Rad na kursu

Prezentacija na temu: "Radioaktivnost.

Aplikacija radioaktivnih izotopa u tehnologiji"

Uvod

1. Vrste radioaktivnog zračenja

2. Druge vrste radioaktivnosti

3. Alfa raspad

4.Beta raspad

5. Gama raspad

6. Zakon radioaktivnog raspada

7. Radioaktivni redovi

8. Utjecaj radioaktivnog zračenja na ljude

9. Primjena radioaktivnih izotopa

Spisak korišćene literature

Uvod

Radioaktivnost- transformacija atomskih jezgara u druga jezgra, praćena emisijom raznih čestica i elektromagnetnim zračenjem. Otuda i naziv fenomena: na latinskom radio - zračim, activus - efikasan. Ovu riječ je uvela Marie Curie. Prilikom raspada nestabilnog jezgra - radionuklida, oni izlete iz njega sa velika brzina jedna ili više čestica visoke energije. Protok ovih čestica naziva se radioaktivno zračenje ili jednostavno zračenje.

X-zrake. Otkriće radioaktivnosti bilo je direktno povezano s otkrićem Rentgena. Štaviše, neko vrijeme se smatralo da je to jedna te ista vrsta zračenja. Krajem 19. vijeka općenito, bio je bogat otkrićima raznih vrsta do tada nepoznatih "zračenja". 1880-ih, engleski fizičar Joseph John Thomson počeo je proučavati elementarne nosioce. negativni naboj 1891. godine irski fizičar George Johnston Stoney (1826–1911) nazvao je ove čestice elektronima. Konačno, u decembru, Wilhelm Konrad Roentgen je najavio otkriće nove vrste zraka, koje je nazvao X-zracima. Do sada su se u većini zemalja tako zvali, ali u Njemačkoj i Rusiji prihvaćen je prijedlog njemačkog biologa Rudolfa Alberta von Köllikera (1817–1905) da se X-zrake pozovu. Ove zrake nastaju kada se elektroni (katodni zraci) koji brzo putuju u vakuumu sudare sa preprekom. Bilo je poznato da kada katodni zraci udare u staklo, ono emituje vidljivo svetlo- zelena luminiscencija. Roentgen je otkrio da u isto vrijeme neke druge nevidljive zrake izlaze iz zelene mrlje na staklu. To se dogodilo slučajno: u mračnoj prostoriji svijetlio je obližnji ekran, prekriven barijevim tetracijanoplatinatom Ba (ranije se zvao barijum platina cijanid). Ova tvar daje jarko žuto-zelenu luminiscenciju pod djelovanjem ultraljubičastih, kao i katodnih zraka. Ali katodni zraci nisu pogodili ekran, a štaviše, kada je uređaj bio prekriven crnim papirom, ekran je nastavio da sija. Rentgen je ubrzo otkrio da zračenje prolazi kroz mnoge neprozirne supstance, uzrokujući pocrnjenje fotografske ploče umotane u crni papir ili čak smeštene u metalnu kutiju. Zraci su prolazili kroz vrlo debelu knjigu, kroz smrekovu ploču debljine 3 cm, kroz aluminijumsku ploču debljine 1,5 cm... X-ray je shvatio mogućnosti njegovog otkrića: „Ako držite ruku između cijevi za pražnjenje i ekrana “, napisao je, “možete vidjeti tamne sjene kostiju na pozadini svjetlijih obrisa ruke. Bio je to prvi rendgenski pregled u istoriji.

Rentgenovo otkriće odmah se proširilo po cijelom svijetu i zadivilo ne samo stručnjake. Uoči 1896. godine, fotografija ruke bila je izložena u knjižari u jednom njemačkom gradu. Na njemu su bile vidljive kosti žive osobe, a na jednom od prstiju - burma. Bila je to rendgenska fotografija ruke Rentgenove žene. Rentgenova prva poruka O novoj vrsti zraka” objavljeno je u "Izvještajima Würzburškog fizikalno-medicinskog društva" 28. decembra, odmah je prevedeno i objavljeno u različite zemlje, objavljen u Londonu, najpoznatiji naučni časopis "Nature" ("Nature") objavio je članak Rentgena 23. januara 1896. godine.

