Wyślij swoją dobrą pracę do bazy wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.

Wysłany dnia http://www.allbest.ru/

Państwowa autonomiczna instytucja edukacyjna

wykształcenie średnie zawodowe -

Państwowa Wyższa Szkoła Humanistyczno-Techniczna w Nowokujbyszewsku

Praca pisemna

według dyscypliny:"Chemia"

temat: „Zastosowanie izotopów promieniotwórczych w technologii”

Grażdankina Daria Igoriewna

Studenci I roku grupa 16

specjalność 230115

2013

1. Czym są izotopy i ich produkcja

Bibliografia

wykrywanie wad atomów izotopów promieniotwórczych

1. Czym są izotopy?

Izotopy to odmiany dowolnego pierwiastka chemicznego z układu okresowego D.I. Mendelejew, mający różne masy atomowe. Różne izotopy dowolnego pierwiastka chemicznego mają tę samą liczbę protonów w jądrze i tę samą liczbę elektronów na powłokach atomu, mają tę samą liczbę atomową i zajmują określone miejsca w tablicy DI, charakterystyczne dla danego pierwiastka chemicznego. Mendelejew. Różnicę mas atomowych między izotopami tłumaczy się tym, że jądra ich atomów zawierają różną liczbę neutronów.

Izotopy promieniotwórcze to izotopy dowolnego pierwiastka układu okresowego D.I. Mendelejewa, których atomy mają niestabilne jądra i przechodzą w stan stabilny w wyniku rozpadu radioaktywnego, któremu towarzyszy promieniowanie. W przypadku pierwiastków o liczbie atomowej większej niż 82 wszystkie izotopy są radioaktywne i rozpadają się w wyniku rozpadu alfa lub beta. Są to tak zwane naturalne izotopy promieniotwórcze, zwykle występujące w przyrodzie. Atomy powstałe podczas rozpadu tych pierwiastków, jeśli mają liczbę atomową powyżej 82, z kolei ulegają rozpadowi radioaktywnemu, którego produkty również mogą być radioaktywne. Okazuje się, że jest to łańcuch sekwencyjny, czyli tak zwana rodzina izotopów promieniotwórczych. Istnieją trzy znane naturalne rodziny promieniotwórcze, nazwane od pierwszego elementu szeregu rodzinami uranu, toru i aktynouranu (lub aktynu). Rodzina uranowa obejmuje rad i radon. Ostatni pierwiastek każdego szeregu przekształca się w wyniku rozpadu w jeden ze stabilnych izotopów ołowiu o numerze seryjnym 82. Oprócz tych rodzin znane są pewne naturalne izotopy promieniotwórcze pierwiastków o numerach seryjnych mniejszych niż 82. Są to potas- 40 i kilka innych. Spośród nich ważny jest potas-40, który występuje w każdym żywym organizmie.

Izotopy promieniotwórcze wszystkich pierwiastków chemicznych można otrzymać sztucznie.

Istnieje kilka sposobów ich zdobycia. Izotopy promieniotwórcze pierwiastków takich jak stront, jod, brom i inne, zajmujące środkowe miejsca w układzie okresowym, są produktami rozszczepienia jądra uranu. Z mieszaniny takich produktów otrzymanych w reaktorze jądrowym wyodrębnia się je metodami radiochemicznymi i innymi. Radioaktywne izotopy prawie wszystkich pierwiastków można wytworzyć w akceleratorze cząstek poprzez bombardowanie określonych stabilnych atomów protonami lub deuteronami. Powszechną metodą wytwarzania izotopów promieniotwórczych ze stabilnych izotopów tego samego pierwiastka jest napromienianie ich neutronami w reaktorze jądrowym. Metoda opiera się na tzw. reakcji wychwytu promieniowania. Jeśli substancja zostanie napromieniowana neutronami, te ostatnie, nie mając ładunku, mogą swobodnie zbliżyć się do jądra atomu i niejako „przykleić się” do niego, tworząc nowe jądro tego samego pierwiastka, ale z jednym dodatkowym neutronem. W tym przypadku uwalniana jest pewna ilość energii w postaci promieniowania gamma, dlatego proces ten nazywa się wychwytywaniem promieniowania. Jądra z nadmiarem neutronów są niestabilne, więc powstały izotop jest radioaktywny. Z nielicznymi wyjątkami w ten sposób można otrzymać radioaktywne izotopy dowolnego pierwiastka.

Podczas rozpadu izotopu może powstać izotop, który jest również radioaktywny. Na przykład stront-90 zamienia się w itr-90, bar-140 w lantan-140 itd.

Pierwiastki transuranowe nieznane w przyrodzie o numerze seryjnym większym niż 92 (neptun, pluton, ameryk, kiur itp.), których wszystkie izotopy są radioaktywne, zostały uzyskane sztucznie. Z jednego z nich powstaje kolejna rodzina radioaktywna – rodzina neptunów.

Podczas pracy reaktorów i akceleratorów w materiałach i częściach tych instalacji oraz otaczających je urządzeń powstają izotopy promieniotwórcze. Ta „aktywność indukowana”, która utrzymuje się przez mniej więcej długi czas po zaprzestaniu pracy instalacji, stanowi niepożądane źródło promieniowania. Aktywność indukowana występuje także w organizmie żywym narażonym na działanie neutronów, na przykład podczas wypadku lub wybuchu atomowego.

Aktywność izotopów promieniotwórczych mierzy się w jednostkach curie lub jego pochodnych – millicurie i mikrocurie.

Pod względem właściwości chemicznych i fizykochemicznych izotopy promieniotwórcze praktycznie nie różnią się od pierwiastków naturalnych; ich domieszka do jakiejkolwiek substancji nie zmienia jej zachowania w żywym organizmie.

Tak oznakowanymi atomami można zastąpić stabilne izotopy w różnych związkach chemicznych. Właściwości tych ostatnich nie ulegną zmianie, a wprowadzone do organizmu będą zachowywać się jak zwykłe, nieoznaczone substancje. Jednak dzięki promieniowaniu łatwo jest wykryć ich obecność we krwi, tkankach, komórkach itp. Izotopy promieniotwórcze w tych substancjach służą zatem jako wskaźniki, czyli wskaźniki rozmieszczenia i losów substancji wprowadzonych do organizmu. Dlatego nazywa się je „znacznikami radioaktywnymi”. Zsyntetyzowano różnorodne związki nieorganiczne i organiczne znakowane różnymi izotopami promieniotwórczymi do celów diagnostyki radioizotopów i różnych badań eksperymentalnych.

2. Zastosowanie izotopów promieniotwórczych w technologii

Jednym z najwybitniejszych badań przeprowadzonych z wykorzystaniem „znakowanych atomów” było badanie metabolizmu organizmów. Udowodniono, że w stosunkowo krótkim czasie organizm ulega niemal całkowitej odnowie. Atomy tworzące go są zastępowane nowymi. Tylko żelazo, jak wykazały eksperymenty dotyczące badań izotopów krwi, stanowi wyjątek od tej reguły. Żelazo wchodzi w skład hemoglobiny czerwonych krwinek. Kiedy do żywności wprowadzono radioaktywne atomy żelaza, odkryto, że wolny tlen uwalniany podczas fotosyntezy był pierwotnie częścią wody, a nie dwutlenku węgla. Zakres zastosowań izotopów promieniotwórczych w przemyśle jest szeroki. Jednym z przykładów jest poniższa metoda monitorowania zużycia pierścieni tłokowych w silnikach spalinowych. Napromieniowując pierścień tłokowy neutronami, powodują w nim reakcje jądrowe i czynią go radioaktywnym. Kiedy silnik pracuje, cząstki materiału pierścieni dostają się do oleju smarowego. Badając poziom radioaktywności oleju po pewnym czasie pracy silnika, określa się zużycie pierścieni. Izotopy promieniotwórcze umożliwiają ocenę dyfuzji metali, procesów w wielkich piecach itp.

Do badania wewnętrznej struktury odlewów metalowych w celu wykrycia ich wad wykorzystuje się silne promieniowanie gamma pochodzące z leków radioaktywnych.

Izotopy radioaktywne emitujące promienie gamma można stosować zamiast nieporęcznych jednostek rentgenowskich do produktów transiluminujących, ponieważ właściwości promieni gamma są podobne do właściwości promieni rentgenowskich. Źródło promieniowania gamma umieszcza się po jednej stronie badanego produktu, a kliszę fotograficzną po drugiej. Ta metoda testowania nazywa się wykrywaniem wad gamma. W ten sposób na bieżąco sprawdzane są odlewy żelazne i nieżelazne, wyroby gotowe (wyroby stalowe o grubości do 300 mm) oraz jakość spoin. Za pomocą izotopów promieniotwórczych można łatwo i bezdotykowo zmierzyć grubość taśmy metalowej lub walcowanej blachy i automatycznie utrzymać stałą grubość. Źródło cząstek beta umieszczone jest pod ruchomym pasem wychodzącym spod rolek maszyny. Zmiana grubości taśmy prowadzi zatem do zmiany prądu w liczniku. Prąd ten jest wzmacniany i wysyłany albo do urządzenia pomiarowego, albo do maszyny automatycznej, która natychmiast przybliża do siebie rolki lub odwrotnie, je odsuwa. Urządzenia tego typu znajdują zastosowanie także w przemyśle papierniczym, gumowym i skórzanym. Stworzono radioizotopowe źródła energii elektrycznej. Wykorzystują ciepło wytwarzane w próbce, która pochłania promieniowanie. Za pomocą termoelementów ciepło to przekształca się w prąd elektryczny. Kilkukilogramowe źródło zapewnia moc kilkudziesięciu watów przez 10 lat nieprzerwanej pracy. Źródła takie służą do zasilania automatycznych sygnalizatorów i automatycznych stacji pogodowych pracujących w trudno dostępnych miejscach. W radzieckich łazikach księżycowych wystrzelonych na Księżyc zainstalowano mocniejsze źródła. Niezawodnie pracowały w temperaturach od -140 do +120.

Jednym z najwybitniejszych badań przeprowadzonych z wykorzystaniem „znakowanych atomów” było badanie metabolizmu organizmów. Udowodniono, że w stosunkowo krótkim czasie organizm ulega niemal całkowitej odnowie. Atomy tworzące go są zastępowane nowymi. Tylko żelazo, jak wykazały eksperymenty dotyczące badań izotopów krwi, stanowi wyjątek od tej reguły. Żelazo wchodzi w skład hemoglobiny czerwonych krwinek. Kiedy do żywności wprowadzono radioaktywne atomy żelaza, odkryto, że wolny tlen uwalniany podczas fotosyntezy był pierwotnie częścią wody, a nie dwutlenku węgla. Izotopy promieniotwórcze wykorzystywane są w medycynie zarówno do celów diagnostycznych, jak i terapeutycznych. Radioaktywny sód, wstrzykiwany w małych ilościach do krwi, służy do badania krążenia krwi, jod intensywnie odkłada się w tarczycy, szczególnie w chorobie Gravesa-Basedowa. Obserwując osadzanie się radioaktywnego jodu za pomocą miernika, można szybko postawić diagnozę. Duże dawki jodu radioaktywnego powodują częściowe zniszczenie nieprawidłowo rozwijających się tkanek, dlatego też jod radioaktywny stosuje się w leczeniu choroby Gravesa-Basedowa. Intensywne promieniowanie gamma kobaltu stosowane jest w leczeniu nowotworów (pistolet kobaltowy).

