Radioaktív izotópok alkalmazása az iparban, a tudományban és a mezőgazdaságban (sajtóadatok szerint)// Atomenergia. 2. kötet, szám. 1. - 1957. - 85-88.

RADIOAKTÍV IZOTÓPOK ALKALMAZÁSA AZ IPARBAN, A TUDOMÁNYBAN ÉS A MEZŐGAZDASÁGBAN

(NYOMTATÁSI ADATOK szerint)

Vaskohászat

A Sztálin Kohászati ​​Üzemben egy kis tartályban lévő radiokobalt felhasználásával a nagyolvasztó burkolatának hegesztéseit közvetlenül a beépítéskor, vagyis olyan körülmények között szkennelték le, ahol a röntgenfelvétel teljesen lehetetlen volt. Az ilyen tartályok használatával a hibaérzékelők észlelik a belső hibákat a gőzkazánok falában, gázvezetékekben stb.

A nyitott kandallós kemencékben történő olvasztás időtartama és az acél kén- és foszfortisztítása az olvasztás korai szakaszában nagymértékben függ a töltés sorrendjétől és a szilárd anyagok mennyiségétől. Radioizotópok segítségével számos növény „megjelöli” a töltésanyagokat – meszet vagy ércet –, és fém- vagy salakminták radioaktivitásának mérésével meghatározza az aktív salakképződés sebességét. Ily módon az oldódási sebesség függése feltárul

mészkő és érc technológiai tényezőktől. A törmelék olvadási sebességét ugyanígy határozzák meg. Ehhez a töltés fém részét „jelöljük”. Ilyen kutatásokat jelenleg az Azovstal, Sztálinszkij, Makeevszkij és Magnyitogorszki és Kuznyecki üzemekben végeznek.

A nyitott kandallós kemencében történő acélgyártás után nem mindig lehet rutinellenőrzéssel felmérni a tűzhely hegesztésének állapotát, addig a fel nem tárt hiba a következő melegítésekben súlyos balesethez vezethet. Ennek megakadályozására radioizotópokat használnak. Az Azov Steel üzemben magnezit ampullákban radiofoszfort helyeztek el a kandalló különböző helyeire. Az olvasztási folyamat során vett salakmintákban a radioaktivitás megjelenése a hegesztés tönkremenetelére utalt.

Az analitikai kémia területén a kohászati ​​problémákkal kapcsolatban a radioaktív izotópok felhasználásával végzett kutatások két iránya alakult ki. Az első a hagyományos kémiai elemzési módszerek, például a foszfor tesztelése és finomítása. Ebben az esetben egy acél- vagy ércminta feloldásakor kis mennyiségű radiofoszfort adnak hozzá. Az elemzés során annak különböző szakaszaiban meghatározzák az oldatminták radioaktív sugárzásának intenzitását. Veszteségek hiányában az analízis minden szakaszában felvett oldatok radioaktivitásának összegének meg kell egyeznie az eredeti oldat radioaktivitásával.

A második irány az acél és salak expressz analízisére szolgáló módszerek kidolgozása bármely elemre, ez a technológia szempontjából a legfontosabb, radioaktív izotópok közvetlenül az acélolvasztó kemencékbe történő bevezetésével. Így a magas foszfortartalmú öntöttvas feldolgozásának technológiájához az Azovstal üzem kifejlesztett egy módszert a salakokban lévő foszfor-pentoxid gyors meghatározására. Megállapítást nyert, hogy 0,04-0,05 mikrocury radioaktív foszfor izotóp/tonna fém felhasználásával a kémiai analízishez képest lényegesen rövidebb időtartammal érhető el a kellő elemzési pontosság. Ez a módszer lehetővé teszi a salak olvasztásának szabályozását és a salak műtrágyaként történő pontosabb válogatását. Hasonló módszert fejlesztettek ki a fém foszfortartalmának meghatározására a nyersvas konverterben történő fújása során. Sikeresen alkalmazható új kohászati ​​feldolgozási technológia kifejlesztésében és olyan kutatásokban, ahol a fém vagy salak foszfortartalmának meghatározásának sebessége befolyásolja a folyamat menetét. (Ipari Gazdasági Újság, 1956. szeptember 9.)

A technikai haladásért folytatott harcban az ukrán kohászok egyre gyakrabban használnak radioaktív elemek jelölt atomjait. Radioaktív kobalt segítségével, a nagyolvasztó leállítása nélkül, meghatározzák a tűzálló téglával bélelt falak állapotát.

A kályhás munkások radioaktív izotópok segítségével megállapítják az acéltömbök kristályosodásának sebességét, a korábbinál többszörösen gyorsabban meghatározzák a kályhás salak foszfortartalmát, megfigyelik a salakképződés folyamatát, és rögzítik a folyamat befejezésének pillanatát. vasérc és mészkő olvadása az olvasztás során.

Jelzett atomok segítségével a kohászok többször gyorsabban határozzák meg az érc szilícium-dioxid-tartalmát, mint kémiai módszerekkel. A radioaktív izotópokat széles körben használják a vasércrétegek vastagságának és jellegének meghatározására, valamint számos gyártási folyamat szabályozására a zúzó-, szitáló- és feldolgozóüzemekben. (Pravda Ukrainy, 1956. augusztus 4.)

#A zaporozsjei „Dneprospetsstal” üzemben a legmodernebb berendezésekkel felszerelt fizikai kutatási módszerek laboratóriuma lépett működésbe. Ez a laboratórium az elektromos acél radioaktív izotópok felhasználásával történő olvasztásának folyamatát kutatja. Különösen a golyóscsapágyacél kemencesalakkal való szennyeződésének okát vizsgálják radioaktív kalcium alkalmazásával. (Igaz, 1956. szeptember 21.)

Gépészet

A HAT I Kutatóintézetben végzett kutatások azt mutatják, hogy csak radioaktív izotópok felhasználásával lehetett megállapítani a kenés, a motorteljesítmény, a főtengely fordulatszám, a levegőpor, a munkaszünetek (tesztek) hatását a motorkopás mértékére, és meghatározni az átvitelt. fém egyik dörzsölő felületről a másikra. Megállapítást nyert például, hogy a terhelés csökkentése nem vezet az alkatrészek kopási sebességének éles csökkenéséhez.

Radioaktív izotópok segítségével a kopás tízmillió gramm pontossággal mérhető.

A Szovjetunió Tudományos Akadémia Gépészmérnöki Intézetében és más szervezetekben végzett kísérletek érdekes eredményeket hoztak. Kiderült, hogy a radioaktív izotópok segítségével mélyrehatóan és pontosan lehet tanulmányozni a szerszámkopás jelenségeit a forgácsolási folyamat leállítása nélkül. Különösen lehetséges a kopás függése az előtolási sebességtől, a vágási mélységtől, az időtől, a kenőanyagoktól és hűtőfolyadékoktól, valamint a feldolgozott anyagtól.

Megállapítható az is, hogy a vágókopás termékek hogyan oszlanak el különböző vágási körülmények között, mennyi kerül a forgácsba, a termékbe és a hűtőkenőanyagba, illetve mennyi válik le por formájában. Mindez nagy jelentőséggel bír a vágási feltételek meghatározásakor. (Ipari Gazdasági Újság, 1956. október 26.)

A közlekedésmérnöki üzemben körülbelül öt éve működik radioaktív izotópok laboratóriuma.

A laboratórium által megoldandó kérdések között megemlítendő a salak kalciumtartalmának meghatározása a savas elektromos ívkemencében történő olvasztás során, valamint a TE-3 dízelmozdonyban használt egyes csapágyötvözetek kopása. Kutatások folynak a hőkezelés hatásáról, a kenőanyag típusáról és a felületi tisztaságról a hajtómű kopására, az ötvözőelemek eloszlására az acélban a hűtési sebesség függvényében stb. (Krasznoje Znamja, Harkov, 1956. október 7.)

Olajipar

A rádiós naplózást széles körben használják az Archedinsky olajmező osztályán. Bekerült a kutak kötelező mérési készletébe. A radioaktív izotópokat a gyártósorok szivárgásának kimutatására használják. Így kobalt izotóp segítségével meghatároztuk a 39. és 27. számú kutak oszlopainak szivárgásának mélységét.

Ugyanezen izotópok felhasználásával jelentősen felgyorsult a munka a 93. számú devon kutatófúráson, amelyben egy új olajtartalmú képződményt fedeztek fel. (Stalingradskaya Pravda, 1956. augusztus 19.)

Fémhegesztés

A radioaktív izotópok felhasználása a hegesztésben jelenleg három irányú: a hegesztési varratok hibáinak felderítésében, az izotópok felhasználásában az automata vezérlőkörökben

És a technológiai folyamatok ellenőrzése és végül a fémhegesztés számos kohászati ​​jellemzőjének radioaktív izotópjainak segítségével történő vizsgálata.

A hegesztési varratok hibáinak kimutatására a viszonylag erős gamma-sugárzású kobalt-60 radioaktív izotóp, valamint a lágyabb sugárzású európium-154, irídium-192, cézium-137 és tulium-170 izotópok terjedtek el.

Az Ukrán SSR Tudományos Akadémiájának E. Patonról elnevezett Elektromos Hegesztési Intézete kifejlesztett egy módszert a fémmedence szintjének automatikus szabályozására az elektroslag-hegesztés során a kobalt-60 radioaktív izotóp segítségével. A salak és fém gamma-sugárzás abszorpciós együtthatóinak különbsége lehetővé tette egy automatikus fürdőszint-szabályozó építését, vagyis a vastag fémek olvasztásának automatizálását. (Ipari Gazdasági Újság, 1956. október 10.)

Műszertechnika

A Szovjetunió Állami Bányászati ​​és Műszaki Felügyelet Központi Kutatólaboratóriumának alkalmazottaiból álló csapat egy speciális eszköz-különbségmérőt készített.

A többfalú mérőműszer „R-3” változata, amelyet az Uniós Ipari Kiállításon mutattak be, hordozható, könnyű és könnyen kezelhető. A gyártásban jelenleg alkalmazott módszerek a csövek falvastagságának ellenőrzésére bonyolultak, nehézkesek és pontatlanok.

Nagy távlatok nyílnak a falmérő előtt a különböző iparágakban: a vaskohászatban az újonnan öntött csövek falainak gyors, pontos mérésére, a gőzkazánok, víz- és csatornavezetékek javításában.

A különbségmérőt az atomenergia békés célú felhasználásáról szóló genfi ​​konferencián mutatták be, és ott nagy elismerést kapott.

A készüléket most gyártási körülmények között tesztelik az egyik leningrádi hajógyárban. Tegnap Leningrádból távirat érkezett a laboratóriumba. „A fali idomszer vizsgálatát acél- és rézcsöveken végzik. Az eredmények jók."