Novi zraci su počeli da se istražuju širom sveta, za samo godinu dana objavljeno je preko hiljadu radova na ovu temu. Jednostavne konstrukcije, rendgenski aparati su se pojavili i u bolnicama: medicinska primjena novih zraka bila je očigledna.

Sada se X-zraci široko koriste (i ne samo u medicinske svrhe) širom svijeta.

Becquerelove zrake. Rentgenovo otkriće ubrzo je dovelo do jednako značajnog otkrića. Napravio ga je 1896. godine francuski fizičar Antoine Henri Becquerel. Bio je 20. januara 1896. na sastanku Akademije, na kojem je fizičar i filozof Henri Poincaré govorio o otkriću Rentgena i demonstrirao rendgenske snimke ljudske ruke već napravljene u Francuskoj. Poincaré se nije ograničio na priču o novim zracima. On je sugerisao da su ovi zraci povezani sa luminiscencijom i da se, možda, uvek javljaju istovremeno sa ovom vrstom luminescencije, tako da se katodne zrake verovatno mogu izostaviti. Luminiscencija supstanci pod dejstvom ultraljubičastog zračenja - fluorescencija ili fosforescencija (u 19. veku nije postojala stroga razlika između ovih pojmova) bila je poznata Becquerelu: njegovom ocu Alexanderu Edmondu Becquerelu (1820–1891) i djedu Antoineu Cesaru Becquerelu (1788). –1878) bavili su se time - oba fizičara; sin Antoinea Henrija Becquerela, Jacques, postao je fizičar, koji je "nasljedstvom" prihvatio katedru fizike u Pariškom muzeju prirodna istorija, Becquerelis je vodio ovo odjeljenje 110 godina, od 1838. do 1948. godine.

Becquerel je odlučio provjeriti da li su rendgenski zraci povezani s fluorescencijom. Neke soli uranijuma, kao što je uranil nitrat UO2 (NO3)2, pokazuju jarko žuto-zelenu fluorescenciju. Takve supstance bile su u Becquerelovoj laboratoriji, gdje je on radio. Sa preparatima uranijuma radio je i njegov otac, koji je pokazao da nakon prestanka sunčeve svjetlosti njihov sjaj nestaje vrlo brzo - za manje od stotinke sekunde. Međutim, niko nije provjerio da li je ovaj sjaj praćen emisijom nekih drugih zraka sposobnih da prođu kroz neprozirne materijale, kao što je bio slučaj s Rentgenom. Upravo to, nakon Poincaréovog izvještaja, Becquerel je odlučio testirati. On je 24. februara 1896. na sedmičnom sastanku Akademije rekao da uzima fotografsku ploču umotanu u dva sloja debelog crnog papira, stavlja na nju kristale dvostrukog kalijum-uranil sulfata K2 UO2 (SO4) 2 2H2O i izlaže sve to. nekoliko sati na sunčevoj svjetlosti, a zatim nakon razvoja fotografske ploče na njoj možete vidjeti pomalo zamućenu konturu kristala. Ako se novčić ili figura izrezana iz lima stavi između ploče i kristala, tada se nakon razvoja na ploči pojavljuje jasna slika ovih predmeta.