Wykaz używanej literatury

1. Gaisinsky M.N., Chemia jądrowa i jej zastosowania, przeł. z francuskiego, M., 1961

2. Eksperymentalna Fizyka Jądrowa, wyd. E. Segre, tłum. z języka angielskiego, t. 3, M., 1961; Narzędzia internetowe

Opublikowano na Allbest.ru

Podobne dokumenty

Istota zjawiska promieniotwórczości, historia jego odkrycia i badań, współczesna wiedza, jego znaczenie i zastosowanie w różnych dziedzinach. Rodzaje promieniowania radioaktywnego, ich charakterystyka i cechy charakterystyczne. Kolejność i etapy rozpadu alfa, beta, gamma.

praca na kursie, dodano 05.10.2009


Naturalna radioaktywność jest spowodowana naturalnie występującymi izotopami promieniotwórczymi obecnymi we wszystkich warstwach ziemi. Przodkami izotopów promieniotwórczych należących do rodzin promieniotwórczych są rad i tor.

praca na kursie, dodano 25.11.2008


Prawo rozpadu promieniotwórczego. Oznaczanie jonów pierwiastków chemicznych. Metody miareczkowania radiometrycznego, rozcieńczania izotopów, analizy aktywacyjnej, oznaczania zawartości pierwiastków chemicznych poprzez promieniowanie ich naturalnych izotopów promieniotwórczych.

prezentacja, dodano 07.05.2016


Oznaczanie względnej zawartości izotopów plutonu poprzez analizę widm, ilościowego stosunku zawartości izotopów wzdłuż wyznaczonych linii. Ocena znalezienia zapadów i przekrojów liniowych widma. Obliczanie błędu treści.

praca na kursie, dodano 23.08.2016


Naturalne i sztuczne serie promieniotwórcze. Rodzaje rozpadu promieniotwórczego. Główne serie radioaktywne obserwowane w przyrodzie. Charakterystyka szeregu toru, neptunu, radu, aktynu. Transformacje radioaktywne jąder. Kolejne łańcuchy nuklidów.

prezentacja, dodano 30.05.2015


Charakterystyka właściwości chemicznych i fizycznych wodoru. Różnice w masie atomowej pomiędzy izotopami wodoru. Konfiguracja pojedynczej warstwy elektronowej obojętnego, niewzbudnego atomu wodoru. Historia odkrycia, występowanie w przyrodzie, metody produkcji.

prezentacja, dodano 14.01.2011


Charakterystyka właściwości chemicznych aktynowców. Ilościowe oznaczanie pierwiastków transplutonowych. Rozdzielanie przez wytrącanie odczynnikami nieorganicznymi i organicznymi. Metody izolacji i separacji pierwiastków transplutonowych. Otrzymywanie metalicznego uranu.

streszczenie, dodano 10.03.2010


Ogólne zasady klasyfikacji złożonych i prostych substancji nieorganicznych. Rozmiary atomów i ich związek z pozycją w układzie okresowym pierwiastków. Pojęcie dysocjacji elektrycznej i roztworów elektrolitów. Wiązania wodorowe i czujniki membranowe.

test, dodano 01.02.2011


Jonizacyjne i scyntylacyjne metody promieniowania radioaktywnego. Oznaczanie jonów pierwiastków chemicznych w roztworach za pomocą odczynników promieniotwórczych. Optymalny czas rejestracji promieniowania. Metoda miareczkowania radiometrycznego i analizy aktywacyjnej.

praca na kursie, dodano 07.05.2016


Właściwości fizykochemiczne kwasu octowego. Charakterystyka procesu utleniania aldehydów. Sposób wytwarzania aldehydu octowego i etanalu. Zasady obliczania ilości produktów ubocznych powstających podczas produkcji kwasu octowego. Istota metody Kolbego.

Miejska placówka oświatowa „Pobiedinska szkoła średnia” rejon Szegarski, obwód tomski

PAŃSTWOWA (OSTATECZNA) CERTYFIKACJA ABSOLWENTÓW KLASY IX

STRESZCZENIE Z FIZYKI

ZJAWIsko RADIOAKTYWNOŚCI. JEGO ZNACZENIE W NAUCE, TECHNOLOGII, MEDYCYNIE

Zakończony: Dadaev Aslan, uczeń 9. klasy

Kierownik: Gagarina Lyubov Alekseevna, nauczyciel fizyki

Pobieda 2010

1. Wprowadzenie……………………………………………………………...strona 1

2. Zjawisko promieniotwórczości………..………………………..............str. 2

2.1.Odkrycie promieniotwórczości………………………………………………….strona 2

2.2. Źródła promieniowania………………………………………………….. strona 6

3. Produkcja i wykorzystanie izotopów promieniotwórczych……………..str. 8

3.1.Zastosowanie izotopów w medycynie………………….......s. 8

3.2. Izotopy promieniotwórcze w rolnictwie…………… strona 10

3.3.Chronometria promieniowania…………………………………str.11

3.4. Zastosowanie izotopów promieniotwórczych w przemyśle... s. 12

3.5. Zastosowanie izotopów w nauce……………………………...strona 12

4. Zakończenie………………………………………………………...strona 13

5. Literatura………………………………………………………..strona 14

WSTĘP

Idea atomów jako niezmiennych drobnych cząstek materii została zniszczona przez odkrycie elektronu, a także zjawisko naturalnego rozpadu promieniotwórczego odkryte przez francuskiego fizyka A. Becquerela. Znaczący wkład w badanie tego zjawiska wnieśli wybitni francuscy fizycy Maria Skłodowska-Curie i Pierre Curie.

Naturalna radioaktywność istnieje od miliardów lat i jest dosłownie wszędzie. Promieniowanie jonizujące istniało na Ziemi na długo przed powstaniem na niej życia i było obecne w przestrzeni kosmicznej przed pojawieniem się samej Ziemi. Materiały radioaktywne są częścią Ziemi od jej narodzin. Każda osoba jest lekko radioaktywna: w tkankach ludzkiego ciała jednym z głównych źródeł naturalnego promieniowania jest potas - 40 i rubid - 87 i nie ma sposobu, aby się ich pozbyć.

Przeprowadzając reakcje jądrowe poprzez bombardowanie jąder atomów glinu cząsteczkami a, słynnym francuskim fizykom Fredericowi i Irene Curie-Joliot udało się w 1934 roku sztucznie wytworzyć jądra radioaktywne. Sztuczna radioaktywność zasadniczo nie różni się od naturalnej radioaktywności i podlega tym samym prawom.

Obecnie sztuczne izotopy promieniotwórcze są produkowane na różne sposoby. Najbardziej powszechnym jest napromienianie celu (przyszłego leku radioaktywnego) w reaktorze jądrowym. Możliwe jest napromienianie celu naładowanymi cząstkami w specjalnych instalacjach, w których cząstki są przyspieszane do dużych energii.

Cel: dowiedz się, w jakich obszarach życia wykorzystuje się zjawisko promieniotwórczości.

Zadania:

· Przestudiuj historię odkrycia promieniotwórczości.

· Dowiedz się, co dzieje się z substancją podczas promieniowania radioaktywnego.

· Dowiedz się, jak uzyskać izotopy promieniotwórcze i gdzie będą one wykorzystywane.

· Rozwijanie umiejętności pracy z literaturą dodatkową.

· Wykonać komputerową prezentację materiału.

GŁÓWNYM ELEMENTEM

2.Zjawisko promieniotwórczości

2.1.Odkrycie promieniotwórczości

Fabuła radioaktywność Zaczęło się od prac francuskiego fizyka Henriego Becquerela nad luminescencją i promieniami rentgenowskimi w 1896 roku.

Odkrycie radioaktywności, najbardziej uderzającego dowodu złożonej struktury atomu .

Komentując odkrycie Roentgena, naukowcy wysuwają hipotezę, że promieniowanie rentgenowskie jest emitowane podczas fosforescencji, niezależnie od obecności promieni katodowych. A. Becquerel postanowił sprawdzić tę hipotezę. Owijając kliszę fotograficzną w czarny papier, położył na niej metalową płytę o dziwnym kształcie, pokrytą warstwą soli uranowej. Po wystawieniu go na działanie światła słonecznego przez cztery godziny Becquerel wywołał kliszę fotograficzną i zobaczył na niej dokładną sylwetkę metalowej figury. Powtórzył eksperymenty z dużymi odmianami, uzyskując odciski monety i klucza. Wszystkie eksperymenty potwierdziły testowaną hipotezę, o czym Becquerel poinformował 24 lutego na posiedzeniu Akademii Nauk. Jednak Becquerel nie przestaje eksperymentować, przygotowując coraz więcej nowych opcji.

Henri Becquerel Welhelm Conrad Roentgen

26 lutego 1896 roku w Paryżu pogoda się pogorszyła i przygotowane klisze fotograficzne z kawałkami soli uranowej trzeba było przechowywać w ciemnej szufladzie biurka aż do wschodu słońca. Pojawił się nad Paryżem 1 marca i eksperymenty można było kontynuować. Biorąc zapisy, Becquerel postanowił je rozwinąć. Po wywołaniu płytek naukowiec zobaczył na nich sylwetki próbek uranu. Nie rozumiejąc niczego, Becquerel postanowił powtórzyć losowy eksperyment.

Umieścił dwie płytki w światłoszczelnym pudełku, posypał je solą uranową, umieszczając najpierw na jednym szkle, a na drugim aluminiowym. Wszystko to przebywało w ciemnym pokoju przez pięć godzin, po czym Becquerel wywołał klisze fotograficzne. I cóż, sylwetki próbek znów są wyraźnie widoczne. Oznacza to, że niektóre promienie powstają w solach uranu. Wyglądają jak promienie rentgenowskie, ale skąd pochodzą? Jedno jest pewne: nie ma związku między promieniowaniem rentgenowskim a fosforescencją.

Poinformował o tym na posiedzeniu Akademii Nauk w dniu 2 marca 1896 r., całkowicie dezorientując wszystkich jej członków.

Becquerel ustalił również, że natężenie promieniowania tej samej próbki nie zmienia się w czasie i że nowe promieniowanie jest w stanie wyładować ciała naelektryzowane.

Większość członków Akademii Paryskiej po kolejnym raporcie Becquerela na posiedzeniu 26 marca uznała, że ​​miał on rację.

Zjawisko odkryte przez Becquerela nazwano radioaktywność, za namową Marii Skłodowskiej-Curie.

Maria Skłodowska – Curie

Radioaktywność - zdolność atomów niektórych pierwiastków chemicznych do spontanicznej emisji.

W 1897 roku Maria, realizując rozprawę doktorską, wybierając temat badań - odkrycie Becquerela (Pierre Curie poradził żonie, aby wybrała ten temat), postanowiła znaleźć odpowiedź na pytanie: jakie jest prawdziwe źródło uranu promieniowanie? W tym celu postanawia zbadać dużą liczbę próbek minerałów i soli i dowiedzieć się, czy tylko uran ma właściwość promieniowania. Pracując z próbkami toru, odkrywa, że ​​podobnie jak uran wytwarza on te same promienie i mniej więcej taką samą intensywność. Oznacza to, że zjawisko to okazuje się być właściwością nie tylko uranu i należy mu nadać specjalną nazwę. Uran i tor nazywano pierwiastkami radioaktywnymi. Kontynuowano prace nad nowymi minerałami.

Pierre jako fizyk czuje wagę swojej pracy i chwilowo porzucając badanie kryształów, zaczyna współpracować z żoną. W wyniku tej wspólnej pracy odkryto nowe pierwiastki promieniotwórcze: polon, rad itp.

W listopadzie 1903 roku Towarzystwo Królewskie przyznało Pierre'owi i Marii Curie jedną z najwyższych nagród naukowych w Anglii, Medalem Davy'ego.

13 listopada państwo Curie i Becquerel otrzymali telegram ze Sztokholmu z informacją, że cała trójka otrzymała Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za wybitne odkrycia w dziedzinie radioaktywności.

Pracę zapoczątkowaną przez państwo Curie kontynuowali ich uczniowie, wśród których była córka Irena i zięć Frédéric Joliot, którzy za odkrycie w 1935 roku zostali laureatami Nagrody Nobla sztuczna radioaktywność .

Irena i Fryderyk Curie – Joliot

Fizycy angielscy E. Rutherforda I F. Soddy'ego Udowodniono, że we wszystkich procesach promieniotwórczych zachodzą wzajemne przemiany jąder atomowych pierwiastków chemicznych. Badanie właściwości promieniowania towarzyszącego tym procesom w polu magnetycznym i elektrycznym wykazało, że dzieli się ono na cząstki a, cząstki b oraz promienie g (promieniowanie elektromagnetyczne o bardzo krótkiej długości fali).