A különbségmérő nem az egyetlen atomeszköz, amelyet Yu. G. Kardash mérnök talált fel. „Gamma-pulpomerje” minden kotrógépen látható volt a Kuibisev, Sztálingrád, Kahovszk és más vízerőművek építésekor. Meghatározza a talaj százalékos arányát a pépben, a talaj és a víz keverékében. Enélkül a kotrógép kezelője vakon dolgozik.

A Gosgortekhnadzor Központi Tudományos Kutatólaboratóriumának alkalmazottai jelenleg az atomenergia felhasználásán dolgoznak a bányászok biztonságos munkakörülményeinek biztosítása érdekében. (Komsomolskaya Pravda, 1956. október 10.)

# Hőerőművi Eszközök Kutatóintézete A Teplopribor Kutatóintézet kutatás-fejlesztési munkát végez különféle radioaktív izotópok felhasználásán alapuló automata berendezések létrehozásával.

A közelmúltban számos új készüléket hoztak létre, amelyek egy részét sikeresen tesztelték és bevezetik a gyártásba.

A PZHR-1 radioaktív folyadéksűrűség-mérőt bármilyen folyadék sűrűségének automatikus mérésére tervezték a 0,1 és 2 gramm/köbcentiméter közötti sűrűségtartományban. (Ipari Gazdasági Újság, 1956. október 14.)

Élelmiszeripar

Az Unió Konzervipari Kutatóintézete befejezte az élelmiszeripari termékek sugárzásos feldolgozására szolgáló létesítmény számításait. A berendezés élelmiszeripari termékek sterilizálására szolgál 3-10 6 röntgensugárral 20-30 percig, valamint fertőtlenítésre, pasztőrözésre és féregtelenítésre 10 4 röntgentől 10 6 röntgenig terjedő dózisokkal.

A nukleáris folyamatok energiájának közvetlen kémiai felhasználásának kérdéseit az L. Ya. Karpovról elnevezett Moszkvai Fizikai-kémiai Kutatóintézet csapata aktívan fejleszti.

Jelenleg a vegyi üzemek kálium-permanganátot használnak a paraffinok oxidálására, ennek eredményeként zsírsav keletkezik, amely a különféle mosószerek előállításának alapanyaga.

Az intézetben végzett kutatások kimutatták, hogy a paraffinok katalizátor nélkül, radioaktív sugárzással oxidálhatók. A kapott zsírsav jobb minőségű. A nukleáris folyamatok energiája ebben az esetben teljesebb oxidációt tesz lehetővé.

A műanyaggyártás egyik kiindulási terméke a fenol, amelyet benzol katalizátoros oxidációjával nyernek. Általában 1 kg fenol előállításához 2 kg benzolt kell oxidálni. Az intézetben végzett laboratóriumi kutatások feltárták annak lehetőségét, hogy egy kilogramm benzolból radioaktív sugárzással egy kilogramm fenolt nyerjenek. A szovjet tudósok az elhasznált energiára vetítve háromszor nagyobb anyaghozamot értek el, mint a külföldi tudósoké.

A hexakloránt széles körben használják a mezőgazdaságban. A termék előállításához a benzolt klórozzák. Ennek az eljárásnak az eredményeként négy izomert kapunk, amelyek közül csak egy (^-izomer) rendelkezik a szükséges tulajdonságokkal. A gamma-izomer jelenléte jellemzően 12-15%. A radioaktív sugárzás alkalmazása lehetővé tette a ^-izomer tartalmának 25%-ra való növelését.

Megállapítást nyert, hogy az atomenergia is befolyásolhatja a polimerizációs folyamat sebességét.

Számos új anyag szintézisére irányuló munka ígéretes. A tudósok azt találták, hogy a benzol ammóniával keverve közvetlenül és közvetlenül anilint ad. Az intézet dolgozói jelentős mértékben hozzájárulnak a sugárkémia fejlesztéséhez. Köztük van V. Veszelovszkij és M. Proszkurnin professzor, V. Karpov és A. Zimin a kémiai tudomány kandidátusai, A. Balelko, V. Orekhov vezető kutatók és mások (Ipari Gazdasági Újság, 1956. november 4.)

Mezőgazdasági technológia

A Szovjetunió Délkeleti Mezőgazdasági Tudományos Kutatóintézete Mikrobiológiai és Élettani Laboratóriumának alkalmazottai, A. E. Fomin és N. K. Astakhova tudományok kandidátusai megállapították, hogy a búza és a kukorica szerves foszforral való etetése felgyorsítja érését. Ez a felfedezés nagy jelentőséggel bír az ország délkeleti részén, ahol a növény a korábbi virágzási időpontokkal megúszhatja a szárazság káros hatásait. Az új mezőgazdasági technika a déli fajták északon történő népszerűsítéséhez is hozzájárul.

A Délkelet-Szovjetunió Mezőgazdasági Intézetének tudósai a tagged atom módszerrel bővítik a kutatások körét. (Szovjet Oroszország, 1956. szeptember 16.)

Az All-Union Gabonakutató Intézet a Szovjetunió Tudományos Akadémia Biofizikai Intézetével közösen kidolgozott egy előzetes tervet egy nagy teljesítményű gabonabesugárzáshoz.

A berendezés célja a gabonában található rovarok elpusztítása annak érdekében, hogy meghosszabbítsák annak eltarthatóságát.

Számításokat végeztünk a besugárzó legelőnyösebb konfigurációinak kiválasztására, mivel a besugárzó konfigurációja jelentősen befolyásolja a telepítés teljesítményét. A hasadási termékek, amelyek ipari hulladékok, -(- sugárzás forrásaként) felhasználását javasolják.

A berendezés óránként legalább 20 tonna gabonát tud feldolgozni körülbelül 30 000 rubel dózisban. A telepítés várhatóan szállítható lesz.

Napjainkban a radionuklid kutatási és kezelési módszereket széles körben alkalmazzák a tudományos és gyakorlati orvoslás különböző területein - az onkológiában, kardiológiában, hepatológiában, urológiában és nefrológiában, pulmonológiában, endokrinológiában, traumatológiában, neurológiában és idegsebészetben, gyermekgyógyászatban, allergológiában, hematológiában, klinikai immunológiában, stb.

A nukleáris medicinában használt radionuklidok osztályozása

A nukleáris medicina radionuklidjai és az ezeken alapuló megfelelő radiofarmakonok alkalmazási körük szempontjából külön csoportokba sorolhatók, mint pl. diagnosztikaiÉs gyógyászati.

Az RFP-ben diagnosztikai A radionuklid egy információhordozó, amelynek a testen kívülre jutó sugárzását külső detektorok rögzítik. Ezenkívül a sugárzás típusától függően a diagnosztikai célú radionuklidok két csoportba sorolhatók:

1. Radioculides for SPECT (SPECT angol rövidítés) - egyfoton emissziós számítógépes tomográfia; A SPECT optimális radionuklidjai közé tartoznak a 100-200 keV tartományba eső γ-kvantumenergiájú, néhány perctől több napig tartó felezési idejű γ-emitterek.
2. Radionuklidok PET-hez (PET) - pozitronemissziós tomográfia - β+ - emitterek, felezési idővel néhány másodperctől több óráig.

A terápiás célú radiofarmakonokban a radionuklid a fő terápiás alapelv, amely lehetővé teszi, hogy a terápiás sugárdózist közvetlenül a célszervben vagy esetenként az érintett sejtekben lokalizálják, és ennek megfelelően biztosítsák a környező egészséges sejtek minimális besugárzását. szervek és szövetek. A kóros folyamat természetétől és lokalizációjától függően sugárterápiát alkalmaznak:

• β (-) emitterek 200-2000 keV tartományban lévő β (-) részecskék energiájával
• α-emitterek nagy lineáris energiaátvitellel (LET ~100 keV/µm) és rövid részecskeúttal (50-100 µm);
• radionuklidok, amelyek elektronbefogással (EC) vagy belső elektronkonverzióval (IEC) bomlanak le.

A SPECT technológiát alkalmazó diagnosztikai eljárások túlnyomó többségét (~80%-át) az elmúlt 30 évben 99m Tc-készítményekkel végezték, amelyeket „a nukleáris medicina munkalovának” neveztek. Az I-123, Tl-201, In-111 széles körben elterjedt, bizonyos esetekben szükség esetén Cr-51, Ga-67, Kr-81m, I-131 stb. diagnosztikai technikákat alkalmaznak. radionuklidok, C főként -11, N-13, O-15 és F-18 (legszélesebb körben használt).

Intenzíven fejlődik a nyílt radionuklidforrású sugárterápia is, amely a betegek önálló és kombinált kezelésének is hatékony eszköze. Ezek a módszerek különösen hatékonyak rosszindulatú limfómák, pajzsmirigyrák, hormonfüggő daganatok, váz- és nyirokrendszeri metasztatikus elváltozások, rheumatoid arthritis stb. sugárterápiájában.

A kémiai elemek különféle izotópjait széles körben használják a tudományos kutatásban, az ipar és a mezőgazdaság különböző területein, az atomenergiában, a modern biológiában és az orvostudományban, a környezettudományban és más területeken. A stabil izotópok a kémiában (kémiai reakciók mechanizmusának tanulmányozására, égési folyamatokra, katalízisre, kémiai vegyületek szintézisére, spektrometriára), a biológiában, fiziológiában, biokémiában és agrokémiában (élő szervezetek anyagcsere-folyamatainak tanulmányozására) találták a legnagyobb alkalmazási területet. fehérjék, zsír- és aminosavak átalakulása, fotoszintézis folyamatok a növényekben, a víz mozgása a gyökértől a szár mentén a levelekig és a termésekig). Magfizikai berendezésekben is használják neutronszámlálók gyártására, ami lehetővé teszi a számlálási hatékonyság több mint 5-szörös növelését, az atomenergiában neutronmoderátorként és abszorberként. A fentiek azonban korántsem merítik ki az izotópok minden létező és lehetséges felhasználási területét. Emellett évről évre bővül számos tudományos és alkalmazott probléma megoldásának hatékony asszisztenseként való alkalmazásuk köre. Ezért természetesen annak ellenére, hogy az izotóptermelésre szánt állami támogatás évről évre csökken, és szinte jelentéktelenné válik, az elmúlt 10 évben folytatódott a fejlesztése. A tudományos kutatásban (például a kémiai elemzésben) általában kis mennyiségű, különböző elemek ritka izotópjaira van szükség, grammban, sőt milligrammban évente. Ugyanakkor számos, az atomenergiában, az orvostudományban és más iparágakban széles körben használt izotópok előállítására több kilogrammra, sőt tonnára is szükség van. Így a D 2 O nehézvíz atomreaktorokban való felhasználása miatt a múlt század 1990-es évek elejére globális termelése körülbelül évi 5000 tonna volt. A nehézvíz részét képező deutérium hidrogénizotóp, amelynek koncentrációja a természetes hidrogénelegyben mindössze 0,015%, a tríciummal együtt a jövőben a tudósok szerint a termonukleáris erőművek üzemanyagának fő összetevőjévé válik. magfúziós reakciók alapján működő reaktorok. Ebben az esetben óriási szükség lesz a hidrogénizotópok előállítására.