Sve ovo može ukazivati ​​na vezu između fluorescencije i rendgenskih zraka. Nedavno otkriveni rendgenski zraci mogu se dobiti mnogo lakše - bez katodnih zraka i vakuumske cijevi i visokog napona koji je za to potreban, ali je bilo potrebno provjeriti da li se ispostavilo da uranijska so, kada se zagrije na suncu, oslobađa nešto vrsta gasa koji prodire ispod crnog papira i deluje na fotografsku emulziju Da bi eliminisao ovu mogućnost, Becquerel je između uranijumove soli i fotografske ploče položio stakleni list - i dalje je svetleo. "Odavde", zaključio je njegov kratka poruka Becquerel, - možemo zaključiti da svjetleća sol emituje zrake koje prodiru kroz crni papir koji nije proziran za svjetlost i obnavlja srebrne soli u fotografskoj ploči. Kao da je Poincaré bio u pravu i da se Rentgenovi rendgenski snimci mogu dobiti na potpuno drugačiji način.

Becquerel je počeo postavljati mnoge eksperimente kako bi bolje razumio uslove pod kojima se pojavljuju zraci koji osvjetljavaju fotografsku ploču, te kako bi istražio svojstva ovih zraka. Između kristala i fotografske ploče postavio je različite supstance - papir, staklo, ploče od aluminijuma, bakra, olova različite debljine. Rezultati su bili isti kao oni koje je dobio Rentgen, što bi takođe moglo poslužiti kao argument u prilog sličnosti oba zračenja. Pored direktne sunčeve svjetlosti, Becquerel je osvjetljavao uranovu sol svjetlošću reflektovanom od ogledala ili prelomljenom prizmom. Otkrio je da rezultati svih prethodnih eksperimenata nemaju nikakve veze sa Suncem; ono što je bilo važno je koliko dugo je uranijumova so bila blizu fotografske ploče. Sljedećeg dana, Becquerel je o tome izvijestio na sastanku Akademije, ali je, kako se kasnije ispostavilo, napravio pogrešan zaključak: odlučio je da je uranijska so, barem jednom "nabijena" na svjetlost, tada i sama sposobna da emituje nevidljive zrake koje prodiru dugo vremena.

Do kraja godine, Becquerel je objavio devet članaka na ovu temu, u jednom od njih je napisao: „Različite soli uranijuma stavljene su u olovnu kutiju debelih stijenki... Zaštićene od djelovanja bilo kojeg poznatog zračenja, ove tvari su se nastavile da emituje zrake koji prolaze kroz staklo i crni papir... za osam meseci.

Ovi zraci su dolazili iz bilo kojeg jedinjenja uranijuma, čak i onih koji ne sijaju na suncu. Još jače (oko 3,5 puta) bilo je zračenje metalnog uranijuma. Postalo je očigledno da zračenje, iako po nekim manifestacijama slično rendgenskom zračenju, ima veću prodornu moć i na neki način je povezano sa uranijumom, pa ga je Becquerel počeo nazivati ​​"uranijumskim zracima".

Becquerel je također otkrio da "zraci uranijuma" jonizuju zrak, čineći ga provodnikom električne energije. Gotovo istovremeno, u novembru 1896., engleski fizičari J. J. Thomson i Ernest Rutherford (otkrili ionizaciju zraka i pod djelovanjem x-zrake. Za mjerenje intenziteta zračenja Becquerel je koristio elektroskop u kojem se najlakši zlatni listovi, obješeni za krajeve i elektrostatički nabijeni, međusobno odbijaju i njihovi slobodni krajevi se razilaze. Ako zrak provodi struju, naboj se odvodi iz listova i oni opadaju - što je brže, to je veća električna provodljivost zraka i, posljedično, veći je intenzitet zračenja.

Ostalo je pitanje kako supstanca emituje kontinuirano i nesmanjeno zračenje mnogo mjeseci bez opskrbe energijom iz vanjskog izvora.Sam Becquerel je napisao da nije u stanju razumjeti odakle uranijum prima energiju koju neprekidno emituje. Ovom prilikom su iznesene razne hipoteze, ponekad prilično fantastične. Na primjer, engleski hemičar i fizičar William Ramsay napisao je: „... fizičari su se pitali odakle može doći neiscrpna zaliha energije u solima uranijuma. Lord Kelvin je bio sklon sugerisati da je uranijum neka vrsta zamke koja hvata inače neotkrivenu energiju zračenja koja dopire do nas kroz svemir i pretvara je u oblik u kojem je napravljen sposoban da proizvede hemijske efekte.