E. Rutherforda F. Soddy'ego

Jakiś czas później, w wyniku badania różnych cech fizycznych i właściwości tych cząstek (ładunek elektryczny, masa itp.), udało się ustalić, że cząstka b jest elektronem, a cząstka a jest w pełni zjonizowanym atomem pierwiastek chemiczny hel (tj. atom helu, który utracił oba elektrony).

Poza tym okazało się, że radioaktywność to zdolność niektórych jąder atomowych do spontanicznej przemiany w inne jądra wraz z emisją cząstek.

Na przykład znaleziono kilka odmian atomów uranu: o masach jądrowych w przybliżeniu równych 234 amu, 235 amu, 238 amu. i 239 amu Co więcej, wszystkie te atomy miały te same właściwości chemiczne. W ten sam sposób weszły w reakcje chemiczne, tworząc te same związki.

Niektóre reakcje jądrowe wytwarzają wysoce przenikliwe promieniowanie. Promienie te przenikają przez warstwę ołowiu o grubości kilku metrów. Promieniowanie to jest strumieniem neutralnie naładowanych cząstek. Cząsteczki te nazywane są neutrony.

Niektóre reakcje jądrowe wytwarzają wysoce przenikliwe promieniowanie. Promienie te występują w różnych typach i mają różną siłę przenikania. Na przykład, strumień neutronów przenika przez kilkumetrową warstwę ołowiu.

2.2. Źródła promieniowania

Promieniowanie jest bardzo liczne i zróżnicowane, ale możemy je rozróżnić siedem jego głównych źródeł.

Pierwsze źródło jest nasza Ziemia. Promieniowanie to tłumaczy się obecnością pierwiastków promieniotwórczych na Ziemi, których stężenie jest bardzo zróżnicowane w różnych miejscach.

Drugie źródło promieniowanie - przestrzeń, z której strumień wysokoenergetycznych cząstek nieustannie spada na Ziemię. Źródłami promieniowania kosmicznego są eksplozje gwiazd w Galaktyce i rozbłyski słoneczne.

Trzecie źródło Promieniowanie to radioaktywne materiały naturalne wykorzystywane przez człowieka do budowy obiektów mieszkalnych i przemysłowych. Średnio moc dawki wewnątrz budynków jest o 18% - 50% większa niż na zewnątrz. Człowiek spędza trzy czwarte swojego życia w pomieszczeniach zamkniętych. Osoba stale przebywająca w pomieszczeniu zbudowanym z granitu może otrzymać - 400 mrem/rok, z cegły czerwonej - 189 mrem/rok, z betonu - 100 mrem/rok, z drewna - 30 mrem/rok.

CzwartyŹródło radioaktywności jest mało znane ludności, ale nie mniej niebezpieczne. Są to materiały radioaktywne, których człowiek używa na co dzień.

Tusze do drukowania czeków bankowych zawierają węgiel radioaktywny, który zapewnia łatwą identyfikację sfałszowanych dokumentów.

Uran służy do produkcji farb lub emalii na ceramice i biżuterii.

Do produkcji szkła wykorzystuje się uran i tor.

Zęby wykonane ze sztucznej porcelany są wzmocnione uranem i cerem. Jednocześnie promieniowanie na błony śluzowe przylegające do zębów może sięgać 66 rem/rok, natomiast roczna dawka dla całego organizmu nie powinna przekraczać 0,5 rem (tj. 33 razy więcej)

Ekran telewizora emituje 2-3 mrem/rok na osobę.

Piątyźródło – przedsiębiorstwa zajmujące się transportem i przetwarzaniem materiałów promieniotwórczych.

SzóstyŹródłem promieniowania są elektrownie jądrowe. W elektrowniach jądrowych m.in.

Oprócz odpadów stałych występują także odpady ciekłe (zanieczyszczona woda z obiegów chłodzenia reaktorów) i odpady gazowe zawarte w dwutlenku węgla używanym do chłodzenia.

SiódmyŹródłem promieniowania radioaktywnego są instalacje medyczne. Pomimo powszechności ich stosowania w codziennej praktyce, niebezpieczeństwo promieniowania z nich jest znacznie większe niż ze wszystkich omówionych powyżej źródeł i czasami sięga kilkudziesięciu remów. Jedną z powszechnych metod diagnostycznych jest aparat rentgenowski. Tak więc przy radiografii zębów - 3 rem, przy fluoroskopii żołądka - to samo, przy fluorografii - 370 mrem.

Co dzieje się z materią podczas promieniowania radioaktywnego?

Po pierwsze, niesamowitą konsystencję, z jaką pierwiastki radioaktywne emitują promieniowanie. W ciągu dni, miesięcy, lat natężenie promieniowania nie zmienia się zauważalnie. Nie ma na niego wpływu ogrzewanie ani podwyższone ciśnienie, reakcje chemiczne, w które wszedł pierwiastek promieniotwórczy, również nie miały wpływu na intensywność promieniowania.

Po drugie radioaktywności towarzyszy uwalnianie energii, która jest uwalniana w sposób ciągły przez wiele lat. Skąd pochodzi ta energia? Kiedy substancja staje się radioaktywna, zachodzą w niej głębokie zmiany. Założono, że przemianom ulegają same atomy.

Obecność tych samych właściwości chemicznych oznacza, że ​​wszystkie te atomy mają taką samą liczbę elektronów w powłoce elektronowej, a co za tym idzie, takie same ładunki jądrowe.

Jeżeli ładunki jąder atomowych są takie same, to atomy te należą do tego samego pierwiastka chemicznego (pomimo różnic w masach) i mają tę samą liczbę atomową w tablicy D.I. Mendelejew. Nazywa się odmiany tego samego pierwiastka chemicznego, które różnią się masą jąder atomowych izotopy .

3. Produkcja i zastosowanie izotopów promieniotwórczych

Izotopy promieniotwórcze występujące w przyrodzie nazywane są naturalny. Jednak wiele pierwiastków chemicznych występuje w przyrodzie tylko w stanie stabilnym (tj. Radioaktywnym).

W 1934 roku francuscy naukowcy Irène i Frédéric Joliot-Curie odkryli, że izotopy promieniotwórcze mogą powstawać sztucznie w wyniku reakcji jądrowych. Izotopy te nazwano sztuczny .

Do produkcji sztucznych izotopów promieniotwórczych zwykle wykorzystuje się reaktory jądrowe i akceleratory cząstek. Istnieje branża specjalizująca się w produkcji takich elementów.

Następnie otrzymano sztuczne izotopy wszystkich pierwiastków chemicznych. W sumie znanych jest obecnie około 2000 izotopów promieniotwórczych, z czego 300 ma charakter naturalny.

Obecnie izotopy promieniotwórcze są szeroko stosowane w różnych dziedzinach działalności naukowej i praktycznej: technologii, medycynie, rolnictwie, komunikacji, wojsku i niektórych innych. W tym wypadku tzw metoda znakowanego atomu.

3.1.Zastosowanie izotopów w medycynie

Zastosowanie izotopów, jednym z najwybitniejszych badań prowadzonych z wykorzystaniem „znakowanych atomów”, było badanie metabolizmu organizmów.

Za pomocą izotopów ujawniono mechanizmy rozwoju (patogenezę) wielu chorób; Wykorzystuje się je również do badania metabolizmu i diagnozowania wielu chorób.

Izotopy wprowadzane są do organizmu człowieka w niezwykle małych ilościach (bezpiecznych dla zdrowia) i nie są w stanie wywołać żadnych zmian patologicznych. Są one nierównomiernie rozprowadzane po całym organizmie poprzez krew. Promieniowanie powstające podczas rozpadu izotopu rejestrowane jest przez przyrządy (specjalne liczniki cząstek, fotografię) umieszczone w pobliżu ciała człowieka. W rezultacie można uzyskać obraz dowolnego narządu wewnętrznego. Na podstawie tego obrazu można ocenić wielkość i kształt tego narządu, zwiększone lub zmniejszone stężenie izotopu

jego różne części. Można także ocenić stan funkcjonalny (tj. pracę) narządów wewnętrznych na podstawie szybkości akumulacji i eliminacji radioizotopu.

Zatem stan krążenia serca, prędkość przepływu krwi i obraz jam serca określa się za pomocą związków obejmujących izotopy sodu, jodu i technetu; izotopy technetu i ksenonu wykorzystuje się do badania wentylacji płuc i chorób rdzenia kręgowego; makroagregaty albuminy surowicy ludzkiej z izotopem jodu stosowane są w diagnostyce różnych procesów zapalnych w płucach, ich nowotworach oraz różnych chorobach tarczycy.

Zastosowanie izotopów w medycynie

Badanie koncentracji i funkcji wydalniczych wątroby odbywa się za pomocą farby z różem bengalskim z izotopem jodu i złota. Obrazy jelit i żołądka uzyskuje się za pomocą izotopu technetu, śledziony za pomocą czerwonych krwinek z izotopem technetu lub chromu; Choroby trzustki diagnozuje się za pomocą izotopu selenu. Wszystkie te dane pozwalają na postawienie prawidłowej diagnozy choroby.

Metodą „znakowanych atomów” bada się także różne nieprawidłowości w funkcjonowaniu układu krążenia i wykrywa nowotwory (ponieważ to w nich gromadzą się niektóre radioizotopy). Dzięki tej metodzie odkryto, że w stosunkowo krótkim czasie organizm ludzki ulega niemal całkowitej odnowie. Jedynym wyjątkiem jest żelazo, które jest częścią krwi: zaczyna być wchłaniane przez organizm z pożywienia dopiero wtedy, gdy jego zapasy się wyczerpią.

Przy wyborze izotopu ważną kwestią jest czułość metody analizy izotopów, a także rodzaj rozpadu promieniotwórczego i energia promieniowania.

W medycynie izotopy promieniotwórcze wykorzystuje się nie tylko do diagnostyki, ale także do leczenia niektórych chorób, takich jak nowotwory, choroba Gravesa-Basedowa itp.

Ze względu na stosowanie bardzo małych dawek radioizotopów, narażenie organizmu na promieniowanie w trakcie diagnostyki i leczenia radiologicznego nie stwarza zagrożenia dla pacjentów.

3.2. Izotopy promieniotwórcze w rolnictwie

Coraz częściej stosuje się izotopy promieniotwórcze rolnictwo. Napromienianie nasion roślin (bawełny, kapusty, rzodkiewki itp.) małymi dawkami promieni gamma z leków radioaktywnych prowadzi do zauważalnego wzrostu plonów. Duże dawki promieniowania powodują mutacje w roślinach i mikroorganizmach, co w niektórych przypadkach prowadzi do pojawienia się mutantów o nowych cennych właściwościach ( wybór radia). W ten sposób wyhodowano cenne odmiany pszenicy, fasoli i innych roślin uprawnych, a także uzyskano wysoce produktywne mikroorganizmy wykorzystywane do produkcji antybiotyków.

Promieniowanie gamma izotopów promieniotwórczych jest również wykorzystywane do zwalczania szkodliwych owadów i konserwacji żywności. „Oznakowane atomy” są szeroko stosowane w technologii rolniczej. Na przykład, aby dowiedzieć się, który nawóz fosforowy jest lepiej wchłaniany przez roślinę, różne nawozy są oznaczane radioaktywnym fosforem. Badając rośliny pod kątem radioaktywności, można określić ilość fosforu, jaki pobrały z różnych rodzajów nawozów.

Metoda węgla radioaktywnego znalazła ciekawe zastosowanie do określania wieku starożytnych obiektów pochodzenia organicznego (drewno, węgiel drzewny, tkaniny itp.). Rośliny zawsze zawierają beta radioaktywny izotop węgla z okresem półtrwania T = 5700 lat. Powstaje w atmosferze ziemskiej w niewielkich ilościach z azotu pod wpływem neutronów. Te ostatnie powstają w wyniku reakcji jądrowych wywołanych szybkimi cząstkami dostającymi się do atmosfery z kosmosu (promieniami kosmicznymi). Łącząc się z tlenem, węgiel ten tworzy dwutlenek węgla, który jest wchłaniany przez rośliny, a za ich pośrednictwem przez zwierzęta.