A biológiában az izotópokat olyan alapvető és alkalmazott biológiai problémák megoldására használják, amelyek más módszerekkel történő vizsgálata nehéz vagy lehetetlen. A biológia szempontjából jelentős tagged atom módszer előnye, hogy az izotópok használata nem sérti a szervezet integritását és alapvető életfunkcióit. A modern biológia számos jelentős vívmánya kapcsolódik az izotópok használatához, amelyek meghatározták a biológiai tudományok virágzását a 20. század második felében. A hidrogén (2 H és 3 H), szén (13 C és 14 C), nitrogén (15 N), oxigén (18 O), foszfor (32 P), kén (35 S), vas stabil és radioaktív izotópjainak felhasználásával 59 Fe), jód (131 I) stb., a fehérjék, nukleinsavak, szénhidrátok, zsírok és más biológiailag aktív vegyületek bioszintézisének és lebontásának összetett és egymással összefüggő folyamatai, valamint átalakulásuk kémiai mechanizmusai élő sejtben , megvilágították és részletesen tanulmányozták. Az izotópok felhasználása a fotoszintézis természetével kapcsolatos korábbi elképzelések felülvizsgálatához vezetett, valamint a szervetlen anyagok növények általi felszívódását biztosító mechanizmusokhoz: karbonátok, nitrátok, foszfátok stb. Számos tanulmányt végeztek az izotópok segítsége a biológia és a biokémia legkülönfélébb területein. Az egyik terület a bioszférában élő populációk és egy adott populáción belüli egyedek mozgásának dinamikájának és útvonalának, a mikrobák, valamint az egyes vegyületek szervezeten belüli vándorlásának tanulmányozása. Az élőlények táplálékkal vagy injekcióval történő címkézésével számos rovar (szúnyogok, legyek, sáskák), madarak, rágcsálók és egyéb kisállatok sebességét, vándorlási útvonalát lehetett tanulmányozni, és adatokat nyerni populációik méretéről. A növények élettana és biokémiája területén számos elméleti és alkalmazott probléma megoldására került sor az izotópok segítségével: az ásványi anyagok, folyadékok és gázok növényekbe jutásának útvonalai, valamint a különböző kémiai elemek szerepe, pl. mikroelemek, a növények életében tisztázták. Kimutatták, hogy a szén nemcsak a leveleken, hanem a gyökérrendszeren keresztül is bejut a növényekbe; számos anyag útvonala és mozgási sebessége a gyökérrendszerből a szárba és a levelekbe, valamint ezekből a szervekből a a gyökerek létrejöttek. Az állatok és az emberek élettana és biokémiája területén különböző anyagok szöveteikbe való bejutásának sebességét vizsgálták (többek között a vas hemoglobinba, foszfor ideg- és izomszövetekbe, kalcium csontokba való beépülési sebessége). A munkák egy fontos csoportja a szervezetben zajló kémiai reakciók mechanizmusainak tanulmányozására terjed ki. Így sok esetben sikerült kapcsolatot létesíteni az eredeti és az újonnan képződött molekulák között, nyomon követni az egyes atomok, kémiai csoportok „sorsát” az anyagcsere folyamatokban, illetve meghatározni ezen átalakulások sorrendjét és sebességét. A kapott adatok döntő szerepet játszottak a bioszintézis és anyagcsere modern sémáinak (metabolikus térképek), az élelmiszerek, gyógyszerek és mérgek élő szervezetekben történő átalakulásának utak felépítésében. Ennek a csoportnak a munkája magában foglalja a fotoszintézis során felszabaduló oxigén eredetének tisztázását: kiderült, hogy forrása víz, nem szén-dioxid. Másrészt a 14 CO 2 felhasználása lehetővé tette a fotoszintézis során a szén-dioxid átalakulások útjainak feltárását. A „címkézett” élelmiszerek használata a tápanyagok felszívódásának és eloszlásának sebességének, a szervezetben való „sorsának” új megértéséhez vezetett, valamint segített a belső és külső tényezők (éhezés, fulladás, túlterheltség stb.) hatásának nyomon követésében. az anyagcserén. Az izotópos módszer lehetővé tette az anyagok biológiai membránokon keresztüli reverzibilis transzportjának folyamatainak tanulmányozását. Kimutatták, hogy az anyagok koncentrációja a membrán mindkét oldalán állandó marad, miközben megtartja a membránokkal elválasztott közegekre jellemző koncentráció-gradienseket. A módszer alkalmazást talált olyan folyamatok vizsgálatában, amelyekben a szervezetben az információ átadása döntő szerepet játszik (idegimpulzusok vezetése, irritáció kiváltása és befogadása stb.) Az izotópos módszer hatékonysága az ilyen jellegű munkákban Ennek az az oka, hogy egész, ép organizmusokat kutatnak, amelyek az idegi és humorális kapcsolatok teljes komplex rendszerét érintetlenül tartják. Végül a munkák egy csoportja a biológiai struktúrák statikus jellemzőinek vizsgálatát foglalja magában, kezdve a molekuláris szinttől (fehérjék, nukleinsavak) és a szupramolekuláris struktúrákig (riboszómák, kromoszómák és egyéb organellumok). Például a fehérjék és nukleinsavak 1 H 2 O, 2 H 2 O és H 2 18 O relatív stabilitásának vizsgálatai hozzájárultak a biopolimerek szerkezetét stabilizáló erők természetének, különösen a hidrogén szerepének tisztázásához. kötések a biológiai rendszerekben. Az izotóp kiválasztásánál fontos szempont az izotópelemzési módszer érzékenysége, valamint a radioaktív bomlás típusa és a sugárzási energia. A stabil izotópok (2 H, 18 O, 15 N stb.) előnye a sugárzás hiánya, aminek gyakran vannak mellékhatásai a vizsgált élőrendszerre. Ugyanakkor a meghatározásukra szolgáló módszerek (tömegspektroszkópia, denzitometria) viszonylag alacsony érzékenysége, valamint a jelölt vegyület izolálásának szükségessége korlátozza a stabil izotópok biológiában való felhasználását. A gamma-aktív izotópok (59 Fe, 131 I stb.) regisztrációjának nagy érzékenysége. ) lehetővé tette élő szervezetben a véráramlás sebességének mérését, a vér mennyiségének és teljes keringésének időpontjának meghatározását, valamint a belső elválasztású mirigyek munkájának tanulmányozását.

Izotópok felhasználása a gyógyászatban. Az izotópok segítségével számos betegség kialakulásának mechanizmusát (patogenezisét) tárták fel; Az anyagcsere tanulmányozására és számos betegség diagnosztizálására is használják. Az izotópok rendkívül kis mennyiségben kerülnek a szervezetbe, amelyek nem képesek kóros elváltozásokat okozni. A különböző elemek egyenetlenül oszlanak el a testben. Az izotópok hasonló eloszlásúak. Az izotóp bomlásából származó sugárzást radiometrikus műszerekkel, szkenneléssel, autoradiográfiával stb. rögzítik. Így a szisztémás és pulmonalis keringés állapotát, a szívkeringést, a véráramlás sebességét és a szívüregek képét olyan vegyületek segítségével határozzák meg, mint pl. 24 Na, 131 I, 99 Tc; A 99 Tc, 133 Xe a pulmonalis lélegeztetés és a gerincvelő betegségeinek tanulmányozására szolgál; A humán szérum albumin 131 I makroaggregátumait a tüdő különböző gyulladásos folyamatainak, daganatainak, valamint a pajzsmirigy különböző betegségeinek diagnosztizálására használják. A máj koncentrációs és kiválasztási funkcióit bengáli rózsafestékkel vizsgálják 131 I, 198 Au; vesefunkció 131 I-hippuránnal végzett renográfia és 203 Hg-mal vagy 99 Tc-vel jelölt neohidrin beadása utáni szkennelés során. A belek és a gyomor képét 99 Tc-vel, a lépről 99 Tc-vel vagy 51 Cr-t tartalmazó vörösvértestekkel készítjük; A hasnyálmirigy-betegségeket 75 Se segítségével diagnosztizálják. A 85 Sr és 85 P diagnosztikai alkalmazásokkal is rendelkezik.

Az izotópok mezőgazdasági felhasználását (3 H, 14 C, 22 Na, 32 P, 35 S, 42 K, 45 Ca, 60 Co, 65 Zn, 99 Mo stb.) széles körben alkalmazzák a talaj fizikai tulajdonságainak meghatározására. és tartalékok benne a növényi táplálék elemeit, a talaj és a műtrágyák kölcsönhatásának, az ásványi zsírokból a tápanyagok növények általi felszívódásának folyamatait, az ásványi tápláléknak a leveleken keresztül a növényekbe való bejutását és a talajtani és agrokémiai egyéb kérdéseket. Az izotópokat a peszticidek, különösen a gyomirtó szerek növényi szervezetre gyakorolt ​​hatásának kimutatására használják, ami lehetővé teszi a növények kezelésének koncentrációjának és időzítésének meghatározását. Izotópos módszerrel vizsgálják a mezőgazdasági kultúrák legfontosabb biológiai tulajdonságait (a tenyészanyag értékelésénél és kiválasztásánál), a termést, a korai érést és a hidegállóságot. Az állattenyésztésben az állatok szervezetében lezajló élettani folyamatokat vizsgálják, a takarmányt mérgező anyagok (melyek kis dózisai kémiai módszerekkel nehezen határozhatók meg) és mikroelemek tartalmára vonatkozóan. Az izotópok segítségével olyan technikákat fejlesztenek ki, amelyek automatizálják a termelési folyamatokat, például a gyökérnövényeket a kövektől és a talajdaraboktól elválasztják, amikor kombájnnal aratnak be sziklás és nehéz talajokon.

Tanfolyami munka

A témában: "Radioaktivitás.