Becquerel nije mogao ni prihvatiti ovu hipotezu, niti smisliti nešto vjerodostojnije, niti napustiti princip očuvanja energije. Završilo se tako da je generalno prestao da radi sa uranijumom na neko vreme i počeo da se bavi fisijom spektralne linije u magnetnom polju. Ovaj efekat je skoro istovremeno sa otkrićem Becquerela otkrio mladi holandski fizičar Peter Zeeman, a objasnio ga je drugi Holanđanin, Hendrik Anton Lorenc.

Time je završena prva faza proučavanja radioaktivnosti. Albert Ajnštajn je uporedio otkriće radioaktivnosti sa otkrićem vatre, jer je verovao da su i vatra i radioaktivnost podjednako važne prekretnice u istoriji civilizacije.

1. Vrste radioaktivnog zračenja

Kada su se u rukama istraživača pojavili moćni izvori zračenja, milioni puta jači od uranijuma (to su bili preparati radijuma, polonija, aktinijuma), bilo je moguće bolje upoznati svojstva radioaktivnog zračenja. Ernest Rutherford, supružnici Maria i Pierre Curie, A. Becquerel i mnogi drugi uzeli su aktivno učešće u prvim studijama na ovu temu. Prije svega proučavana je prodorna moć zraka, kao i utjecaj na zračenje magnetsko polje. Ispostavilo se da je zračenje nehomogeno, ali da je mješavina "zraka". Pierre Curie je otkrio da kada magnetsko polje djeluje na radijumsko zračenje, neke zrake se odbijaju, a druge ne. Bilo je poznato da magnetsko polje odbija samo nabijene leteće čestice, pozitivne i negativne u različitim smjerovima. Po smjeru skretanja uvjerili smo se da su defleksirani β-zraci negativno nabijeni. Daljnji eksperimenti su pokazali da ne postoji fundamentalna razlika između katodnih i β-zraka, iz čega slijedi da oni predstavljaju struju elektrona.

Zrake koje odbijaju imale su jaču sposobnost prodiranja razni materijali, dok je one koje se ne odbijaju lako apsorbirala čak i tanka aluminijska folija - tako se ponašalo, na primjer, zračenje novog elementa polonija - njegovo zračenje nije prodiralo ni kroz kartonske stijenke kutije u kojoj je lijek bio pohranjen .

Pri korištenju jačih magneta pokazalo se da α-zraci također odstupaju, samo mnogo slabije od β-zraka, i to u drugom smjeru. Iz ovoga je proizašlo da su pozitivno nabijene i da imaju mnogo veću masu (kako se kasnije saznalo, masa α-čestica je 7740 puta veća od mase elektrona). Ovaj fenomen su prvi otkrili 1899. godine A. Becquerel i F. Gisel. Kasnije se ispostavilo da su α-čestice jezgra atoma helija (nuklid 4 He) sa nabojem od +2 i masom od 4 c.u. -zraka, otkrio je u zračenju radijuma treću vrstu zraka koje ne odstupaju u najjačim magnetnim poljima, ovo otkriće je ubrzo potvrdio Becquerel. Ova vrsta zračenja, po analogiji sa alfa i beta zracima, nazvana je gama zracima, označavanje različitih zračenja prvim slovima grčkog alfabeta predložio je Rutherford. Pokazalo se da su gama zraci slični rendgenskim zracima, tj. predstavljaju elektromagnetno zračenje, ali sa kraćim talasnim dužinama i odgovarajućom višom energijom. Sve ove vrste zračenja opisala je M. Curie u svojoj monografiji "Radijum i radioaktivnost". Umjesto magnetnog polja, za "cijepanje" zračenja može se koristiti električno polje, samo će nabijene čestice u njemu odstupati ne okomito linije sile, a duž njih - prema otklonskim pločama.