Izotopy są szeroko stosowane do określania właściwości fizycznych gleby

i rezerw zawartych w nim składników pokarmowych roślin, badanie interakcji gleby i nawozów, procesów wchłaniania składników pokarmowych przez rośliny oraz przedostawania się pokarmu mineralnego do roślin przez liście. Izotopy służą do identyfikacji wpływu pestycydów na organizm roślinny, co pozwala określić stężenie i czas ich stosowania w uprawach. Metodą izotopową bada się najważniejsze właściwości biologiczne roślin uprawnych (przy ocenie i selekcji materiału hodowlanego), plon, wczesne dojrzewanie i odporność na zimno.

W hodowla bydła badają procesy fizjologiczne zachodzące w organizmie zwierząt, analizują paszę pod kątem zawartości substancji toksycznych (których niewielkie dawki są trudne do określenia metodami chemicznymi) i mikroelementów. Przy pomocy izotopów opracowywane są techniki automatyzacji procesów produkcyjnych, na przykład oddzielania roślin okopowych od kamieni i brył gleby podczas zbioru kombajnem na glebach skalistych i ciężkich.

3.3.Chronometria promieniowania

Niektóre izotopy promieniotwórcze można z powodzeniem wykorzystać do określenia wieku różnych skamieniałości ( chronometria radiacyjna). Najpopularniejsza i najskuteczniejsza metoda chronometrii radiacyjnej opiera się na pomiarze radioaktywności substancji organicznych, którą wywołuje radioaktywny węgiel (14C).

Badania wykazały, że na każdy gram węgla w dowolnym organizmie następuje 16 radioaktywnych rozpadów beta na minutę (dokładniej 15,3 ± 0,1). Po 5730 latach na każdy gram węgla rozpadnie się tylko 8 atomów na minutę, po 11 460 latach - 4 atomy.

Jeden gram węgla z młodych próbek leśnych emituje około piętnastu cząstek beta na sekundę. Po śmierci organizmu jego uzupełnianie węglem radioaktywnym ustaje. Dostępna ilość tego izotopu zmniejsza się w wyniku radioaktywności. Określając procentową zawartość węgla radioaktywnego w szczątkach organicznych, można określić ich wiek, jeśli mieści się on w przedziale od 1000 do 50 000, a nawet do 100 000 lat.

Liczbę rozpadów promieniotwórczych, czyli radioaktywność badanych próbek, mierzy się za pomocą detektorów promieniowania radioaktywnego.

Zatem mierząc liczbę rozpadów promieniotwórczych na minutę w określonej ilości wagowej materiału badanej próbki i przeliczając tę ​​liczbę na gram węgla, możemy określić wiek obiektu, z którego pobrano próbkę. Metodą tą określa się wiek mumii egipskich, pozostałości prahistorycznych pożarów itp.

3.4. Zastosowanie substancji radioaktywnych izotopy w przemyśle

Jednym z przykładów jest poniższa metoda monitorowania zużycia pierścieni tłokowych w silnikach spalinowych. Napromieniowując pierścień tłokowy neutronami, powodują w nim reakcje jądrowe i czynią go radioaktywnym. Kiedy silnik pracuje, cząstki materiału pierścieni dostają się do oleju smarowego. Badając poziom radioaktywności oleju po pewnym czasie pracy silnika, określa się zużycie pierścieni. Izotopy promieniotwórcze pozwalają ocenić dyfuzję metali, procesy w wielkich piecach itp. Silne promieniowanie gamma z preparatów radioaktywnych wykorzystuje się do badania wewnętrznej struktury odlewów metalowych w celu wykrycia ich wad.

Izotopy wykorzystywane są także w sprzęcie fizyki jądrowej do produkcji liczników neutronów, co pozwala na ponad 5-krotne zwiększenie wydajności zliczania, oraz w energetyce jądrowej jako moderatory i absorbery neutronów.

3.5. Zastosowanie izotopów w nauce

Zastosowanie izotopów w biologia doprowadziło do rewizji wcześniejszych poglądów na temat natury fotosyntezy, a także mechanizmów zapewniających asymilację przez rośliny substancji nieorganicznych węglanów, azotanów, fosforanów itp. Za pomocą izotopów przemieszczanie się populacji w biosferze i osobników w danej populacji, migrację drobnoustrojów, a także poszczególnych związków w organizmie. Wprowadzając etykietę do organizmów wraz z pożywieniem lub drogą iniekcji, możliwe było zbadanie prędkości i tras migracji wielu owadów (komary, muchy, szarańcza), ptaków, gryzoni i innych małych zwierząt oraz uzyskanie danych o wielkości ich populacji.

W pobliżu fizjologia i biochemia roślin Za pomocą izotopów rozwiązano szereg problemów teoretycznych i aplikacyjnych: wyjaśniono drogi wnikania minerałów, cieczy i gazów do roślin, a także rolę różnych pierwiastków chemicznych, w tym mikroelementów, w życiu roślin. Wykazano w szczególności, że węgiel przedostaje się do roślin nie tylko przez liście, ale także przez system korzeniowy; drogi i prędkości przemieszczania się szeregu substancji z systemu korzeniowego do łodygi i liści oraz z tych narządów do korzenie zostały założone.

W pobliżu fizjologia i biochemia zwierząt i człowieka badano szybkość wnikania różnych substancji do ich tkanek (m.in. szybkość wbudowywania żelaza do hemoglobiny, fosforu do tkanki nerwowej i mięśniowej, wapnia do kości). Stosowanie „etykietowanej” żywności doprowadziło do nowego zrozumienia szybkości wchłaniania i dystrybucji składników odżywczych, ich „losu” w organizmie oraz pomogło monitorować wpływ czynników wewnętrznych i zewnętrznych (głód, uduszenie, przepracowanie itp.) na metabolizm.

WNIOSEK

Wybitni francuscy fizycy Maria Skłodowska-Curie i Pierre Curie, ich córka Irena i zięć Frédéric Joliot oraz wielu innych naukowców nie tylko wnieśli wielki wkład w rozwój fizyki jądrowej, ale byli zagorzałymi bojownikami o pokój. Przeprowadzili znaczące prace nad pokojowym wykorzystaniem energii atomowej.

W Związku Radzieckim prace nad energią atomową rozpoczęły się w 1943 roku pod przewodnictwem wybitnego radzieckiego naukowca I.V. Kurczatowa. W trudnych warunkach bezprecedensowej wojny radzieccy naukowcy rozwiązali najbardziej złożone problemy naukowe i techniczne związane z opanowaniem energii atomowej. 25 grudnia 1946 r. pod przywództwem I.V. Kurczatowa po raz pierwszy na kontynencie Europy i Azji przeprowadzono reakcję łańcuchową. Zaczęło się w Związku Radzieckim era spokojnego atomu.

W trakcie swojej pracy dowiedziałem się, że otrzymane sztucznie izotopy promieniotwórcze znalazły szerokie zastosowanie w nauce, technologii, rolnictwie, przemyśle, medycynie, archeologii i innych dziedzinach. Wynika to z następujących właściwości izotopów promieniotwórczych:

· substancja radioaktywna emituje w sposób ciągły określony rodzaj cząstek, a intensywność nie zmienia się w czasie;

· promieniowanie ma pewną zdolność przenikania;

· radioaktywności towarzyszy uwalnianie energii;

· pod wpływem promieniowania mogą nastąpić zmiany w napromienianej substancji;

· promieniowanie można wykryć na różne sposoby: za pomocą specjalnych liczników cząstek, fotografii itp.

LITERATURA

1. FM Diagilew „Z historii fizyki i życia jej twórców” - M.: Edukacja, 1986.

2. AS Enokhin, O.F. Kabardin i in. „Antologia fizyki” - M.: Edukacja, 1982.

3. P.S. Kudryavtsev. „Historia fizyki” - M.: Edukacja, 1971.

4. G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev „Fizyka 11. klasa”. - M.: Edukacja, 2004.

5. AV Peryszkin, E.V. Gutnik „Fizyka 9. klasa”. - M.: Drop, 2005.

6. Zasoby Internetu.

Recenzja

za pracę egzaminacyjną z fizyki „Zjawisko promieniotwórczości. Jego znaczenie w nauce, technologii, medycynie.”

Autor widzi trafność obranego tematu w możliwościach wykorzystania energii jądrowej do celów pokojowych. Izotopy promieniotwórcze otrzymane sztucznie znalazły szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach działalności naukowej i praktycznej: nauce, technologii, rolnictwie, przemyśle, medycynie, archeologii itp.

Jednakże sekcja „Wprowadzenie” nie wskazuje na istotność i zainteresowanie autora wybranym tematem abstraktu.

Odkrycie promieniotwórczości zostało wyjaśnione w przystępny i logiczny sposób; badania prowadzone z wykorzystaniem „znakowanych atomów”.

Nie we wszystkich przypadkach format streszczenia spełnia wymagania:

· Strony nie są numerowane;

· Każda sekcja nie jest drukowana od nowej strony;

· W tekście nie ma odniesień do ilustracji;

· Sekcja „Literatura” nie zawiera wykazu witryn z zasobami internetowymi.

Ogólnie rzecz biorąc, pomimo drobnych niedociągnięć w kompilacji i projektowaniu, możemy powiedzieć, że streszczenie „Fenomen radioaktywności. Jego znaczenie w nauce, technologii i medycynie zasługuje na ocenę „dobrą”.

Nauczyciel fizyki, Miejska Instytucja Oświatowa „Pobiedinskaja Szkoła Średnia”: ___________/L.A. Gagarina/

Wyślij swoją dobrą pracę do bazy wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.

Opublikowano na http://www.allbest.ru/

analiza izotopów promieniotwórczych w jądrze

Izotopy promieniotwórcze i ich zastosowania

Izotopy to odmiany tego samego pierwiastka chemicznego, które mają podobne właściwości fizykochemiczne, ale różnią się masami atomowymi.

Radioaktywność to przemiana jąder atomowych w inne jądra, której towarzyszy emisja różnych cząstek i promieniowanie elektromagnetyczne.

W przyrodzie występują zarówno izotopy trwałe, jak i niestabilne - radioaktywne, których jądra atomów ulegają samoistnej przemianie w inne jądra z emisją różnych cząstek (lub procesami rozpadu radioaktywnego). Obecnie znanych jest około 270 stabilnych izotopów. Liczba niestabilnych izotopów przekracza 2000, zdecydowana większość z nich jest otrzymywana sztucznie w wyniku różnych reakcji jądrowych. Liczba radioaktywnych izotopów wielu pierwiastków jest bardzo duża i może przekraczać dwa tuziny. Liczba stabilnych izotopów jest znacznie mniejsza. Niektóre pierwiastki chemiczne składają się tylko z jednego stabilnego izotopu (beryl, fluor, sód, glin, fosfor, mangan, złoto i szereg innych pierwiastków). Największą liczbę stabilnych izotopów - 10 - znaleziono w cynie, na przykład w żelazie jest ich 4, a w rtęci - 7.

Za pomocą reakcji jądrowych można otrzymać radioaktywne izotopy wszystkich pierwiastków chemicznych. Produkowane są w akceleratorach cząstek elektronowych i reaktorach jądrowych. Nazywa się je również „atomami znakowanymi”.

Diagnostyka radioizotopowa polega na wykorzystaniu izotopów promieniotwórczych i znakowanych związków do badania narządów i układów człowieka w celu rozpoznawania chorób. Główną metodą diagnostyki radioizotopowej jest metoda radioaktywności, czyli metoda monitorowania substancji promieniotwórczych wprowadzanych do organizmu.