Radioaktív izotópok alkalmazása a technológiában"

Bevezetés

1. A radioaktív sugárzás fajtái

2.A radioaktivitás egyéb típusai

3. Alfa-bomlás

4.Béta-bomlás

5. Gamma-bomlás

6. A radioaktív bomlás törvénye

7.Radioaktív sorozat

8. Radioaktív sugárzás hatása az emberre

9.Radioaktív izotópok használata

Felhasznált irodalom jegyzéke

Bevezetés

Radioaktivitás– az atommagok átalakulása más atommagokká, különféle részecskék kibocsátásával és elektromágneses sugárzással együtt. Innen a jelenség neve: latinul radio - sugároz, activus - hatásos. Ezt a szót Marie Curie alkotta meg. Amikor egy instabil atommag - egy radionuklid - elbomlik, egy vagy több nagy energiájú részecske nagy sebességgel kirepül belőle. Ezen részecskék áramlását radioaktív sugárzásnak vagy egyszerűen sugárzásnak nevezik.

röntgensugarak. A radioaktivitás felfedezése közvetlenül összefüggött Röntgen felfedezésével. Ráadásul egy ideig azt hitték, hogy ezek ugyanaz a típusú sugárzás. 19. század vége Általában gazdag volt különféle, korábban ismeretlen „sugárzások” felfedezésében. Az 1880-as években Joseph John Thomson angol fizikus elemi negatív töltéshordozókat kezdett tanulmányozni; 1891-ben George Johnston Stoney (1826–1911) ír fizikus elektronoknak nevezte ezeket a részecskéket. Végül decemberben Wilhelm Conrad Roentgen bejelentette egy új típusú sugár felfedezését, amelyet röntgensugárzásnak nevezett. Eddig a legtöbb országban így hívták őket, de Németországban és Oroszországban elfogadták Rudolf Albert von Kölliker (1817–1905) német biológus javaslatát, hogy a sugarakat röntgensugárzásnak nevezzék. Ezek a sugarak akkor jönnek létre, amikor a vákuumban gyorsan repülő elektronok (katódsugarak) ütköznek egy akadályba. Köztudott volt, hogy amikor a katódsugarak ütközik az üveggel, látható fényt bocsát ki – zöld lumineszcenciát. A röntgenfelvétel felfedezte, hogy ezzel egy időben más láthatatlan sugarak is kiáradtak az üveg zöld foltjából. Ez véletlenül történt: egy sötét szobában a közeli, bárium-tetracianoplatinát Ba-val (korábban bárium-platina-szulfidnak) borított képernyő fénylett. Ez az anyag fényes sárga-zöld lumineszcenciát hoz létre ultraibolya és katódsugarak hatására. De a katódsugarak nem értek el a képernyőt, sőt, amikor a készüléket fekete papír borította, a képernyő tovább világított. Roentgen hamarosan felfedezte, hogy a sugárzás sok átlátszatlan anyagon áthalad, és a fekete papírba csomagolt, vagy akár fémtokba helyezett fényképezőlap megfeketedését okozza. A sugarak áthaladtak egy nagyon vastag könyvön, egy 3 cm vastag lucfenyő deszkán, egy 1,5 cm vastag alumínium lemezen... Röntgen rájött felfedezésének lehetőségeire: „Ha a kisülőcső és a képernyő közé tartod a kezed”, ezt írta: „Sötét árnyékcsontok láthatók a kéz világosabb körvonalai hátterében”. Ez volt az első fluoroszkópos vizsgálat a történelemben.

Roentgen felfedezése azonnal elterjedt az egész világon, és nem csak a szakembereket lepte meg. 1896 előestéjén egy kéz fényképét állították ki egy német város egyik könyvesboltjában. Egy élő ember csontjai látszottak rajta, az egyik ujján pedig egy jegygyűrű. Röntgen feleségének a kezéről készült röntgenfelvétel volt. Röntgen első üzenete Egy újfajta sugarakról" december 28-án jelent meg a „Reports of the Würzburg Physico-Medical Society”-ben, azonnal lefordították és megjelentették különböző országokban, a leghíresebb londoni „Nature” tudományos folyóirat 1896. január 23-án közölte Roentgen cikkét.

Új sugarakat kezdtek felfedezni szerte a világon, csak egy év alatt több mint ezer cikk jelent meg e témában. A kórházakban is megjelentek az egyszerű kialakítású röntgengépek: az új sugarak gyógyászati ​​felhasználása nyilvánvaló volt.

Ma a röntgensugarakat széles körben használják (és nem csak orvosi célokra) szerte a világon.

Becquerel sugarai. Röntgen felfedezése hamarosan hasonlóan figyelemre méltó felfedezéshez vezetett. Antoine Henri Becquerel francia fizikus készítette 1896-ban. 1896. január 20-án részt vett az Akadémia ülésén, amelyen Henri Poincaré fizikus és filozófus beszélt Röntgen felfedezéséről, és bemutatta az emberi kéz Franciaországban készült röntgenfelvételeit. Poincare nem korlátozta magát az új sugarakról való beszélésre. Azt javasolta, hogy ezek a sugarak a lumineszcenciához kapcsolódnak, és talán mindig egyidejűleg jelennek meg az ilyen típusú izzással, így valószínűleg meg lehet tenni a katódsugarak nélkül. Az ultraibolya sugárzás – fluoreszcencia vagy foszforeszcencia (a 19. században ezek között a fogalmak között nem volt szigorú különbségtétel)) anyagok lumineszcenciája ismerős volt Becquerel számára: apja, Alexander Edmond Becquerel (1820–1891) és nagyapja, Antoine Cesar Becquerel is. (1788–1878) részt vettek benne.mindketten fizikusok; Antoine Henri Becquerel fia, Jacques is fizikus lett, aki „örökölte” a Párizsi Természettudományi Múzeum fizika tanszékét, Becquerel 110 évig, 1838-tól 1948-ig vezette ezt a tanszéket.

Becquerel úgy döntött, hogy megvizsgálja, hogy a röntgensugarak összefüggésben állnak-e a fluoreszcenciával. Egyes uránsók, például az uranil-nitrát UO 2 (NO 3) 2, élénk sárga-zöld fluoreszcenciát mutatnak. Ilyen anyagok voltak Becquerel laboratóriumában, ahol dolgozott. Édesapja uránpreparátumokkal is dolgozott, aki kimutatta, hogy a napfény megszűnése után fényük nagyon gyorsan – kevesebb, mint egy századmásodperc alatt – eltűnik. Senki sem ellenőrizte azonban, hogy ez a ragyogás jár-e más, átlátszatlan anyagokon áthaladó sugarak kibocsátásával, mint a Roentgen esetében. Pontosan ezt döntötte el Becquerel Poincaré jelentése után. 1896. február 24-én az Akadémia heti ülésén elmondta, hogy vett egy kétrétegű vastag fekete papírba csomagolt fényképezőlapot, amelyre kettős kálium-uranil-szulfát K 2 UO 2 (SO 4) 2 2H2O kristályokat helyezett. és mindezt több órán át napfénynek tette ki, majd a fotólemez előhívása után láthatók rajta a kristályok kissé elmosódott körvonalai. Ha a lemez és a kristályok közé érmét vagy bádogból kivágott figurát helyezünk, akkor az előhívás után ezeknek a tárgyaknak tiszta képe jelenik meg a lemezen.

Mindez összefüggésre utalhat a fluoreszcencia és a röntgensugárzás között. A nemrégiben felfedezett röntgensugarakat sokkal egyszerűbben - katódsugarak és az ehhez szükséges vákuumcső és nagyfeszültség nélkül - meg lehet szerezni, de ellenőrizni kellett, hogy kiderül-e, hogy az uránsó a napon hevítve kibocsát valamennyit. egyfajta gáz, amely a fekete papír alá hatol és a fényképészeti emulzióra hat.. Ennek a lehetőségnek a kizárására Becquerel üveglapot helyezett az uránsó és a fényképezőlap közé - az még mindig világított. „Innen – fejezte be rövid üzenetét Becquerel – arra a következtetésre juthatunk, hogy a világító só olyan sugarakat bocsát ki, amelyek áthatolnak a fekete papíron, átlátszatlanok a fény számára, és helyreállítják az ezüstsókat a fényképezőlapon.” Mintha igaza lett volna Poincarénak, és a röntgenfelvételekből egészen más módon lehet röntgenfelvételt szerezni.

Becquerel számos kísérletet kezdett végezni, hogy jobban megértse, milyen körülmények között jelennek meg a fénysugarak, amelyek megvilágítanak egy fényképezőlemezt, és hogy megvizsgálja e sugarak tulajdonságait. A kristályok és a fotólemez közé különböző anyagokat helyezett el - különböző vastagságú papírt, üveget, alumíniumot, réz- és ólomlemezeket. Az eredmények megegyeztek a Roentgen által kapott eredményekkel, ami szintén érvként szolgálhat a két sugárzás hasonlósága mellett. A közvetlen napfény mellett Becquerel tükörről visszavert vagy prizmával megtört fénnyel világította meg az uránsót. Megkapta, hogy az összes korábbi kísérlet eredménye semmiképpen nem függ össze a nappal; csak az számított, mennyi ideig volt az uránsó a fényképezőlap közelében. Másnap Becquerel beszámolt erről az Akadémia ülésén, de mint később kiderült, téves következtetést vont le: úgy döntött, hogy az uránsó, legalább egyszer „feltöltött” a fényben, képes kibocsátani. láthatatlan áthatoló sugarak hosszú ideig.

Az év végéig Becquerel kilenc cikket jelentetett meg ebben a témában, az egyikben ezt írta: „Egy vastag falú ólomdobozba különböző uránsókat helyeztek el... Bármilyen ismert sugárzás hatásától védve, ezek az anyagok tovább folytatódtak. üvegen és fekete papíron áthaladó sugarakat bocsátani..., nyolc hónap alatt.”

Ezek a sugarak bármilyen uránvegyületből származnak, még azokból is, amelyek nem világítanak a napon. A fémes urán sugárzása még erősebbnek bizonyult (körülbelül 3,5-szeres). Nyilvánvalóvá vált, hogy a sugárzás, bár bizonyos megnyilvánulásaiban hasonlít a röntgensugárzáshoz, nagyobb áthatoló ereje van, és valamilyen módon rokon az uránnal, ezért Becquerel „uránsugaraknak” kezdte nevezni.

Becquerel azt is felfedezte, hogy az „uránsugarak” ionizálják a levegőt, ami elektromos vezetővé teszi. Szinte egyidejűleg, 1896 novemberében J. J. Thomson és Ernest Rutherford angol fizikusok (felfedezte a levegő ionizációját röntgensugárzás hatására. A sugárzás intenzitásának mérésére Becquerel egy elektroszkópot használt, amelyben a legkönnyebb arany levelek, a végüknél felfüggesztve és elektrosztatikusan feltöltött, taszítják és szabad végeik eltérnek.Ha a levegő áramot vezet, a töltés lecsapódik a levelekről és azok lehullanak - minél gyorsabban nagyobb a levegő elektromos vezetőképessége, és ezáltal a sugárzás intenzitása is.

