng hạt nhân với sự hình thành bức xạ:

.

Như vậy, các hạt a và hạt nhân giật lại được hình thành ở phần cơ quan cần tiếp xúc.

Trong y học hiện đại, phanh cứng được sử dụng cho mục đích chẩn đoán. bức xạ tia X, thu được ở máy gia tốc và có năng lượng lượng tử cao (lên tới vài chục MeV).

Thiết bị đo liều

Dụng cụ đo liều hoặc liều kế, gọi là thiết bị đo liều bức xạ ion hóa hoặc số lượng liên quan đến liều lượng.

Về mặt cấu trúc, liều kế bao gồm máy dò bức xạ hạt nhân và thiết bị đo. Chúng thường được chia độ theo đơn vị liều hoặc suất liều. Trong một số trường hợp, một cảnh báo được cung cấp khi vượt quá đặt giá trị tỷ lệ liều lượng.

Tùy thuộc vào máy dò được sử dụng, có máy đo ion hóa, phát quang, chất bán dẫn, máy đo quang, v.v.

Liều kế có thể được thiết kế để đo liều của bất kỳ chất nào loại nhất định bức xạ hoặc đăng ký bức xạ hỗn hợp.

Liều kế dùng để đo liều tiếp xúc của tia X và bức xạ g hoặc cường độ của nó được gọi là Máy đo tia X.

Họ thường sử dụng buồng ion hóa làm máy dò. Điện tích chạy trong mạch máy ảnh tỷ lệ thuận với liều phơi sáng và dòng điện tỷ lệ thuận với công suất của nó.

Thành phần của khí trong buồng ion hóa, cũng như vật liệu của thành buồng, được lựa chọn sao cho đạt được các điều kiện giống như sự hấp thụ năng lượng trong các mô sinh học.

Mỗi liều kế riêng lẻ là một buồng hình trụ thu nhỏ được nạp sẵn. Kết quả của quá trình ion hóa, buồng được phóng điện và được ghi lại bằng điện kế tích hợp trong đó. Chỉ định của nó phụ thuộc vào liều tiếp xúc của bức xạ ion hóa.

Có những liều kế có đầu dò là đồng hồ đo khí.

Để đo hoạt độ hoặc nồng độ của các đồng vị phóng xạ, dụng cụ gọi là máy đo phóng xạ.

Tổng quan sơ đồ khối của tất cả các liều kế đều tương tự như trong Hình 5. Vai trò của cảm biến (đầu dò đo) được thực hiện bởi máy dò bức xạ hạt nhân. Dụng cụ con trỏ, máy ghi âm, bộ đếm cơ điện, báo động âm thanh và ánh sáng có thể được sử dụng làm thiết bị đầu ra.

CÂU HỎI KIỂM TRA

1. Phóng xạ được gọi là gì? Kể tên các loại phóng xạ và các loại phân rã phóng xạ.

2. Thế nào gọi là a-phân rã? Có những loại phân rã b nào? Bức xạ g là gì?

3. Viết định luật cơ bản về phân rã phóng xạ. Giải thích tất cả các đại lượng có trong công thức.

4. Hằng số phân rã là gì? nửa đời? Viết công thức liên hệ các đại lượng đó. Giải thích tất cả các đại lượng có trong công thức.

5. Bức xạ ion hóa có tác dụng gì đối với mô sinh học?

7. Đưa ra định nghĩa, công thức về liều hấp thụ, liều phơi nhiễm và liều (sinh học) tương đương của bức xạ phóng xạ, đơn vị đo của chúng. Giải thích các công thức.

8. Yếu tố chất lượng là gì? Yếu tố chất lượng phụ thuộc vào điều gì? Đưa ra giá trị của nó cho các bức xạ khác nhau.

9. Có những phương pháp bảo vệ chống bức xạ ion hóa nào?

phóng xạ- tính không ổn định của hạt nhân của một số nguyên tử, biểu hiện ở khả năng trải qua các biến đổi tự phát (phân rã), kèm theo sự phát ra bức xạ ion hóa - bức xạ.

phân rã phóng xạ - Thay đổi thành phần không ổn định hạt nhân nguyên tử. Hạt nhân tự phân hủy thành các mảnh hạt nhân và hạt cơ bản(sản phẩm phân hủy). Sự phân rã tạo ra bức xạ gamma. Đây là yếu tố có hại, có tác dụng lâu dài, tác động trên một diện tích rất lớn, vùng phân rã phóng xạ.

Đặc điểm vùng nhiễm khuẩn:

Vùng nhiễm trung bình (vùng A) - e Liều tiếp xúc của bức xạ trong thời gian phân rã hoàn toàn (D) dao động từ 40 đến 400 R. Vùng nhiễm trùng nặng (khu B) - e Liều tiếp xúc của bức xạ trong thời gian phân rã hoàn toàn (D) dao động từ 400 đến 1200 R. Vùng ô nhiễm nguy hiểm (khu B) - liều tiếp xúc của bức xạ trong thời gian phân rã hoàn toàn (D) là 1200 R. Vùng ô nhiễm cực kỳ nguy hiểm (khu D) - e Liều bức xạ vị trí trong thời gian phân rã hoàn toàn (D) là 4000 R.