Izotopy promieniotwórcze szeregu pierwiastków chemicznych są źródłem promieniowania jonizującego, które po wprowadzeniu izotopu do organizmu człowieka można zarejestrować z dużą dokładnością za pomocą specjalnych urządzeń radiometrycznych i rejestrujących. Nowoczesna aparatura radiologiczna umożliwia wychwytywanie i badanie bardzo małych ilości związków promieniotwórczych (tzw. ilości wskaźnikowych), które są praktycznie nieszkodliwe dla organizmu osoby badanej. Rejestrując rozmieszczenie, ruch, przemianę i wydalanie znaczników promieniotwórczych z organizmu, lekarz jest w stanie ocenić udział odpowiednich pierwiastków w procesach biochemicznych i fizjologicznych zachodzących w organizmie. Spośród licznych metod diagnostyki radioizotopowej najpowszechniej stosuje się radiometrię laboratoryjną, radiometrię kliniczną, radiografię kliniczną i skaning. Skanowanie radioizotopowe narządów wewnętrznych pozwala określić lokalizację badanego narządu w organizmie, ustalić jego kształt i wielkość oraz wykryć obecność w nim szeregu zmian patologicznych. Główną zaletą metod badań radioizotopowych jest ich całkowita bezbolesność i praktyczne bezpieczeństwo dla pacjenta przy dużej dokładności wyników diagnostycznych.

Jednym z najwybitniejszych badań było badanie metabolizmu organizmów. Udowodniono, że w stosunkowo krótkim czasie organizm ulega niemal całkowitej odnowie. Atomy tworzące go są zastępowane nowymi. Tylko żelazo, jak wykazały eksperymenty dotyczące badań izotopów krwi, stanowi wyjątek od tej reguły. Izotopy promieniotwórcze wykorzystywane są w medycynie zarówno do celów diagnostycznych, jak i terapeutycznych. Radioaktywny sód, wstrzykiwany w małych ilościach do krwi, służy do badania krążenia krwi, jod intensywnie odkłada się w tarczycy, szczególnie w chorobie Gravesa-Basedowa. Obserwując osadzanie się radioaktywnego jodu za pomocą miernika, można szybko postawić diagnozę. Duże dawki jodu radioaktywnego powodują częściowe zniszczenie nieprawidłowo rozwijających się tkanek, dlatego też jod radioaktywny stosuje się w leczeniu choroby Gravesa-Basedowa. Intensywne promieniowanie gamma kobaltu stosowane jest w leczeniu nowotworów (pistolet kobaltowy).

Nie mniej szerokie są zastosowania izotopów promieniotwórczych w przemyśle. Jednym z przykładów jest poniższa metoda monitorowania zużycia pierścieni tłokowych w silnikach spalinowych. Napromieniowując pierścień tłokowy neutronami, powodują w nim reakcje jądrowe i czynią go radioaktywnym. Kiedy silnik pracuje, cząstki materiału pierścieni dostają się do oleju smarowego. Badając poziom radioaktywności oleju po pewnym czasie pracy silnika, określa się zużycie pierścieni. Izotopy promieniotwórcze umożliwiają ocenę dyfuzji metali, procesów w wielkich piecach itp.

Do badania wewnętrznej struktury odlewów metalowych w celu wykrycia ich wad wykorzystuje się silne promieniowanie gamma pochodzące z leków radioaktywnych.

Izotopy promieniotwórcze są coraz częściej wykorzystywane w rolnictwie. Napromienianie nasion roślin (bawełny, kapusty, rzodkiewki itp.) małymi dawkami promieni gamma z leków radioaktywnych prowadzi do zauważalnego wzrostu plonów. Duże dawki promieniowania powodują mutacje w roślinach i mikroorganizmach, co w niektórych przypadkach prowadzi do pojawienia się mutantów o nowych cennych właściwościach (selekcja radiowa). W ten sposób wyhodowano cenne odmiany pszenicy, fasoli i innych roślin uprawnych, a także uzyskano wysoce produktywne mikroorganizmy wykorzystywane do produkcji antybiotyków. Promieniowanie gamma izotopów promieniotwórczych jest również wykorzystywane do zwalczania szkodliwych owadów i konserwacji żywności. Izotopy promieniotwórcze są szeroko stosowane w technice rolniczej. Na przykład, aby dowiedzieć się, który nawóz fosforowy jest lepiej wchłaniany przez roślinę, różne nawozy są znakowane radioaktywnym fosforem 15 32P. Badając rośliny pod kątem radioaktywności, można określić ilość fosforu, jaki pobrały z różnych rodzajów nawozów.

Datowanie radiowęglowe to fizyczna metoda datowania pozostałości biologicznych, przedmiotów i materiałów pochodzenia biologicznego poprzez pomiar zawartości izotopu promieniotwórczego 14C w materiale w stosunku do izotopów stabilnych węgla.Ciekawym zastosowaniem radioaktywności jest metoda datowania znalezisk archeologicznych i geologicznych poprzez stężenie izotopów promieniotwórczych. Niestabilny izotop węgla pojawia się w atmosferze w wyniku reakcji jądrowych wywołanych promieniami kosmicznymi. Niewielki procent tego izotopu występuje w powietrzu wraz ze zwykłym izotopem stabilnym.Rośliny i inne organizmy pobierają węgiel z powietrza i akumulują oba izotopy w takich samych proporcjach jak w powietrzu. Po obumarciu rośliny przestają zużywać węgiel, a niestabilny izotop w wyniku rozpadu β stopniowo zamienia się w azot z okresem półtrwania wynoszącym 5730 lat. Dokładny pomiar względnego stężenia węgla radioaktywnego w pozostałościach starożytnych organizmów pozwala określić czas ich śmierci. Metodą tą określa się wiek mumii egipskich, pozostałości prahistorycznych pożarów itp.

Radioaktywna metoda analizy substancji pozwala określić zawartość w niej różnych metali, od wapnia po cynk, w wyjątkowo niskich stężeniach - do 1-10g. (wymagane jest tylko 10-12 g substancji). Leki radioaktywne są szeroko stosowane w praktyce medycznej w leczeniu wielu chorób, w tym nowotworów złośliwych. Izotopy plutonu-238 i kiuru-224 wykorzystuje się do produkcji akumulatorów małej mocy do stabilizatorów rytmu serca. Do ich ciągłej pracy przez 10 lat wystarczy zaledwie 150-200 mg plutonu (konwencjonalne akumulatory wytrzymują do czterech lat).

Radioizotopowe źródła energii to urządzenia o różnej konstrukcji, które wykorzystują energię uwolnioną podczas rozpadu promieniotwórczego do ogrzania chłodziwa lub przekształcenia go w energię elektryczną. Źródło energii radioizotopowej zasadniczo różni się od reaktora jądrowego tym, że wykorzystuje nie kontrolowaną reakcję łańcuchową, ale energię naturalnego rozpadu izotopów promieniotwórczych. Radioizotopowe źródła energii stosuje się tam, gdzie konieczne jest zapewnienie autonomii pracy urządzeń, znacznej niezawodności, małej masy i gabarytów. Obecnie głównymi obszarami zastosowań są przestrzeń kosmiczna (satelity, stacje międzyplanetarne itp.), pojazdy głębinowe, obszary odległe (Daleka Północ, otwarte morze, Antarktyda). Mówiąc najprościej, badanie „głębokiej przestrzeni” bez generatorów radioizotopów jest niemożliwe, ponieważ w znacznej odległości od Słońca poziom energii słonecznej, którą można wykorzystać za pomocą fotokomórek, jest niewielki. Na przykład na orbicie Saturna oświetlenie Słońca w zenicie odpowiada ziemskiemu zmierzchowi. Ponadto w znacznej odległości od Ziemi przesyłanie sygnałów radiowych z sondy kosmicznej wymaga bardzo dużej mocy. Zatem jedynym możliwym źródłem energii dla statku kosmicznego w takich warunkach, oprócz reaktora jądrowego, jest generator radioizotopów. Istniejące aplikacje:

· Sondy międzygwiazdowe: elektryczne źródło ciepła dla statków kosmicznych.

· Medycyna: zasilanie rozruszników serca itp.

· Zasilanie sygnalizatorów i boi.

Obiecujące obszary zastosowań:

· Roboty z Androidem: Zasilanie energią elektryczną. Jako główne źródło energii.

· Kosmiczne lasery bojowe: Pompowanie laserowe i elektryczne dostarczanie ciepła.

· Pojazdy bojowe: Mocne silniki o długiej żywotności (bezzałogowe wozy rozpoznawcze – samoloty i miniłodzie, zasilanie śmigłowców bojowych i samolotów, a także czołgi i autonomiczne wyrzutnie).

· Głębinowe stacje hydroakustyczne: długoterminowe zasilanie pojazdów nieeksploatacyjnych.

Izotopy promieniotwórcze i związki znakowane izotopami radioaktywnymi są szeroko stosowane w wielu różnych obszarach działalności człowieka. Przemysł i kontrola technologiczna, rolnictwo i medycyna, komunikacja i badania naukowe - prawie niemożliwe jest omówienie całego zakresu zastosowań izotopów promieniotwórczych, chociaż wszystkie powstały w ciągu nieco ponad 100 lat.

Opublikowano na Allbest.ru

Podobne dokumenty

Podstawowe pojęcia i terminologia. Detekcja i pomiary ilościowe radionuklidów. Autoriografia. Liczniki scyntylacyjne. Imigranci. Podstawowe radionuklidy w naukach przyrodniczych. Charakterystyka techniczna znakowanych związków. Radionuklid 3H (tryt).

streszczenie, dodano 18.09.2007


Izotopy w medycynie. Podstawowe charakterystyki radionuklidów do zastosowań diagnostycznych. Nowoczesny system mammograficzny, charakteryzujący się niską dawką promieniowania i wysoką rozdzielczością. Izotopy w przemyśle i rolnictwie.

prezentacja, dodano 08.06.2012


Fizyczne podstawy reakcji jądrowej: energia wiązania nukleonu i rozszczepienie jądra. Uwolnienie energii jądrowej. Cechy wykorzystania energii uwalnianej podczas rozszczepienia ciężkich jąder w elektrowniach jądrowych, lodołamaczach jądrowych, lotniskowcach i łodziach podwodnych.

prezentacja, dodano 04.05.2015


Izotopy to odmiany tego samego pierwiastka chemicznego, które mają podobne właściwości fizykochemiczne, ale różnią się masami atomowymi. Budowa atomu, opis protonowo-neutronowego modelu jądra. Odkrycie i zastosowanie izotopów, ich promieniotwórczość.

prezentacja, dodano 27.12.2010


Oddziaływanie pomiędzy nukleonami. Cechy sił nuklearnych. Metody uwalniania energii jądrowej: rozszczepienie ciężkich jąder i fuzja lekkich jąder. Urządzenie wspierające ich reakcję rozszczepienia. Akumulacja pierwiastków promieniotwórczych w organizmie człowieka.

prezentacja, dodano 16.12.2014


Historia rozwoju metody znakowanego atomu. Znaczniki izotopowe, izotopy trwałe i radioaktywne. Znaczniki izotopowe w medycynie, biologii i rolnictwie. Liczniki promieniowania centylalnego. Wprowadzenie znaczników radioaktywnych do preparatów biologicznych.

streszczenie, dodano 14.12.2013


Główne źródła skażenia radioaktywnego: dekontaminacja przemysłowa spowodowana eksplozją broni jądrowej, obiekty ratunkowe. Rodzaje prac odkażających w elektrowniach jądrowych, kolejność ich realizacji i ocena praktycznej skuteczności.

test, dodano 26.05.2015


Analiza naturalnych i sztucznych substancji promieniotwórczych. Metody analizy oparte na oddziaływaniu promieniowania z substancjami. Metody analizy radioznaczników. Metoda analizy oparta na elastycznym rozpraszaniu naładowanych cząstek i absorpcji cząstek P.

streszczenie, dodano 03.10.2011


Zastosowanie energii termojądrowej. Rozpad radioaktywny. Pozyskiwanie energii jądrowej. Rozszczepienie atomu. Podział jąder pierwiastków ciężkich, powstawanie nowych neuronów. Zamiana energii kinetycznej na ciepło. Odkrycie nowych cząstek elementarnych.

prezentacja, dodano 08.04.2015


Ładunek, masa, wielkość i skład jądra atomowego. Energia wiązania jądrowego, defekt masy. Siły jądrowe i radioaktywność. Gęstość materii jądrowej. Pojęcie reakcji jądrowych i ich główne rodzaje. Rozszczepienie i synteza jądrowa. Kwadrupolowy moment elektryczny jądra.