Felmerült a kérdés, hogy egy anyag hogyan bocsát ki folyamatos sugárzást, amely nem gyengül hosszú hónapokon keresztül külső forrásból származó energia nélkül, maga Becquerel írta, hogy nem tudta megérteni, honnan kapta az urán az általa folyamatosan kibocsátott energiát. Különféle hipotéziseket állítottak fel ezzel kapcsolatban, néha egészen fantasztikusak. William Ramsay angol kémikus és fizikus például ezt írta: „...a fizikusok tanácstalanok voltak, honnan származhat az uránsókban található kimeríthetetlen energiakészlet. Lord Kelvin hajlamos volt azt feltételezni, hogy az urán egyfajta csapdaként szolgál, amely felfogja a világűrön keresztül hozzánk eljutó, egyébként kimutathatatlan sugárzó energiát, és olyan formává alakítja, hogy alkalmassá tegye kémiai hatások kiváltására."

Becquerel nem tudta sem elfogadni ezt a hipotézist, sem valami hihetőbbet kitalálni, sem az energiamegmaradás elvét. Ennek az lett a vége, hogy egy időre teljesen felhagyott az uránnal végzett munkával, és a spektrumvonalak mágneses térben történő felosztásával foglalkozott. Ezt a hatást a fiatal holland fizikus, Pieter Zeeman szinte egy időben fedezte fel Becquerel felfedezésével, és egy másik holland, Hendrik Anton Lorentz magyarázta.

Ezzel befejeződött a radioaktivitás-kutatás első szakasza. Albert Einstein a radioaktivitás felfedezését a tűz felfedezéséhez hasonlította, mivel úgy vélte, hogy a tűz és a radioaktivitás egyaránt fontos mérföldkövek a civilizáció történetében.

1. A radioaktív sugárzás fajtái

Amikor hatalmas, az uránnál milliószor erősebb sugárforrások jelentek meg a kutatók kezében (rádium-, polónium-, aktíniumkészítmények voltak), meg lehetett ismerkedni a radioaktív sugárzás tulajdonságaival. Ernest Rutherford, a házastársak, Maria és Pierre Curie, A. Becquerel és még sokan mások aktívan részt vettek a témával kapcsolatos első tanulmányokban. Mindenekelőtt a sugarak áthatoló képességét, valamint a mágneses tér sugárzására gyakorolt ​​hatását vizsgálták. Kiderült, hogy a sugárzás nem egyenletes, hanem „sugarak” keveréke. Pierre Curie felfedezte, hogy amikor egy mágneses mező hat a rádium sugárzására, egyes sugarak eltérnek, míg mások nem. Köztudott volt, hogy a mágneses tér csak töltött, repülő részecskéket téríti el, pozitív és negatív különböző irányokba. Az elhajlás iránya alapján meggyőződtünk arról, hogy az eltérített β-sugarak negatív töltésűek. További kísérletek kimutatták, hogy nincs alapvető különbség a katód és a β-sugarak között, ami azt jelentette, hogy elektronáramlást képviselnek.

Az eltérített sugarak erősebben tudtak áthatolni a különböző anyagokon, míg a nem elhajló sugarakat még vékony alufólia is könnyen elnyelte - így viselkedett például az új elem, a polónium sugárzása - sugárzása még a kartonon sem hatolt át. annak a doboznak a falai, amelyben a gyógyszert tárolták.

Erősebb mágnesek használatakor kiderült, hogy az α-sugarak is eltérnek, csak sokkal gyengébbek, mint a β-sugarak, és a másik irányba. Ebből az következett, hogy pozitív töltésűek és lényegesen nagyobb tömegűek (mint később kiderült, az α-részecskék tömege 7740-szer nagyobb, mint az elektron tömege). Ezt a jelenséget először A. Becquerel és F. Giesel fedezte fel 1899-ben. Később kiderült, hogy az α-részecskék a hélium atomok magjai (4 He nuklid) +2 töltéssel és 4 egység tömeggel Amikor 1900-ban Paul Villar francia fizikus (1860–1934) részletesebben tanulmányozta a Az α- és β-sugarak eltérése miatt a rádium sugárzásában felfedezett egy harmadik típusú sugarat, amely nem tér el a legerősebb mágneses térben, ezt a felfedezést hamarosan Becquerel is megerősítette. Ezt a fajta sugárzást az alfa- és béta-sugarak analógiájára gamma-sugárzásnak nevezték; a különböző sugárzások görög ábécé első betűivel való megjelölését Rutherford javasolta. A gamma-sugarakról kiderült, hogy hasonlóak a röntgensugárzáshoz, azaz. ezek elektromágneses sugárzások, de rövidebb hullámhosszúak és ezért nagyobb energiájúak. Mindezeket a sugárzási típusokat leírta M. Curie „Radium and Radioactivity” című monográfiájában. Mágneses tér helyett elektromos térrel lehet a sugárzást „hasítani”, csak a benne lévő töltött részecskék nem az erővonalakra merőlegesen térnek el, hanem azok mentén - az eltérítő lemezek felé.

Sokáig nem volt világos, honnan származnak ezek a sugarak. Több évtized alatt számos fizikus munkája során tisztázták a radioaktív sugárzás természetét és tulajdonságait, és új típusú radioaktivitásokat fedeztek fel.γ

Az alfa-sugarakat főleg a legnehezebb, ezért kevésbé stabil atomok magjai bocsátják ki (a periódusos rendszerben az ólom után helyezkednek el). Ezek nagy energiájú részecskék. Általában több α-részecskecsoportot figyelnek meg, amelyek mindegyikének szigorúan meghatározott energiája van. Így a 226 Ra atommagból kibocsátott α-részecske szinte mindegyikének energiája 4,78 MeV (megaelektronvolt), az α-részecskék egy kis részének energiája pedig 4,60 MeV. Egy másik rádium izotóp, a 221 Ra négy α-részecskék csoportot bocsát ki, amelyek energiája 6,76, 6,67, 6,61 és 6,59 MeV. Ez több energiaszint jelenlétét jelzi az atommagokban, ezek különbsége megfelel az atommag által kibocsátott α-kvantumok energiájának. A „tiszta” alfa-sugárzók is ismertek (például 222 Rn).

A képlet szerint E = mu 2 /2 bizonyos energiájú α-részecskék sebességét ki lehet számítani. Például 1 mol α részecskék a E= 4,78 MeV rendelkezik energiával (SI-egységben) E= 4,78 10 6 eV  96500 J/(eV mol) = 4,61 10 11 J/mol és tömeg m= 0,004 kg/mol, honnan uα 15200 km/s, ami több tízezerszer gyorsabb, mint egy pisztolygolyó sebessége. Az alfa-részecskék rendelkeznek a legerősebb ionizáló hatással: ha gázban, folyékony vagy szilárd anyagban bármilyen más atommal ütköznek, elektronokat „leszednek” róluk, és ezzel töltött részecskéket hoznak létre. Ebben az esetben az α-részecskék nagyon gyorsan veszítenek energiából: még egy papírlap is megtartja őket. Levegőben a rádiumból származó α-sugárzás csak 3,3 cm-t, a tóriumból származó α-sugárzás 2,6 cm-t stb. Végül a kinetikus energiát vesztett α részecske két elektront fog be és héliumatommá alakul. A hélium atom első ionizációs potenciálja (He – e → He +) 24,6 eV, a második (He + – e → He +2) 54,4 eV, ami jóval magasabb, mint bármely más atomé. Amikor az elektronokat befogják az α-részecskék, hatalmas energia szabadul fel (több mint 7600 kJ/mol), így magát a hélium atomjait kivéve egyetlen atom sem tudja megtartani az elektronjait, ha véletlenül egy α-részecske van a közelben. .

Az α-részecskék nagyon magas kinetikus energiája lehetővé teszi, hogy szabad szemmel (vagy közönséges nagyítóval) „lássuk” őket, ezt először 1903-ban mutatta be William Crookes angol fizikus és vegyész (1832 - 1919. Egy tű hegyére ráragasztott egy szemnek alig látható rádium sót, és a tűt széles üvegcsőben erősítette meg, melynek egyik végébe, a tű hegyétől nem messze került. egy foszforréteggel borított lemez (cink-szulfid volt), a másik végén pedig egy nagyító.Ha sötétben vizsgálod a foszfort, láthatod: az egész terepi látást villogó szikrák tarkítják és most kihal. Minden szikra egy α-részecske becsapódásának eredménye. Crookes ezt az eszközt spinthariscope-nak nevezte (a görög spintharis - szikra és skopeo - nézd, figyeld). Az α-részecskék megszámlálásának ezzel az egyszerű módszerével A szám Számos tanulmányt végeztek, például ezzel a módszerrel sikerült egészen pontosan meghatározni az Avogadro-állandót.

Az atommagban a protonokat és a neutronokat nukleáris erők tartják össze, ezért nem volt világos, hogy egy két protonból és két neutronból álló alfa-részecske hogyan hagyhatja el az atommagot. A választ 1928-ban George (Georgi Antonovich) Gamow amerikai fizikus (aki 1933-ban emigrált a Szovjetunióból) adta meg. A kvantummechanika törvényei szerint az α-részecskék, mint minden kis tömegű részecskék, hullámjellegűek, ezért kis valószínűséggel az atommagon kívül, egy kis (kb. 6) helyen kötnek ki. · 10–12 cm) távolságra van tőle. Amint ez megtörténik, a részecske Coulomb taszítást kezd tapasztalni egy nagyon közeli pozitív töltésű magból.

Főleg nehéz atommagok vannak kitéve az alfa-bomlásnak - több mint 200 ismert közülük; az alfa-részecskéket a bizmutot követő elemek legtöbb izotópja bocsátja ki. Ismertek könnyebb alfa-sugárzók, főleg ritkaföldfémek atomjai. De miért alfa-részecskék repülnek ki az atommagból, és nem az egyes protonok? Minőségileg ez az α-bomlás során fellépő energianövekedéssel magyarázható (az α-részecskék - a héliummagok stabilak). Az α-bomlás kvantitatív elmélete csak az 1980-as években született meg, kidolgozásában hazai fizikusok is részt vettek, köztük Lev Davidovich Landau, Arkady Beinusovich Migdal (1911–1991), a Voronyezsi Egyetem magfizikai tanszékének vezetője, Stanislav Georgievich Kadmensky és a kollégák.

Az alfa-részecske elhagyása a magból egy másik kémiai elem magjához vezet, amely két cellával balra tolódik el a periódusos rendszerben. Példa erre a polónium hét izotópjának (84-es nukleáris töltés) átalakulása különböző ólom izotópokká (82-es nukleáris töltés): 218 Po → 214 Pb, 214 Po → 210 Pb, 210 Po → 206 Pb, 211 Po → 207 Pb, 215 Po → 211 Pb, 212 Po → 208 Pb, 216 Po → 212 Pb. A 206 Pb, 207 Pb és 208 Pb ólomizotópok stabilak, a többi radioaktív.