Đơn vị đo độ phóng xạ cơ bản

tia X - ngoài đơn vị hệ thốngđo liều bức xạ (phơi nhiễm). 1 R xấp xỉ bằng 0,0098 Sv. Một roentgen tương ứng với liều tia X hoặc bức xạ gamma mà tại đó 2 roentgen được hình thành trong 1 cm 3 không khí. 10 9 cặp ion. 1 R = 2,58. 10 -4C/kg.

Xám - Hệ thống đơn vị đo liều bức xạ (được hấp thụ). 1 màu xám hấp thụ 1 kg chất để tạo ra 1 jun năng lượng: Gr = J/kg = m2/s2.

Vui mừng - đơn vị đo liều bức xạ không thuộc hệ thống (được hấp thụ). 1 rad là liều lượng mà một chất có khối lượng 1 gam nhận được 100 erg năng lượng. 1 Gy = 100 rad

trần - đơn vị đo liều bức xạ phi hệ thống (tương đương và hiệu quả), tương đương sinh học với tia X. 1 rem là sự chiếu xạ vào cơ thể tạo ra tác dụng tương tự như khi chiếu liều 1 roentgen.

sàng lọc- Hệ thống đơn vị đo liều bức xạ (tương đương và hiệu quả). 1 Siert là năng lượng mà 1 kg mô sinh học nhận được, tương đương với liều lượng bức xạ 1 Gray: Sv = J/kg = m2/s2. 1 Sv = 100 rem. Đơn vị đo cơ bản trong liều kế.

Becquerel - đơn vị hệ thống đo hoạt độ nguồn. Được định nghĩa là hoạt động của một nguồn gây ra một phân rã trong một giây. Biểu thị Bk = s −1

Curie - đơn vị đo lường hoạt động nguồn phi hệ thống. Một curie tương ứng với số lần phân hủy trong 1 gam radium trong một giây. 1 Ki = 3,7. 10 10 Bq.

Ứng dụng nguồn phóng xạ V. nhiều lĩnh vực khác nhau hoạt động của con người.

Thuốc: sử dụng bức xạ để chẩn đoán bệnh (chẩn đoán tia X và đồng vị phóng xạ); việc sử dụng bức xạ để điều trị (đồng vị phóng xạ và xạ trị); khử trùng bằng bức xạ.

Chẩn đoán đồng vị phóng xạ là việc sử dụng các đồng vị phóng xạ và các hợp chất được dán nhãn để nhận biết bệnh. Xạ trị là phương pháp chiếu xạ khối u bằng một luồng tia, đôi khi được sử dụng trong điều trị các khối u lành tính, nó ngăn chặn sự phát triển, sinh sản và lây lan của tế bào ung thư sang mô khỏe mạnh. Vật liệu, chế phẩm dùng trong y tế không chịu được nhiệt hoặc xử lý hóa chất hoặc mất đi dược tính của chúng.

Công nghiệp hóa chất : biến đổi vật liệu dệt để có được đặc tính giống len, sản xuất vải bông có đặc tính kháng khuẩn, biến đổi bức xạ của tinh thể để thu được các sản phẩm tinh thể có nhiều màu sắc khác nhau, lưu hóa bức xạ vật liệu vải cao su, biến đổi bức xạ của ống polyetylen để tăng khả năng chịu nhiệt và chống lại môi trường hung hăng, làm cứng lớp sơn và vecni trên các bề mặt khác nhau.

Công nghiệp chế biến gỗ: Do chiếu xạ, gỗ mềm có khả năng hấp thụ nước thấp đáng kể và độ ổn định cao kích thước hình học và độ cứng cao hơn (sản xuất sàn gỗ khảm).

Dịch vụ đô thị: xử lý bức xạ và khử trùng nước thải.

nông nghiệp: chiếu xạ cây nông nghiệp với liều lượng thấp để kích thích sinh trưởng và phát triển của chúng; việc sử dụng bức xạ ion hóa để gây đột biến bức xạ và chọn lọc thực vật; sử dụng phương pháp khử trùng bằng bức xạ để kiểm soát côn trùng gây hại.

Điện hạt nhân (Năng lượng hạt nhân) là một nhánh năng lượng liên quan đến việc sản xuất năng lượng điện và nhiệt bằng cách chuyển đổi năng lượng hạt nhân. Cơ sở năng lượng hạt nhân là nhà máy điện hạt nhân (NPP). Thông thường, để thu được năng lượng hạt nhân, người ta sử dụng phản ứng dây chuyền hạt nhân phân hạch hạt nhân uranium-235 hoặc plutonium. Năng lượng hạt nhân được sản xuất trong các nhà máy điện hạt nhân, sử dụng trong các tàu phá băng hạt nhân, tàu ngầm hạt nhân; Ngoài ra, các nỗ lực đã được thực hiện để tạo ra động cơ hạt nhân cho máy bay (máy bay hạt nhân) và xe tăng "hạt nhân".