Izotopy to odmiany pierwiastków chemicznych, w których jądra atomów różnią się liczbą neutronów, ale zawierają tę samą liczbę protonów i dlatego zajmują to samo miejsce w układzie okresowym pierwiastków Mendelejewa. Istnieją stabilne (stabilne) i radioaktywne izotopy. Termin „izotopy” został po raz pierwszy zaproponowany w 1910 r. Frederick Soddy (1877-1956), słynny angielski radiochemik, laureat Nagrody Nobla w 1921 r., który eksperymentalnie udowodnił powstawanie radu z uranu.

Izotopy promieniotwórcze są szeroko stosowane nie tylko w energetyce jądrowej, ale także w różnych instrumentach i sprzęcie do określania gęstości, jednorodności substancji, jej higroskopijności itp. Za pomocą wskaźników radioaktywnych można monitorować ruch związków chemicznych w procesach fizycznych, technologicznych, biologicznych i chemicznych, w tym celu do badanego obiektu wprowadza się wskaźniki radioaktywne (oznakowane atomy) określonych pierwiastków, a następnie ich ruch zauważony. Metoda ta pozwala na badanie mechanizmów reakcji zachodzących podczas przemiany substancji w trudnych warunkach, np. w wysokich temperaturach, w wielkim piecu czy w agresywnym środowisku reaktora chemicznego, a także na badanie procesów metabolicznych zachodzących w organizmach żywych. Izotop tlenu-18 pomaga wyjaśnić mechanizm oddychania organizmów żywych.

Radioaktywna metoda analizy substancji pozwala określić zawartość w niej różnych metali, od wapnia po cynk, w wyjątkowo małych stężeniach - do 1 -10 g (wymagane jest tylko 10 -12 g substancji). Leki radioaktywne są szeroko stosowane w praktyce medycznej w leczeniu wielu chorób, w tym nowotworów złośliwych. Izotopy plutonu-238 i kiuru-224 wykorzystuje się do produkcji akumulatorów małej mocy do stabilizatorów rytmu serca. Do ich ciągłej pracy przez 10 lat wystarczy zaledwie 150-200 mg plutonu (konwencjonalne akumulatory wytrzymują do czterech lat).

W wyniku reakcji radiacyjno-chemicznych z tlenu powstaje ozon, a z parafin gazowych wodór i złożone związki olefin o niskiej masie cząsteczkowej. Napromienianie polietylenu, polichlorku winylu i innych polimerów prowadzi do wzrostu ich odporności cieplnej i wytrzymałości. Przykładów praktycznego zastosowania izotopów i promieniowania radioaktywnego jest wiele. Mimo to podejście ludzi do promieniowania, szczególnie w ostatnich dziesięcioleciach, zmieniło się radykalnie. W ciągu około stuletniej historii źródła radioaktywne przeszły długą drogę od eliksiru życia do symbolu zła. Koncepcje współczesnych nauk przyrodniczych: Podręcznik. podręcznik dla uniwersytetów / A.A. Gorelov.- M.: VLADOS., 2000.- s. 285-288.

Po odkryciu promieni rentgenowskich wielu wierzyło, że promieniowanie może wyleczyć wszystkie choroby i rozwiązać wszystkie problemy. W tamtym czasie ludzie nie chcieli widzieć niebezpieczeństw związanych z narażeniem na promieniowanie. Kiedy w 1895 roku Wilhelm Roentgen (1845-1923) odkrył nowy rodzaj napromieniowania, fala zachwytu ogarnęła cały cywilizowany świat. Odkrycie nie tylko wstrząsnęło podstawami fizyki klasycznej. Obiecywał nieograniczone możliwości – w medycynie od razu zaczęto go stosować do diagnozy, a nieco później – do leczenia szerokiej gamy chorób. Diagnostyka rentgenowska i radioterapia uratowały życie wielu osobom. Lekarze jednak po pewnym czasie zaczęli ograniczać dopuszczalną liczbę prześwietleń dla jednego pacjenta, jednak nikt nie zwracał poważnie uwagi na powstałe po prześwietleniach oparzenia. Na przykład francuski fizyk A. Becquerel miał zwyczaj nosić urządzenie radowe w kieszeni spodni. Po pewnym czasie zauważył stan zapalny na nodze. Aby mieć pewność, że przyczyną choroby było urządzenie, przełożył je do innej kieszeni. Ale nawet wrzód, który pojawił się na drugiej nodze, nie był w stanie otrzeźwić naukowca, który podobnie jak reszta był w euforii po nowym odkryciu. Promieniowanie radioaktywne uważano wówczas za uniwersalny środek leczniczy, eliksir życia. Rad okazał się skuteczny w leczeniu nowotworów łagodnych, a jego „popularność” dramatycznie wzrosła. Na rynku publicznym pojawiły się poduszki radowe, radioaktywna pasta do zębów i kosmetyki.

Wkrótce jednak pojawiły się pierwsze sygnały ostrzegawcze. W 1911 r Odkryto, że berlińscy lekarze zajmujący się radioterapią często zapadali na białaczkę. Później niemiecki fizyk Max von Laue (1879–1960) udowodnił eksperymentalnie, że promieniowanie radioaktywne niekorzystnie wpływa na organizmy żywe, a w latach 1925–1927. Okazało się, że pod wpływem promieniowania zachodzą zmiany w substancji dziedzicznej - mutacje.

Całkowite wytrzeźwienie nastąpiło po zrzuceniu bomb atomowych na Hiroszimę i Nagasaki. Prawie wszyscy, którzy przeżyli eksplozję nuklearną, zostali narażeni na duże dawki promieniowania i zmarli na raka, a ich dzieci odziedziczyły pewne zaburzenia genetyczne spowodowane promieniowaniem. Po raz pierwszy zaczęto o tym otwarcie mówić w 1950 r., kiedy liczba chorych na białaczkę wśród ofiar wybuchów atomowych zaczęła katastrofalnie rosnąć. Po awarii w Czarnobylu nieufność do promieniowania przerodziła się w prawdziwą histerię nuklearną.

Tak więc, jeśli na początku XX w. ludzie uparcie nie chcieli widzieć szkód spowodowanych promieniowaniem, a gdy już się skończyło, zaczęli bać się promieniowania, nawet jeśli nie stanowiło ono realnego zagrożenia. Przyczyna obu zjawisk jest ta sama – ludzka ignorancja. Można mieć tylko nadzieję, że w przyszłości człowiek nauczy się trzymać złotego środka i wykorzystywać wiedzę o zjawiskach naturalnych na swoją korzyść.

Zastosowanie izotopów promieniotwórczych jako wskaźników (oznaczonych atomów). Obecnie w biologii, biochemii i fizjologii izotopy promieniotwórcze znajdują szerokie zastosowanie jako substancje umożliwiające badania na poziomie molekularnym. Umożliwiły badanie ruchów submikroskopowo małych ciał, a także pojedynczych cząsteczek, atomów i jonów wśród własnego rodzaju w ciele, bez zakłócania jego normalnego funkcjonowania. Zaproponowano kilka metod badawczych.

Metoda sygnalizacji radiowej(metoda znakowanego atomu) polega na wykorzystaniu związków chemicznych, w których strukturze zawarte są pierwiastki promieniotwórcze jako znacznik. W badaniach biologicznych zwykle wykorzystuje się radioaktywne izotopy pierwiastków tworzących organizm i biorących udział w jego metabolizmie - 3 H, „C, 24 Na, 32 P, 35 S, 42 K, 45 Ca, 51 Cr, 59 Fe, 125 I, 131 I itd. Wprowadzone do organizmu radionuklidy zachowują się w układach biologicznych tak samo, jak ich izotopy trwałe. Okoliczność ta umożliwia prześledzenie losów nie tylko izotopów promieniotwórczych, ale także różnych znakowanych związków organicznych i nieorganicznych oraz kontrolę ich przemianę w procesie wymiany.

Wielką zaletą tej metody jest jej duża czułość, która pozwala na wykorzystanie w badaniach znikomych (wagowo) ilości znakowanego związku, który nie może wpływać ani zmieniać normalnego przebiegu procesów życiowych. Tak więc, jeśli konwencjonalnymi metodami analitycznymi można wyznaczyć izotopy o masie 10 -6 g, to nowoczesne przyrządy radiometryczne umożliwiają pomiar izotopów promieniotwórczych o masie 10 -18 -10 -20 g. Zastosowanie metody znaczników promieniotwórczych w badaniu różnych procesy biochemiczne i fizjologiczne umożliwiły ich opisanie językiem wzorów i równań matematycznych, czyli przejście od jakościowego opisu procesów do ich dokładnego ilościowego wyrażenia.

Kontrolę rozmieszczenia i odkładania się radionuklidów w różnych narządach można przeprowadzić za pomocą radiometrii zewnętrznej zwierząt doświadczalnych (np. rejestracja promieniowania gamma 131 I w tarczycy) lub odpowiednio przygotowanych biomateriałów (krew, tkanki narządów, mocz, kał, itp.). Do tych celów powszechnie stosowana jest metoda autoradiografii.

Autoriografia to metoda uzyskiwania obrazów fotograficznych w wyniku działania promieniowania pierwiastków promieniotwórczych znajdujących się w badanym obiekcie na emulsję fotograficzną. Po raz pierwszy autoradiografię do badania organizmów zwierzęcych zastosował rosyjski naukowiec E. S. London w 1904 r. r£J3a. W ciągu ostatnich trzech dekad, dzięki rozwojowi i zastosowaniu specjalnych emulsji jądrowych, technika autoradiografii uległa znacznemu udoskonaleniu, a dzięki jej pomóc wielkie sukcesy osiągnięto w badaniu procesów metabolicznych, a także w badaniu dystrybucji i lokalizacji substancji radioaktywnych w komórkach i tkankach zwierząt i roślin.

Autoriografia dzieli się na makroautoradiografię i mikroautoradiografię. Makroautoradiografia (kontakt, kontrast) daje obraz rozmieszczenia izotopów promieniotwórczych w makrostrukturach obiektu biologicznego (ilościowa ocena stężenia radioizotopów), na podstawie którego można ocenić charakter wymiany i organotropię radionuklidu. Mikroautoradiografia (histoautoradiografia) pozwala badać wewnątrzkomórkową lokalizację substancji radioaktywnej, a także struktury komórkowe i zachodzące w nich złożone procesy biochemiczne (synteza białek, enzymów itp.).

a) wstępnego podania zwierzęciu doświadczalnemu określonej ilości izotopu promieniotwórczego;

b) pobranie od niego niektórych narządów i sporządzonych z nich preparatów (histosekcje, cienkie skrawki, krew itp.) do autoradiografii;

c) wytworzenie na pewien czas bliskiego kontaktu wytworzonego preparatu zawierającego pierwiastek promieniotwórczy z emulsją fotograficzną;

d) wywoływanie i utrwalanie materiału fotograficznego na wzór zwykłej fotografii.

Jako materiał fotograficzny do makroradioautografii stosuje się bardzo czułe klisze rentgenowskie i fotograficzne, do historadiografii stosuje się specjalne płynne i usuwalne emulsje jądrowe (typu „P”, „K”, „MR” itp.), którymi pokrywane są preparaty histologiczne w trakcie studiów.

Autoriogramy to skupisko czarnych ziaren zredukowanego srebra w emulsji fotograficznej, wskazujące lokalizację substancji radioaktywnej w badanym materiale.

Makroradioautografy analizuje się wizualnie, a przy ocenie ilościowej radioaktywności przeprowadza się densytometrię gęstości optycznej zaczernienia fotoemulsji radioautogramów w porównaniu z gęstością zaczernienia fotoemulsji źródła promieniowania o znanej radioaktywności.

Historadioautografy bada się pod mikroskopem jednocześnie z preparatem histologicznym. Przy oznaczaniu ilościowym ziaren zredukowanego srebra lub śladów cząstek alfa lub beta w emulsji zlicza się pod dużym powiększeniem mikroskopu, stosując mikrometr okularowy z siatką.