A béta-bomlás mind a nehéz, mind a könnyű atommagokban, például a tríciumban előfordul. Ezek a könnyű részecskék (gyors elektronok) nagyobb áthatolóerővel rendelkeznek. Így a levegőben a β-részecskék több tíz centimétert is képesek repülni, folyékony és szilárd anyagokban - milliméteres töredékektől körülbelül 1 cm-ig.Az α-részecskékkel ellentétben a β-sugarak energiaspektruma nem diszkrét. Az atommagból kikerülő elektronok energiája közel nullától egy adott radionuklidra jellemző maximális értékig változhat. Jellemzően a β részecskék átlagos energiája sokkal kisebb, mint az α részecskéké; például a 228 Ra-ból származó β-sugárzás energiája 0,04 MeV. De vannak kivételek; tehát a rövid élettartamú 11 Be nuklid β-sugárzása 11,5 MeV energiát hordoz. Sokáig nem volt világos, hogy a részecskék hogyan repülnek ki ugyanazon elem azonos atomjaiból különböző sebességgel. Amikor kiderült az atom és az atommag szerkezete, új rejtély merült fel: honnan származnak az atommagból kiszabaduló β-részecskék - elvégre az atommagban nincsenek elektronok. Miután James Chadwick angol fizikus 1932-ben felfedezte a neutront, Dmitrij Dmitrijevics Ivanenko (1904–1994) és Igor Evgenievich Tamm orosz fizikusok, valamint egymástól függetlenül Werner Heisenberg német fizikus azt javasolta, hogy az atommagok protonokból és neutronokból álljanak. Ebben az esetben a β-részecskék a neutron protonná és elektronná alakításának intranukleáris folyamata eredményeként jönnek létre: n → p + e. A neutron tömege valamivel nagyobb, mint egy proton és egy elektron együttes tömege, tömegfelesleg, az Einstein-képlet szerint E = mc A 2. ábra az atommagból kilépő elektron mozgási energiáját adja meg, ezért β-bomlás főleg a neutronfeleslegszámú atommagokban figyelhető meg. Például a 226 Ra nuklid α-sugárzó, és a rádium összes nehezebb izotópja (227 Ra, 228 Ra, 229 Ra és 230 Ra) β-kibocsátó.

Azt kellett kideríteni, hogy a β-részecskék az α-részecskékkel ellentétben miért rendelkeznek folytonos energiaspektrummal, ami azt jelentette, hogy némelyikük nagyon alacsony, míg mások nagyon nagy energiájúak (és ugyanakkor közeli sebességgel mozognak). a fénysebesség). Sőt, ezen elektronok összenergiája (kaloriméterrel mértük) kisebbnek bizonyult, mint az eredeti atommag energiája és a bomlási szorzata közötti különbség. A fizikusok ismét az energiamegmaradás törvényének „megsértésével” szembesültek: az eredeti atommag energiájának egy része ismeretlen helyre tűnt el. A megingathatatlan fizikai törvényt 1931-ben Wolfgang Pauli svájci fizikus „mentette meg”, aki azt javasolta, hogy a β-bomlás során két részecske repül ki az atommagból: egy elektron és egy feltételezett semleges részecske - egy majdnem nulla tömegű neutrínó, amely elszállítja. felesleges energia. A β-sugárzás folytonos spektrumát az elektronok és a részecske közötti energiaeloszlás magyarázza. A neutrínók (mint később kiderült, az úgynevezett elektron-antineutrínó a béta-bomlás során keletkezik) nagyon gyengén lépnek kölcsönhatásba az anyaggal (például könnyen áthatolnak a földgömb átmérőjén, sőt egy hatalmas csillagon is), ezért nem észlelték őket hosszú ideig - kísérletileg szabad neutrínókat csak 1956-ban regisztráltak. Így a finomított béta-bomlási séma a következő: n → p +. A β-bomlás kvantitatív elméletét, amely Paulinak a neutrínókról alkotott elképzelésein alapul, 1933-ban Enrico Fermi olasz fizikus dolgozta ki, aki a neutrínó (olaszul „neutron”) nevet is javasolta.

A béta-bomlás során a neutron protonná történő átalakulása gyakorlatilag nem változtatja meg a nuklid tömegét, hanem eggyel növeli az atommag töltését. Következésképpen egy új elem jön létre, egy cellával jobbra tolva a periódusos rendszerben, például: →, →, → stb. (egy elektron és egy antineutrínó egyszerre repül ki az atommagból).

2. A radioaktivitás egyéb típusai

Az alfa- és béta-bomláson kívül más típusú spontán radioaktív átalakulások is ismertek. 1938-ban Louis Walter Alvarez amerikai fizikus felfedezte a radioaktív átalakulás harmadik típusát - az elektronbefogást (E-capture). Ebben az esetben az atommag a hozzá legközelebb eső energiahéjból (K-héj) fog be egy elektront. Amikor egy elektron kölcsönhatásba lép egy protonnal, neutron képződik, és egy neutrínó kirepül az atommagból, és elszállítja a felesleges energiát. A proton neutronná alakulása nem változtatja meg a nuklid tömegét, hanem eggyel csökkenti az atommag töltését. Következésképpen egy új elem képződik, amely egy cellával balra helyezkedik el a periódusos rendszerben, például stabil nuklidot kapunk (ebben a példában Alvarez fedezte fel az ilyen típusú radioaktivitást).

Az atom elektronhéjában történő K-befogás során egy magasabb energiaszintről érkező elektron „leszáll” az eltűnt elektron helyére, a felesleges energia vagy röntgensugarak formájában felszabadul, vagy az eltávozásra fordítódik. gyengébb kötésű egy vagy több elektron atomja - az úgynevezett Auger-elektronok, Pierre Auger (1899–1993) francia fizikusról nevezték el, aki 1923-ban fedezte fel ezt a hatást (ionizáló sugárzást használt a belső elektronok kiiktatására).

1940-ben Georgij Nyikolajevics Flerov (1913–1990) és Konsztantyin Antonovics Petrzsak (1907–1998) az urán példáján felfedezték a spontán hasadást, amelyben egy instabil mag két könnyebb magra bomlik, amelyek tömege nem nagyon különbözik. sokat, például: → + + 2n. Ez a fajta bomlás csak az uránban és a nehezebb elemekben figyelhető meg - összesen több mint 50 nuklidban. Az urán esetében a spontán hasadás nagyon lassan megy végbe: egy 238 U atom átlagos élettartama 6,5 ​​milliárd év. 1938-ban Otto Hahn német fizikus és kémikus, Lise Meitner osztrák radiokémikus és fizikus (az Mt - meitnerium elem róla kapta a nevét) és a német fizikai kémikus, Fritz Strassmann (1902–1980) felfedezte, hogy amikor neutronokkal bombázzák, az urán atommag töredékekre oszlanak, és a neutronokból kibocsátottak a szomszédos uránmagok hasadását okozhatják, ami láncreakcióhoz vezet). Ez a folyamat óriási (a kémiai reakciókhoz képest) energia felszabadulásával jár, ami nukleáris fegyverek létrehozásához és atomerőművek építéséhez vezetett.

1934-ben Marie Curie lánya, Irène Joliot-Curie és férje, Frédéric Joliot-Curie felfedezték a pozitron-bomlást. Ebben a folyamatban az atommag egyik protonja neutronná és antielektronná (pozitronná) - azonos tömegű, de pozitív töltésű részecske - válik; ezzel egyidejűleg egy neutrínó kirepül az atommagból: p → n + e + + 238. Az atommag tömege nem változik, de eltolódás következik be, ellentétben a β – bomlással, balra, β+ bomlás azokra a magokra jellemző, protontöbblet (az úgynevezett neutronhiányos magok). Így az oxigén 19 O, 20 O és 21 O β - nehéz izotópjai, a 14 O és 15 O β + könnyű izotópjai pedig aktívak, például: 14 O → 14 N + e + + + 238. Mint az antirészecskék , a pozitronok azonnal megsemmisülnek (megsemmisülnek), amikor elektronokkal találkoznak és két γ kvantum keletkezik. A pozitron-bomlás gyakran versenyez a K-befogással.

1982-ben fedezték fel a proton radioaktivitását: egy proton kibocsátását egy mag által (ez csak néhány mesterségesen előállított, többletenergiával rendelkező atommag esetében lehetséges). Vitalij Iosifovich Goldansky (1923–2001) fizikai kémikus 1960-ban elméletileg megjósolta a kétprotonos radioaktivitást: két proton kilökődését páros spinekkel az atommagból. Először 1970-ben figyelték meg. Kétneutronos radioaktivitást is nagyon ritkán figyeltek meg (1979-ben fedezték fel).

1984-ben a klaszter radioaktivitását fedezték fel (az angol cluster - bunch, swarm szóból). Ebben az esetben a spontán hasadástól eltérően az atommag nagyon eltérő tömegű töredékekre bomlik, például egy nehéz magból 14-34 tömegű atommagok repülnek ki.A klaszterbomlás is nagyon ritkán figyelhető meg, és ez tette azt sokáig nehéz felismerni.

Egyes magok különböző irányban bomlanak le. Például a 221 Rn 80%-ban α-részecskék kibocsátásával, 20%-ban β-részecskék kibocsátásával bomlik le; a ritkaföldfémek számos izotópja (137 Pr, 141 Nd, 141 Pm, 142 Sm stb.) elektronbefogással bomlik. vagy pozitron emisszióval. A különböző típusú radioaktív sugárzásokat gyakran (de nem mindig) γ-sugárzás kíséri. Ez azért történik, mert az így létrejövő atommag többletenergiával rendelkezhet, amelyből gamma-sugarakat bocsát ki. A γ-sugárzás energiája széles tartományba esik, például a 226 Ra bomlása során 0,186 MeV, a 11 Be bomlása során pedig eléri a 8 MeV-ot.

Az ismert 2500 atommag közel 90%-a instabil. Az instabil mag spontán átalakul más magokká, és részecskéket bocsát ki. A magoknak ezt a tulajdonságát radioaktivitásnak nevezzük. A nagy magokban az instabilitás a nukleonok nukleáris erők általi vonzása és a protonok Coulomb-taszítása közötti versengés miatt keletkezik. Nincsenek Z > 83 töltésszámú és A > 209 tömegszámú stabil atommagok. De a lényegesen alacsonyabb Z és A számértékű atommagok is lehetnek radioaktívak. Ha az atommag lényegesen több protont tartalmaz, mint neutron, akkor az instabilitást a Coulomb-kölcsönhatási energia többlete okozza . Azok az atommagok, amelyek a protonok számánál nagyobb neutronfelesleget tartalmaznának, instabilnak bizonyulnak, mivel a neutron tömege meghaladja a proton tömegét. Az atommag tömegének növekedése energiájának növekedéséhez vezet.