Dugo vremena nije bilo jasno odakle dolaze svi ovi zraci. Nekoliko decenija, priroda radioaktivnog zračenja i njegova svojstva su razjašnjeni radovima mnogih fizičara, otkrivene su nove vrste radioaktivnosti.γ

Alfa zraci emituju uglavnom jezgra najtežih i stoga manje stabilnih atoma (u periodnom sistemu nalaze se iza olova). To su čestice visoke energije. Obično postoji nekoliko grupa α-čestica, od kojih svaka ima strogo definisanu energiju. Dakle, skoro sve α-čestice emitovane iz 226 Ra jezgara imaju energiju od 4,78 MeV (megaelektron-volt) i mali deo α-čestica sa energijom od 4,60 MeV. Drugi izotop radijuma, 221 Ra, emituje četiri grupe α-čestica sa energijama od 6,76, 6,67, 6,61 i 6,59 MeV. Ovo ukazuje na prisustvo nekoliko energetskih nivoa u jezgrima, njihova razlika odgovara energiji α-kvanta koje emituje jezgro. Poznati su i "čisti" alfa emiteri (na primjer, 222 Rn).

Prema formuli E = mu 2 /2 može se izračunati brzina α-čestica sa određenom energijom. Na primjer, 1 mol α-čestica sa E= 4,78 MeV ima energiju (u SI jedinicama) E\u003d 4,78 106 eV  96500 J / (eV mol) \u003d 4,61 1011 J / mol i masa m= 0,004 kg/mol, odakle uα 15200 km/s, što je desetine hiljada puta veće od brzine pištoljskog metka. Alfa čestice imaju najjači jonizujući efekat: sudarajući se s bilo kojim drugim atomom u plinu, tekućini ili čvrstoj tvari, "otkinu" elektrone s njih, stvarajući nabijene čestice. U ovom slučaju, α-čestice vrlo brzo gube energiju: zadržava ih čak i list papira. U vazduhu, α-zračenje radijuma prolazi samo 3,3 cm, α-zračenje torijuma - 2,6 cm, itd. Na kraju, alfa čestica, koja je izgubila kinetičku energiju, hvata dva elektrona i pretvara se u atom helija. Prvi potencijal ionizacije atoma helijuma (He – e → He+) je 24,6 eV, drugi (He+ – e → He+2) je 54,4 eV, što je mnogo više od potencijala bilo kojeg drugog atoma. Kada elektrone zarobe α-čestice, oslobađa se ogromna energija (više od 7600 kJ/mol), stoga ni jedan atom, osim atoma samog helijuma, nije u stanju da zadrži svoje elektrone ako je α-čestica u komšiluku.

Veoma visoka kinetička energija α-čestica omogućava da se „vide“ golim okom (ili običnim povećalom), što je prvi pokazao engleski fizičar i hemičar William Crookes (1832. - 1919.) 1903. godine. jedva zalijepljen vidljivo oku zrno soli radijuma i fiksirao iglu u široku staklenu cijev. Na jednom kraju ove cijevi, nedaleko od vrha igle, bila je postavljena ploča presvučena slojem fosfora (kao sloj je služio cink sulfid), a na drugom kraju je bila lupa. Ako pogledate fosfor u mraku, možete vidjeti: cijelo vidno polje je prošarano bljeskavim i odmah ugašenim iskrama. Svaka iskra je rezultat udara jedne α-čestice. Crookes je ovaj uređaj nazvao spinthariscope (od grčkog spintharis - iskra i skopeo - gledam, posmatram). Uz pomoć ovoga jednostavna metoda brojeći α-čestice, provedeno je niz studija, na primjer, na taj način je bilo moguće prilično precizno odrediti Avogadrova konstanta.