A.D. Belov (1959) opracował technikę „podwójnego radioautografu”, która w odróżnieniu od dotychczasowych metod pozwala na uzyskanie oddzielnych radioautogramów dwóch izotopów promieniotwórczych znajdujących się jednocześnie w tym samym badanym obiekcie. Technika ta polega na uwzględnieniu różnicy w energii promieniowania i „czasie życia” izotopów. Zatem badając metabolizm fosforu i wapnia w kościach przy użyciu 32P i 45Ca, możliwe jest uzyskanie oddzielnych radioautografów dla tych izotopów, gdy są one podawane jednocześnie zwierzęciu doświadczalnemu. Biorąc pod uwagę stosunkowo dużą energię promieniowania i krótki okres półtrwania wynoszący 32 R, w pierwszej kolejności uzyskuje się autoradiograf 32 R. W tym celu pomiędzy badanym obiektem a emulsją fotograficzną umieszcza się filtr, pochłaniający miękkie promieniowanie beta o wartości 45 Ok. Autoriograf dla 4b Ca otrzymuje się po rozpadzie 32R.

Technika „podwójnego radioautografu” pozwala nie tylko dwukrotnie bardziej ekonomicznie wykorzystać zwierzęta doświadczalne, ale także uzyskać bardziej wiarygodne dane, ponieważ staje się możliwe porównanie akumulacji i dystrybucji dwóch znakowanych substancji u tego samego zwierzęcia i uniknięcie trudności pojawiających się przy porównywaniu takie wskaźniki uzyskane od różnych zwierząt. Stosując technikę „podwójnej autoradiografii” badano dynamikę metabolizmu białkowo-mineralnego w tkance kostnej różnych gatunków zwierząt (psy, owce, świnie, cielęta) normalnie, podczas gojenia złamań oraz przy różnych metodach osteosyntezy i stymulacji osteogenezy w porównaniu z obrazem morfologicznym rentgenowskim i aktywnością histochemiczną fosfataz alkalicznych i kwaśnych w kościach. Stwierdzono, że metabolizm białek i fosforu i wapnia w kościach prawidłowych i przy złamaniach jest bezpośrednio zależny od siebie nawzajem oraz od aktywności enzymatycznej fosfataz zasadowych i kwaśnych. Największe natężenie metabolizmu białek i fosforu i wapnia występuje w tych obszarach narządu kostnego (okostna, śródkostna, szpik kostny, ściany kanałów Haversa i gąbczasta część nasad kości, a także tkanka kalusowa), gdzie enzymatycznie aktywność fosfataz, wzrost, rozwój i restrukturyzacja tkanki kostnej są bardziej wyraźne.tkaniny.

Za pomocą emitujących promieniowanie gamma radioizotopów 24 Na, 131 1, 42 K i innych wprowadzonych do organizmu uzyskano zasadniczo nowe dane dotyczące pomiaru prędkości przepływu krwi, masy krwi, stanu funkcjonalnego tarczycy oraz innych narządów i układów zwierząt uzyskanych za pomocą zewnętrznej radiometrii przyżyciowej. Te badania radioizotopowe ugruntowały swoją pozycję w praktyce klinicznej.

Do wewnątrzżyciowego badania metabolizmu różnych narządów i tkanek przy użyciu 3-emitujących izotopów o słabej zdolności penetracji A. D. Belov (1968) zaproponował metodę badań eksperymentalnych ze wstępną implantacją małych czujników radiometrycznych typu SBI-9.Następnie uzupełnieniem tej metody było jednoczesne wszczepienie czujników rejestrujących temperaturę (mikrotermistrów) w celu synchronicznego dożyciowego badania metabolizmu i reakcji temperaturowej w warunkach przewlekłego doświadczenia. Zastosowanie radiotermometrycznej metody badawczej umożliwiło określenie szybkości wymiany i temperatury reakcji zachodzących w wątrobie, kościach, mięśniach i innych narządach, a także identyfikowanie powiązanych z nimi zmian w warunkach normalnych i patologii kości u różnych gatunków zwierząt.Przy jednoczesnym badaniu różnych procesów fizycznych, chemicznych i fizjologicznych, tych wzajemnych powiązań zjawisk ujawniają się, odkrywane są korelacyjne interakcje procesów, o których potrzebie mówił I. P. Pavlov jako o zadaniu „fizjologii syntetycznej”. W rezultacie metoda znaczników radioaktywnych otworzyła ogromne perspektywy przyżyciowych badań metabolizmu – pewnego rodzaju biochemii życiowej.

Za bardzo ważne osiągnięcie współczesnej biochemii, uzyskane za pomocą substancji radioaktywnych, można uznać ideę stałego dynamicznego stanu procesów metabolicznych w żywym organizmie, wzajemnej przemiany wielu substancji, ciągłego rozpadu i resyntezy, ciągła odnowa związków chemicznych żywych komórek, która zachodzi nawet w stanie równowagi procesów metabolicznych. Białka, nukleoproteiny, chromoproteiny, tłuszcze, węglowodany, związki mineralne znajdują się w stanie ciągłego rozkładu i syntezy. Charakter wymiany i jej kierunek często zależą od przewagi procesów syntezy lub rozpadu. Tak więc, badając nowotwory złośliwe, stwierdzono, że ich wzrost nie jest spowodowany zwiększoną syntezą, ale opóźnieniem rozkładu substancji białkowych nowotworu. Dzięki znacznikom radioizotopowym możliwe było określenie tempa odnowy różnych składników tkanek i narządów. Udowodniono, że białka mięśniowe są wymieniane wolniej niż inne, a wątroba, osocze krwi, zwłaszcza błona śluzowa jelit, charakteryzują się dużą szybkością odnowy. Uzyskano także bezpośrednie dowody na wymianę pomiędzy białkami w mięśniach, osoczu, wątrobie i innych narządach.

W połączeniu z innymi metodami badawczymi metody radioizotopowe odegrały ogromną rolę w rozwoju biologii molekularnej i pozwoliły zbliżyć się do rozwiązania wielu ważnych problemów biologii. Należą do nich w szczególności mechanizmy akumulacji i wykorzystania energii w organizmach żywych, szlaki biosyntezy białek, fotosynteza biologiczna, skurcz mięśni, pobudzenie nerwowe, rozmnażanie i

dziedziczność.

Za pomocą wielu związków chemicznych znakowanych izotopami promieniotwórczymi (znakowane aminokwasy, kwasy tłuszczowe i nukleinowe, glukoza, fosfatydy, sole mineralne) możliwe było wyjaśnienie tak ważnych zagadnień, jak wpływ substancji dietetycznych na produkcyjność zwierząt, zagadnienia półproduktów metabolizm i wzajemna przemiana związków oraz drogi rozkładu i syntezy substancji chemicznych w organizmie żywego zwierzęcia, określenie budowy związków chemicznych itp. Udowodniono wzajemną przemianę kwasu palmitynowego i stearynowego, przemianę ornityny w argininę, fenyloalaniny w tyrozynę , powstawanie kreatyny na skutek grup metylowych syntetyzowanych z metioniny lub choliny, tworzenie glicyny z argininy (podczas rozkładu białek i amidyny), adrenaliny z fenyloalaniny, łańcucha węglowego cystyny ​​z seryny, tworzenie fosfolipidów wątrobowych z krwi fosforany w osoczu itp. Metoda radiowskazania pozwoliła wyjaśnić cechy wymiennej i syntetycznej roli mikroflory żwacza i innych części przewodu pokarmowego przeżuwaczy, których nie można było określić innymi metodami. Dużym zainteresowaniem cieszy się ustalenie możliwości syntezy aminokwasów z amoniaku, ketonów i hydroksykwasów w żwaczu przeżuwaczy i dostarczania tych związków do organizmu, zwłaszcza gruczołu sutkowego, w związku z powstawaniem mleka. Wraz z tym możliwe było zbadanie innego interesującego obszaru procesów metabolicznych w organizmie zwierzęcia - roli przewodu pokarmowego i gruczołów trawiennych w krążeniu substancji w układach: krew - ściany przewodu pokarmowego ; gruczoły trawienne - zawartość przewodu pokarmowego. Przy określaniu wchłaniania, tzw. strawności, odnaleziono sposoby na eliminację błędów wprowadzanych przez czynniki endogenne – ciągłe mieszanie substancji wydzielanych przez gruczoły trawienne i żółć do treści jelitowej.

Badanie metabolizmu w organizmie metodą wskaźnika radioizotopowego potwierdziło stanowisko o odwracalności wielu pośrednich procesów metabolicznych, możliwą zmienność pośrednich szlaków metabolicznych w różnych warunkach biologicznych organizmu oraz przy zmianie warunków środowiskowych. Labilność środowisk wewnętrznych i procesów metabolicznych stanowi podstawę adaptacji organizmu do zmieniającego się środowiska zewnętrznego. Znaczniki radioizotopowe pozwalają wykryć adaptacyjne zmiany metabolizmu w organizmie zwierzęcym i otwierają nowe perspektywy w tym zakresie.

Izotopy promieniotwórcze umożliwiły badanie metabolizmu makro- i mikroelementów bez wprowadzania do diety nadmiaru substancji, bez zakłócania naturalnej zawartości badanych substancji w organizmie. Dzięki temu możliwe było wiarygodne określenie tempa akumulacji minerałów w różnych narządach i tkankach oraz ich usuwania z organizmu, a także zbadanie związków chemicznych, w których pierwiastek jest utrwalany w procesie jego przenoszenia lub lokalizacji . Kolejnym ważnym wynikiem zastosowania izotopów promieniotwórczych w badaniach metabolizmu minerałów jest ustalenie szybkości odnowy składu mineralnego narządów i niektórych związków tkanki kostnej. Dotychczas uzyskano wiele danych na temat wymiany i akumulacji w tkankach izotopów promieniotwórczych takich pierwiastków jak wapń, fosfor, kobalt, miedź, cynk, mangan, beryl, bar, stront, jod itp. Ogólny wynik tych badań potwierdza, że ​​przenikanie do poszczególnych tkanek substancji mineralnych, np. pierwiastków śladowych, jest kontrolowane nie tylko przez prawa dyfuzji, ale przede wszystkim przez metabolizm komórkowy związany z określonymi procesami chemicznymi zachodzącymi w komórce, zależnymi od działania enzymów.

Metoda oznaczania radioizotopów w badaniu metabolizmu substancji mineralnych umożliwiła wniknięcie w procesy metabolizmu pośredniego zachodzące z udziałem substancji mineralnych, w tym pierwiastków śladowych (131 I, 60 Co, 64 Cu itp.).

Od czasu wprowadzenia do biologii i medycyny metody elektroforetycznej służącej do rozdziału białek surowicy ludzkiej i zwierzęcej zgromadzono wiele danych wskazujących na niespecyficzną reakcję zmian w składzie białek w różnych warunkach organizmu. Jednak niektórzy autorzy różnie interpretują pewne zmiany ilościowe w białkach surowicy. Wynika to z faktu, że jedna metoda elektroforetycznego rozdziału białek pozwala ustalić jedynie ilościowe przesunięcia w formule białka, ale nie jest w stanie ujawnić intymnych aspektów dynamiki metabolizmu białek, roli i znaczenia różnych białek frakcje, intensywność ich syntezy i rozkładu w konkretnej chorobie. Za pomocą izotopów promieniotwórczych możliwe stało się śledzenie tych procesów. W tym celu A.D. Belov (1972) zaproponował metodę ilościowej autoradiografii białek surowicy krwi poddanych elektroforezie (metoda autoradioelektroforezy), a także zasadę matematycznego przetwarzania radioautogramów w celu określenia szybkości biosyntezy i rozkładu białek oraz ich funkcjonalności umiejętność. Do określenia syntezy białek wykorzystuje się znakowane aminokwasy (35S-metionina, 14C-glicyna itp.) i pojemność funkcjonalną - 32 P, 45 Ca itp. Technika ta pozwoliła autorowi uzyskać nie tylko dokument wizualny ( radioautogram) charakteryzujący intensywność włączenia znakowanych substancji do tej lub innej frakcji białkowej, ale także do ilościowego określenia biosyntezy, rozkładu i zdolności funkcjonalnej każdej frakcji białkowej za pomocą wskaźników względnej specyficznej aktywności, aby rozszyfrować intymne aspekty mechanizmu przesunięć ilościowych w formule białkowej surowicy krwi zwierząt w warunkach prawidłowych i przy patologii kości.