A radioaktivitás jelenségét 1896-ban fedezte fel A. Becquerel francia fizikus, aki felfedezte, hogy az uránsók ismeretlen sugárzást bocsátanak ki, amely áthatol a fény számára átlátszatlan korlátokon, és a fényképészeti emulzió elfeketedését okozhatja. Két évvel később M. és P. Curie francia fizikusok felfedezték a tórium radioaktivitását, és két új radioaktív elemet – a polóniumot és a rádiumot.

A következő években sok fizikus, köztük E. Rutherford és tanítványai tanulmányozta a radioaktív sugárzás természetét. Azt találták, hogy a radioaktív atommagok háromféle részecskét bocsáthatnak ki: pozitív és negatív töltésű és semleges. Ezt a három típusú sugárzást α-, β- és γ-sugárzásnak nevezték. Ez a három típusú radioaktív sugárzás nagymértékben különbözik egymástól anyagatomok ionizációs képességében, és ezáltal áthatoló képességében. az α-sugárzásnak van a legkevésbé áthatoló képessége. Normál körülmények között levegőben az α-sugarak több centiméteres távolságot tesznek meg. A β-sugarakat sokkal kevésbé nyeli el az anyag. Képesek átjutni egy több milliméter vastag alumíniumrétegen. A γ-sugarak rendelkeznek a legnagyobb áthatoló képességgel, képesek átjutni egy 5-10 cm vastag ólomrétegen.

A 20. század második évtizedében, miután E. Rutherford felfedezte az atomok magszerkezetét, szilárdan megállapították, hogy a radioaktivitás az atommagok sajátossága. A kutatások kimutatták, hogy az α-sugarak α-részecskék - héliummagok - áramlását jelentik, a β-sugarak elektronok áramlását, a γ-sugarak rövidhullámú elektromágneses sugárzást, rendkívül rövid hullámhosszú λ-val.< 10 –10 м и вследствие этого – ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. является потоком частиц – γ-квантов.

3. Alfa-bomlás

Az alfa-bomlás egy olyan atommag spontán átalakulása, amelyben Z protonok és N neutronok vannak, egy másik (leány-) atommaggá, amely Z – 2 protonszámú és N – 2 neutronszámú atommagot tartalmaz. Ebben az esetben egy α részecske bocsát ki - a hélium atom magja. Ilyen folyamat például a rádium α-bomlása: A rádium atommagjai által kibocsátott alfa-részecskéket Rutherford használta a nehéz elemek atommagjai általi szórással kapcsolatos kísérletekben. A rádiummagok α-bomlása során kibocsátott α-részecskék sebessége a pálya görbületétől mágneses térben mérve hozzávetőlegesen 1,5 10 7 m/s, a megfelelő mozgási energia pedig kb. 7,5 10 –13 J ( körülbelül 4,8 MeV). Ez az érték könnyen meghatározható az anya- és leánymagok, valamint a héliummag tömegének ismert értékeiből. Bár a kiszabaduló α részecske sebessége óriási, még mindig csak 5%-a a fénysebességnek, így a számításnál a mozgási energiára nem relativisztikus kifejezést is használhatunk. Kutatások kimutatták, hogy egy radioaktív anyag több különálló energiájú alfa-részecskéket bocsáthat ki. Ez azzal magyarázható, hogy az atommagok az atomokhoz hasonlóan különböző gerjesztett állapotokban lehetnek. A leánymag az α bomlás során ezen gerjesztett állapotok valamelyikébe kerülhet.

Ennek az atommagnak az alapállapotba való átmenete során egy γ-kvantum bocsát ki. A rádium α-bomlásának diagramja α-részecskék kibocsátásával, két kinetikus energiával a 2. ábrán látható. Így az atommagok α-bomlását sok esetben γ-sugárzás kíséri.

Az α-bomlás elméletében azt feltételezik, hogy az atommagok belsejében két protonból és két neutronból álló csoportok képződhetnek, azaz. α részecske. Az anyamag potenciális kút az α részecskék számára, amelyet potenciálgát korlátoz. Az atommagban lévő α részecske energiája nem elegendő ennek a gátnak a leküzdésére (3. ábra). Az alfa-részecske kiszökése az atommagból csak egy kvantummechanikai jelenség, az alagúteffektus révén lehetséges. A kvantummechanika szerint nem nulla a valószínűsége annak, hogy egy részecske áthalad a potenciálgát alatt. Az alagút jelensége valószínűségi jellegű.

4. Béta-bomlás

A béta-bomlás során egy elektron kilökődik az atommagból. Az atommagokban elektronok nem létezhetnek, hanem a béta-bomlás során keletkeznek, egy neutron protonná történő átalakulása következtében. Ez a folyamat nem csak az atommag belsejében, hanem szabad neutronokkal is megtörténhet. Egy szabad neutron átlagos élettartama körülbelül 15 perc. A bomlás során a neutron protonná és elektronná alakul

A mérések kimutatták, hogy ebben a folyamatban nyilvánvalóan megsértik az energiamegmaradás törvényét, mivel a neutron bomlásából származó proton és elektron összenergiája kisebb, mint a neutron energiája. 1931-ben W. Pauli azt javasolta, hogy a neutron bomlása során egy másik, nulla tömegű és töltésű részecske szabaduljon fel, ami elveszi az energia egy részét. Az új részecskét neutrínónak (kis neutronnak) nevezik. A neutrínó töltésének és tömegének hiánya miatt ez a részecske nagyon gyengén lép kölcsönhatásba az anyag atomjaival, ezért rendkívül nehéz kísérletben kimutatni. A neutrínók ionizáló képessége olyan kicsi, hogy egy ionizációs esemény a levegőben körülbelül 500 km-en keresztül történik. Ezt a részecskét csak 1953-ban fedezték fel. Ma már ismert, hogy többféle neutrínó létezik. A neutron bomlása során részecske jön létre, amelyet elektron-antineutrínónak nevezünk. Ezt a szimbólum jelzi. Ezért a neutronbomlási reakciót a formában írjuk

Hasonló folyamat megy végbe az atommagok belsejében a β-bomlás során. Az egyik nukleáris neutron bomlása nyomán keletkezett elektron óriási sebességgel azonnal kilökődik a „szülői házból” (a magból), amely a fénysebességtől csak egy százalék töredékével térhet el. Mivel a β-bomlás során felszabaduló energia eloszlása ​​az elektron, a neutrínó és a leánymag között véletlenszerű, a β-elektronok sebessége széles tartományban eltérő lehet.

A β-bomlás során a Z töltésszám eggyel nő, de az A tömegszám változatlan marad. A leánymagról kiderül, hogy az elem egyik izotópjának a magja, amelynek a periódusos rendszerben szereplő sorszáma eggyel nagyobb, mint az eredeti mag sorszáma. A β-bomlás tipikus példája az urán α-bomlásából származó tórium-izoton palládiummá történő átalakulása

5. Gamma-bomlás

Az α- és β-radioaktivitással ellentétben az atommagok γ-radioaktivitása nem kapcsolódik a mag belső szerkezetének változásához, és nem jár vele töltés- vagy tömegszám változás. Mind az α-, mind a β-bomlás során előfordulhat, hogy a leánymag valamilyen gerjesztett állapotba kerül, és energiafelesleggel rendelkezhet. Az atommag gerjesztett állapotból alapállapotba való átmenete egy vagy több γ-kvantum kibocsátásával jár együtt, amelyek energiája több MeV-ot is elérhet.

6. A radioaktív bomlás törvénye

A radioaktív anyag bármely mintája nagyszámú radioaktív atomot tartalmaz. Mivel a radioaktív bomlás véletlenszerű természetű, és nem függ külső körülményektől, az adott t időpontig el nem bomló atommagok N(t) számának csökkenésének törvénye a radioaktív bomlási folyamat fontos statisztikai jellemzőjeként szolgálhat.

Hagyja, hogy az el nem bomlott magok száma N(t) változzon ΔN-nel rövid Δt idő alatt< 0. Так как вероятность распада каждого ядра неизменна во времени, что число распадов будет пропорционально количеству ядер N(t) и промежутку времени Δt:

A λ arányossági együttható a magbomlás valószínűsége Δt = 1 s időben. Ez a képlet azt jelenti, hogy az N(t) függvény változási sebessége egyenesen arányos magával a függvénnyel.

ahol N 0 a radioaktív atommagok kezdeti száma t = 0-nál. A τ = 1 / λ idő alatt az el nem bomlott magok száma e ≈ 2,7-szeresére csökken. A τ értéket a radioaktív atommag átlagos élettartamának nevezzük.

Gyakorlati felhasználás céljából célszerű a radioaktív bomlás törvényét más formában felírni, e helyett a 2-t használva:

A T értéket felezési időnek nevezzük. A T idő alatt az eredeti radioaktív atommagok fele elbomlik. A T és τ mennyiségeket az összefüggés köti össze

A felezési idő a radioaktív bomlás sebességét jellemző fő mennyiség. Minél rövidebb a felezési idő, annál intenzívebb a bomlás. Tehát urán T ≈ 4,5 milliárd év, rádium T ≈ 1600 év. Ezért a rádium aktivitása sokkal nagyobb, mint az uráné. Vannak radioaktív elemek, amelyek felezési ideje a másodperc töredéke.

Az α- és β-radioaktív bomlás során a leánymag is instabillá válhat. Ezért lehetséges egy sor egymást követő radioaktív bomlás, amely stabil magok kialakulásával végződik. A természetben több ilyen sorozat is létezik. A leghosszabb egy sorozat, amely 14 egymást követő bomlásból áll (8 alfa-bomlás és 6 béta-bomlás). Ez a sorozat az ólom stabil izotópjával zárul (5. ábra).

A természetben több, a sorozathoz hasonló radioaktív sorozat létezik. Ismert egy sorozat is, amely a neptuniummal kezdődik, amely természetes körülmények között nem található, és bizmuttal végződik. Ez a radioaktív bomlássorozat az atomreaktorokban megy végbe.

Offset szabály. Az elmozdulási szabály pontosan meghatározza, hogy egy kémiai elem milyen átalakuláson megy keresztül, amikor radioaktív sugárzást bocsát ki.

7. Radioaktív sorozatok

A kiszorítási szabály lehetővé tette a természetes radioaktív elemek átalakulásának nyomon követését és három családfa felépítését, amelyek ősei az urán-238, az urán-235 és a tórium-232. Minden család egy rendkívül hosszú élettartamú radioaktív elemmel kezdődik. Az uráncsalád élén például a 238 tömegszámú és 4,5·10 9 év felezési idejű urán áll (az 1. táblázatban az eredeti elnevezés szerint urán I-nek jelölve).

1. táblázat. Az urán radioaktív családja
Radioaktív elem	Z	Kémiai elem	A	Sugárzás típusa	Fél élet
Uránusz I	92	Uránusz	238		4,510 9 év
Urán X 1	90	Tórium	234		24,1 nap
Urán X 2 Urán Z		Protactinium Protactinium		 – (99,88%)  (0,12%)
Uránusz II	92	Uránusz	234		2,510 5 év
Iónium	90	Tórium	230		810 4 év
Rádium	88	Rádium	226		1620 év
Radon	86	Radon	222		3,8 nap
Rádium A	84	Polónium	218		3,05 perc
Rádium B	82	Vezet	214		26,8 perc
	83 83	Bizmut Bizmut	214 214	 (99,96%)  (0,04%)
Rádium C	84	Polónium	214		1,610 –4 s
Rádium C	81	Tallium	210		1,3 perc
Rádium D	82	Vezet	210		25 év
Rádium E	83	Bizmut	210		4,85 nap
Rádium F	84	Polónium	210		138 nap
Rádium G	82	Vezet	206	Stabil

Urán család. A radioaktív átalakulások fentebb tárgyalt tulajdonságainak többsége az uráncsalád elemeire vezethető vissza. Például a család harmadik tagja nukleáris izomériát mutat. A béta-részecskéket kibocsátó urán X 2 urán II-vé alakul (T = 1,14 perc). Ez megfelel a protactinium-234 gerjesztett állapotának béta-bomásának. Azonban az esetek 0,12%-ában a gerjesztett protaktinium-234 (urán X 2) gamma kvantumot bocsát ki, és átmegy az alapállapotba (urán Z). Az urán-Z béta-bomlása, amely az urán-II képződéséhez is vezet, 6,7 óra alatt megy végbe.

A rádium C azért érdekes, mert kétféleképpen bomlik le: alfa vagy béta részecskét bocsát ki. Ezek a folyamatok versengenek egymással, de az esetek 99,96%-ában béta-bomlás következik be rádium C képződésével. Az esetek 0,04%-ában a rádium C alfa-részecskét bocsát ki és C (RaC) rádiummá alakul. A RaC és RaC pedig az alfa- és béta-részecskék kibocsátásával alakul át rádium D-vé.

Izotópok. Az uráncsalád tagjai között vannak olyanok, amelyek atomjai azonos rendszámmal (azonos magtöltéssel) és eltérő tömegszámmal rendelkeznek. Kémiai tulajdonságaikban azonosak, de a radioaktivitás természetében különböznek. Például a rádium B, rádium D és rádium G, amelyek 82-es rendszámúak az óloméval, kémiai viselkedésükben hasonlóak az ólomhoz. Nyilvánvaló, hogy a kémiai tulajdonságok nem függnek a tömegszámtól; ezeket az atom elektronhéjainak szerkezete határozza meg (tehát Z). Másrészt a tömegszám kritikus az atom radioaktív tulajdonságainak nukleáris stabilitása szempontjából. Az azonos rendszámú és különböző tömegszámú atomokat izotópoknak nevezzük. A radioaktív elemek izotópjait F. Soddy fedezte fel 1913-ban, de hamarosan F. Aston tömegspektroszkópiával bebizonyította, hogy sok stabil elemnek is van izotópja.

8. Radioaktív sugárzás hatása az emberre

Minden típusú radioaktív sugárzás (alfa, béta, gamma, neutron), valamint az elektromágneses sugárzás (röntgen) igen erős biológiai hatással van az élő szervezetekre, ami az atomok és molekulák gerjesztési és ionizációs folyamataiból áll. fel az élő sejteket. Az ionizáló sugárzás hatására összetett molekulák és sejtszerkezetek pusztulnak el, ami a szervezet sugárzási károsodásához vezet. Ezért bármilyen sugárforrással végzett munka során minden intézkedést meg kell tenni a sugárzásnak kitett személyek védelme érdekében.

Az ember azonban otthon is ki lehet téve ionizáló sugárzásnak. A radon közömbös, színtelen radioaktív gáz komoly veszélyt jelenthet az emberi egészségre.Amint az 5. ábrán látható diagramból is látható, a radon a rádium α-bomlásának terméke, felezési ideje T = 3,82 napok. A rádium kis mennyiségben megtalálható a talajban, kövekben és különféle épületszerkezetekben. A viszonylag rövid élettartam ellenére a radon koncentrációja a rádiummagok újabb bomlásai miatt folyamatosan újratöltődik, így a radon felhalmozódhat a zárt térben. A tüdőbe kerülve a radon α-részecskéket bocsát ki, és polóniummá alakul, amely kémiailag nem inert anyag. Az alábbiakban az uránsorozat radioaktív átalakulásának láncolata látható (5. ábra). Az Amerikai Sugárbiztonsági és Ellenőrzési Bizottság szerint az átlagos ember az ionizáló sugárzás 55%-át kapja a radontól, és csak 11%-át az orvosi ellátástól. A kozmikus sugarak hozzájárulása hozzávetőleg 8%. Az a teljes sugárdózis, amelyet egy személy élete során kap, sokszorosa a megengedett maximális dózisnak (MAD), amelyet bizonyos szakmákban az ionizáló sugárzásnak kitett személyek számára állapítanak meg.

9. Radioaktív izotópok alkalmazása

Az egyik legkiemelkedőbb „címkézett atomok” felhasználásával végzett tanulmány az élőlények anyagcseréjének vizsgálata volt. Bebizonyosodott, hogy viszonylag rövid idő alatt a szervezet szinte teljes megújuláson megy keresztül. Az ezt alkotó atomokat újak helyettesítik. Csak a vas képez kivételt e szabály alól, amint azt a vér izotópvizsgálatával végzett kísérletek kimutatták. A vas a vörösvérsejtek hemoglobinjának része. Amikor radioaktív vasatomokat juttattak az élelmiszerekbe, kiderült, hogy a fotoszintézis során felszabaduló szabad oxigén eredetileg a víz része volt, nem a szén-dioxid. A radioaktív izotópokat a gyógyászatban diagnosztikai és terápiás célokra egyaránt használják. A vérkeringés vizsgálatára kis mennyiségben a vérbe fecskendezett radioaktív nátriumot használják, a jód intenzíven lerakódik a pajzsmirigyben, különösen Graves-kórban. A radioaktív jód lerakódás mérőműszerrel történő megfigyelésével gyorsan felállítható a diagnózis. A nagy dózisú radioaktív jód a rendellenesen fejlődő szövetek részleges tönkretételét okozza, ezért a radioaktív jódot Graves-kór kezelésére használják. Az intenzív kobalt-gamma-sugárzást a rák kezelésére használják (kobaltágyú).

Nem kevésbé kiterjedt a radioaktív izotópok ipari alkalmazása. Ennek egyik példája a következő módszer a belső égésű motorok dugattyúgyűrű-kopásának figyelésére. A dugattyúgyűrűt neutronokkal besugározva nukleáris reakciókat váltanak ki benne, és radioaktívvá teszik. Amikor a motor működik, a gyűrűanyag részecskéi bejutnak a kenőolajba. Az olaj radioaktivitásának szintjének vizsgálatával a motor bizonyos működési ideje után meghatározható a gyűrű kopása. A radioaktív izotópok lehetővé teszik a fémek diffúziójának megítélését, a nagyolvasztóban zajló folyamatokat stb.

A radioaktív szerek erős gamma-sugárzását a fémöntvények belső szerkezetének vizsgálatára használják, hogy feltárják bennük a hibákat.

A radioaktív izotópokat egyre inkább használják a mezőgazdaságban. A növényi magvak (gyapot, káposzta, retek stb.) radioaktív szerek kis dózisú gamma-sugárzásával történő besugárzása észrevehető termésnövekedést eredményez. A nagy dózisú sugárzás mutációkat okoz a növényekben és mikroorganizmusokban, ami esetenként új, értékes tulajdonságokkal rendelkező mutánsok megjelenéséhez vezet (rádiószelekció), így alakultak ki értékes búza-, bab- és egyéb növények értékes fajtái, illetve nagy termőképességű mikroorganizmusok kerültek felhasználásra. az antibiotikumok gyártásában nyerték. A radioaktív izotópok gammasugárzását a káros rovarok leküzdésére és az élelmiszerek tartósítására is használják. A „címkézett atomokat" széles körben használják a mezőgazdasági technológiában. Például annak megállapítására, hogy melyik foszforműtrágyát szívja fel jobban a 15 32P radioaktív foszforral jelölik a különböző műtrágyákat Kutatás Ezt követően a növények radioaktivitását vizsgálják, és meghatározzák a különböző műtrágyákból felvett foszfor mennyiségét.

A radioaktivitás érdekes alkalmazása a régészeti és geológiai leletek radioaktív izotópok koncentrációjával történő kormeghatározásának módszere. A kormeghatározás leggyakrabban használt módszere a radiokarbonos kormeghatározás. A kozmikus sugarak által kiváltott magreakciók következtében a szén instabil izotópja jelenik meg a légkörben. Ennek az izotópnak kis százaléka a levegőben található a szokásos stabil izotóppal együtt, a növények és más élőlények szenet vesznek fel a levegőből, és mindkét izotóp ugyanolyan arányban halmozódik fel bennük, mint a levegőben. Miután a növények elpusztulnak, abbahagyják a szénfogyasztást, és az instabil izotóp a β-bomlás következtében fokozatosan nitrogénné alakul, felezési ideje 5730 év. Az ősi élőlények maradványaiban a radioaktív szén relatív koncentrációjának pontos mérésével meghatározható haláluk időpontja.

Felhasznált irodalom jegyzéke

1. A radioaktivitás tana. Történelem és modernitás. M. Nauka, 1973 2. Nukleáris sugárzás a tudományban és a technológiában. M. Nauka, 1984 Furman V.I. 3. Alfa-bomlás és kapcsolódó nukleáris reakciók. M. Nauka, 1985

4. Landsberg G.S. Alapfokú fizikatankönyv. kötet III. – M.: Nauka, 19865. Seleznev Yu. A. Az elemi fizika alapjai. –M.: Nauka, 1964.6. CD ROM "Cyril és Metód nagy enciklopédiája", 1997.

7. Curie M., Radioaktivitás, ford. franciából, 2. kiadás, M. - L., 1960

8. Murin A.N., Bevezetés a radioaktivitásba, Leningrád, 1955

9. Davydov A.S., Az atommag elmélete, M., 1958

10. Gaisinsky M.N., Nukleáris kémia és alkalmazásai, ford. franciából, M., 1961

11. Kísérleti Nukleáris Fizika, szerk. E. Segre, ford. angol nyelvből, 3. kötet, M., 1961; INTERNET eszközök