Wykorzystując 51Cr zawarty w cząsteczce hemoglobiny oraz 75Se w składzie metioniny, określono długość życia erytrocytów we krwi obwodowej różnych zwierząt gospodarskich.

Radioaktywny izotop 32P wykorzystano do określenia tempa dojrzewania plemników, czasu ich przemieszczania się przez układ rozrodczy samców oraz zmian tego czasu pod wpływem różnych obciążeń seksualnych.

W ostatniej dekadzie nastąpił szybki rozwój metod badań radioizotopów in vitro, w których substancje radioaktywne nie są wprowadzane do organizmu. Okoliczność ta znacznie rozszerzyła możliwości stosowania metody radiowskazania w praktyce laboratoryjnej i klinicznej. Metody in vitro są szeroko stosowane w endokrynologii i immunologii. Trwają obiecujące prace nad ich wykorzystaniem w badaniu innych systemów. Do badania stanu hormonalnego u ludzi i zwierząt stosuje się metodę radioimmunologiczną (radiokonkurencyjną), opartą na zdolności nieznakowanego hormonu znajdującego się w badanej próbce surowicy krwi do konkurowania ze znakowanym hormonem o przeciwciała i w ten sposób blokowania wiązania znakowanego hormonu . Ostatecznie określa się procent wiązania całego znakowanego antygenu z przeciwciałami, który jest odwrotnie proporcjonalny do ilości nieznakowanego antygenu, czyli ilości hormonu w badanej próbce. Metoda charakteryzuje się dużą swoistością i czułością. Obecnie w ten sposób oznacza się insulinę, hormon wzrostu, ACTH, peptyd i wiele innych hormonów. W ostatnich latach w diagnostyce in vitro szeroko stosowane są badania standardowych zestawów (wielorybów) specjalnie przygotowanych do oznaczania hormonów.

E. A. Nezhikova (1979) jako pierwsza zastosowała metodę radioimmunologiczną do śledzenia dynamiki hormonów gonadotropowych przysadki mózgowej – hormonu luteinizującego (LH) i hormonu folikulotropowego (FSH) w surowicy krwi krów według miesiąca ciąży i pory roku . Wykazano wpływ tych hormonów nie tylko na stan fizjologiczny zwierząt, ale także na ich produktywność. Zatem jeśli u krów o średniej produktywności jesiennej ilość LH w pierwszym miesiącu ciąży osiąga 32,1 ng/ml, to u krów wysokoproduktywnych wynosi 24,77 ng/ml. Ten sam schemat można zaobserwować w innych okresach ciąży. Jednocześnie istnieje wyraźna zależność poziomu LH od miesiąca ciąży i pory roku. I tak u krów w trzecim miesiącu ciąży wiosną poziom LH wynosi 4,33 ng/ml, latem – 30,9 ng/ml, jesienią – 34,8 ng/ml, a zimą – 63,2 ng/ml.

Na szczególną uwagę zasługuje metoda radioizotopowa służąca do badania stanu czynnościowego tarczycy u zwierząt podczas badania klinicznego, a także do określania dawki suplementacji jodkiem potasu w obszarach niedoboru jodu, zapobiegając zaburzeniom metabolicznym i zwiększając produkcyjność. W przypadku niedoboru jodu obserwuje się cykl bezowulacyjny u krów, u świń - narodziny martwych, bezwłosych lub o niskiej żywotności prosiąt, u kurcząt - gwałtowny spadek produkcji jaj. W praktyce hodowli zwierząt i weterynarii największym zainteresowaniem cieszą się metody badań radioizotopowych in vitro polegające na oznaczaniu włączenia do erytrocytów trójjodotyroniny znakowanej 125 I lub 131 I lub na podstawie stopnia związania tyroksyny znakowanej radiojodem z białkiem frakcje surowicy krwi. Metody te umożliwiają pośrednie określenie ilości hormonu wydzielanego przez tarczycę i tym samym ocenę jej aktywności funkcjonalnej.

V.P. Ostapchuk, A.D. Belov i N.A. Kovalev (1979) opracowali radioimmunologiczną metodę diagnozowania wścieklizny, która opiera się na wiązaniu swoistych przeciwciał znakowanych radionuklidami z antygenem wścieklizny w rozmazach mózgu chorych zwierząt i pomiarze radioaktywności powstałego kompleksu. Zaletą tej metody w porównaniu z tradycyjnymi metodami patomorfologicznymi jest jej wysoka swoistość, czułość, szybkość wykonania oraz możliwość badania przestarzałego, już rozłożonego materiału patologicznego, a także ilościowe przedstawienie wyników badań.

Wszystkie powyższe metody badań radioimmunologicznych i radioizotopowych są dostępne dla szerokiej praktyki laboratoryjnej w regionalnych wydziałach radiologicznych i republikańskich radiologicznych laboratoriach weterynaryjnych.

Analiza aktywacji neutronów jest obiecującą, bardzo czułą metodą oznaczania ultramikroilości stabilnych izotopów w różnych materiałach biologicznych (krew, limfa, tkanki różnych narządów itp.). Polega ona na tym, że badany materiał poddawany jest działaniu strumienia neutronów w warunkach reaktora jądrowego. W efekcie powstają produkty promieniotwórcze (produkty aktywacji), które następnie poddawane są analizie radiochemicznej i radiometrii.

Metodą znaczników radioaktywnych można rozwiązać wiele różnych zagadnień z biologii, fizjologii, biochemii dynamicznej i ekologii mikroorganizmów. Wbudowanie znakowanych związków do komórki drobnoustroju następuje w wyniku ich aktywnego udziału w metabolizmie podczas hodowli drobnoustrojów w pożywce zawierającej radionuklidy. Drobnoustroje można nawet oznaczyć podwójnym znacznikiem, np. 32 P i 35 S. Pochłaniają radionuklidy i rozmnażając się przekazują je swojemu potomstwu. Zwierzętom podaje się znakowaną kulturę patogenną, które w określonych odstępach czasu uśmierca się, a prędkość i drogi rozprzestrzeniania się drobnoustrojów w organizmie określa się radiometrycznie na podstawie specyficznej aktywności jego narządów. W ten sposób możliwe jest prześledzenie losów drobnoustrojów chorobotwórczych i szczepionek w organizmie zwierząt doświadczalnych.

Wirusy można również znakować wprowadzając do hodowli tkankowych i innych pożywek roztwory izotopów promieniotwórczych 32P, 355-metioniny, 355-cystyny, 14C-glicyny itp. Znacznik radioaktywny jest aktywnie włączany do składników wirusa podczas jego reprodukcji. Należy zauważyć, że 32P wchodzi w skład RNA i fosfolipidów wirusa, a znakowane aminokwasy znajdują się w jego białkowej otoczce.

Metoda znaczników radioaktywnych znalazła zastosowanie w entomologii do badania tras i prędkości wędrówek, miejsc występowania much, komarów, kleszczy i innych owadów przenoszących mikroorganizmy chorobotwórcze oraz skuteczności działań podejmowanych w celu ich zwalczania, a także do śledzenia przejście środków owadobójczych na owady. Organizmy znakuje się poprzez wprowadzenie radioizotopu do żywności lub hodując je w odpowiednich pożywkach zawierających radioizotopy. Wybór znacznika radioaktywnego zależy od zadania badawczego.

Zastosowanie izotopów promieniotwórczych w diagnostyce i leczeniu zwierząt. Obecnie izotopy promieniotwórcze znajdują szerokie zastosowanie w medycynie w leczeniu chorób układu krążenia, nowotworów złośliwych, chorób krwi (białaczka szpikowa, białaczka limfatyczna, policytomia itp.), obwodowego układu nerwowego (zapalenie nerwu, zapalenie korzonków nerwowych), skóry (egzema, zapalenie skóry, czyraki), tarczycy gruczołów (tyreotoksykoza), a także w celu tłumienia odporności transplantacyjnej podczas przeszczepiania narządów itp.

W chorobach układu sercowo-naczyniowego prędkość przepływu krwi zmienia się dramatycznie. Aby to określić, stosuje się 24 Na, 131 I, 42 K, 32 R. U zdrowych osób w spoczynku prędkość przepływu krwi w małym kole wynosi 5-6 s, w dużym kole 12-16 s. Terapeutyczne zastosowanie radioizotopów i promieniowania w leczeniu nowotworów opiera się na ich działaniu biologicznym. Radioterapia najbardziej wpływa na młode, energicznie rozmnażające się komórki. Ta okoliczność umożliwiła rozwój radioterapii dla pacjentów z nowotworami złośliwymi i łagodnymi oraz chorobami narządów krwiotwórczych. W zależności od lokalizacji guza zewnętrzne napromienianie promieniami gamma przeprowadza się przy użyciu jednostek terapeutycznych gamma. Nakładaj aplikacje na skórę w celu działania kontaktowego; Roztwory koloidalne leków radioaktywnych wstrzykuje się w grubość guza bezpośrednio lub w postaci pustych igieł wypełnionych radioizotopami; krótkotrwałe radionuklidy są wstrzykiwane dożylnie i selektywnie gromadzą się w tkankach nowotworowych i narządach krytycznych.

A.D. Belov (1968) stworzył aplikator do oczu i opracował metodę jego stosowania w chorobach oczu u zwierząt. Stosując aplikator naładowany 32P i 89Sr uzyskano pozytywne wyniki w leczeniu wrzodziejącego i infekcyjnego zapalenia spojówek i rogówki, unaczynienia rogówki u cieląt i psów. Pojedyncza dawka wynosiła 50-100 R, na pełny cykl leczenia - 200-2000 R. Autor z powodzeniem zastosował małe dawki fosforu-32 (0,01 μCi/kg masy ciała zwierzęcia) w celu przyspieszenia regeneracji tkanki kostnej i normalizacji minerałów metabolizmu u zwierząt ze złamaniami kości poprzez wstrzyknięcie radioaktywnego roztworu w miejsce złamania.

Stymulujące działanie promieni rentgenowskich i gamma można wykorzystać do zwiększenia ekonomicznie użytecznych cech kurcząt (produkcja jaj, żywotność i wzrost kurcząt).

Metoda radiowskazania stanowi nieocenioną usługę w badaniu farmakodynamiki leków, szybkości i dróg ich przenikania i wydalania z organizmu w warunkach normalnych i różnych stanach patologicznych. Cenne dane uzyskano z testów silnych leków, a także leków, które wcześniej uważano za nieszkodliwe.

Sterylizacja za pomocą promieniowania jonizującego. Stosowane są do sterylizacji na zimno preparatów biologicznych (szczepionek, surowic, witamin, pożywek itp.), szwów chirurgicznych i opatrunków, które nie wytrzymują obróbki temperaturowej.

W przemyśle spożywczym do konserwacji żywności stosowane są metody przetwarzania nietermicznego. Dobre wyniki uzyskuje się przy naświetlaniu gamma w dawce 1,8 miliona rubli.

Sterylizacja ma ogromne znaczenie w dezynfekcji odchodów w dużych kompleksach hodowlanych, w przedsiębiorstwach przetwarzających surowce skórzane i futrzane, wełnę, szczecinę, pióra i puch. Sterylizację radiacyjną stosuje się w walce ze szkodliwymi owadami (roztocza stodołowe, muchy kłujące itp.).

Powyższe nie wyczerpuje oczywiście różnorodności obszarów zastosowań izotopów promieniotwórczych i promieniowania jonizującego w biologii, weterynarii i hodowli zwierząt. Jednakże z powyższych przykładów jasno wynika, że ​​izotopy promieniotwórcze i promieniowanie jonizujące, będące zasadniczo nowością w badaniach przyrody, otwierają ogromne możliwości w badaniu procesów życiowych, patogenezie chorób, diagnostyce i terapii zwierząt hodowlanych, jak również a także w rozwiązywaniu innych ważnych problemów gospodarczych.