U jezgru se protoni i neutroni drže zajedno. nuklearne snage, Stoga nije bilo jasno kako bi alfa čestica, koja se sastoji od dva protona i dva neutrona, mogla napustiti jezgro. Odgovoreno 1928 američki fizičar(koji je emigrirao 1933. iz SSSR-a) George (Georgy Antonovich) Gamov). Prema zakonima kvantne mehanike, α-čestice, kao i sve čestice male mase, imaju talasnu prirodu i stoga imaju malu verovatnoću da budu izvan jezgra, na malom (oko 6 · 10–12 cm) udaljenosti od njega. Čim se to dogodi, na česticu počinje djelovati Kulonovo odbijanje od pozitivno nabijenog jezgra u neposrednoj blizini.

Na alfa raspad uglavnom utiču teška jezgra - poznato ih je više od 200, a α-čestice emituje većina izotopa elemenata nakon bizmuta. Poznati su lakši alfa emiteri, uglavnom atomi rijetkih zemalja. Ali zašto se iz jezgra emituju alfa čestice, a ne pojedinačni protoni? Kvalitativno, ovo se objašnjava povećanjem energije u α-raspadu (α-čestice - jezgra helijuma su stabilne). Kvantitativna teorija α-raspada stvorena je tek 1980-ih, a u njenom razvoju su učestvovali i domaći fizičari, uključujući Lev Davidovič Landau, Arkady Beinusovich Migdal (1911–1991), Stanislav Georgievich Kadmensky, šef Katedre za nuklearnu fiziku u Univerzitet Voronjež i kolege.

Odlazak α-čestice iz jezgra dovodi do jezgra drugog hemijskog elementa, koji je u periodnom sistemu pomeren za dve ćelije ulevo. Primjer je transformacija sedam izotopa polonija (naboj jezgra 84) u različite izotope olova (naboj jezgra 82): 218 Po → 214 Pb, 214 Po → 210 Pb, 210 Po → 206 Pb, 211 Po → 207 Pb, 211 Po →211Pb, 212Po → 208Pb, 216Po → 212Pb. Izotopi olova 206 Pb 207 Pb i 208 Pb su stabilni, ostali su radioaktivni.

Beta raspad je uočen i u teškim i u lakim jezgrima, kao što je tricijum. Ove svjetlosne čestice (brzi elektroni) imaju veću prodornu moć. Dakle, u vazduhu, β-čestice mogu leteti nekoliko desetina centimetara, u tečnosti i čvrste materije- od frakcija milimetra do oko 1 cm Za razliku od α-čestica, energetski spektar β-zraka nije diskretan. Energija elektrona koji izlaze iz jezgra može varirati gotovo od nule do neke maksimalne vrijednosti karakteristične za dati radionuklid. Obično je prosječna energija β čestica mnogo manja od energije α čestica; na primjer, energija β-zračenja 228 Ra je 0,04 MeV. Ali postoje izuzeci; tako da β-zračenje kratkoživog nuklida 11 Be nosi energiju od 11,5 MeV. Dugo vremena nije bilo jasno kako čestice različitih brzina lete iz identičnih atoma istog elementa. Kada je postala poznata struktura atoma i atomsko jezgro, pojavila se nova misterija: odakle potiču β-čestice koje se emituju iz jezgra - uostalom, u jezgru nema elektrona. Nakon što je engleski fizičar James Chadwick otkrio neutron 1932. godine, ruski fizičari Dmitrij Dmitrijevič Ivanenko (1904–1994) i Igor Evgenievich Tamm i, nezavisno, njemački fizičar Werner Heisenberg, sugerirali su da se atomska jezgra sastoje od protona i neutrona. U ovom slučaju, β-čestice treba da nastanu kao rezultat intranuklearnog procesa transformacije neutrona u proton i elektron: n → p + e. Masa neutrona neznatno premašuje ukupnu masu protona i elektrona, višak mase, u skladu sa Einsteinovom formulom E = mc 2 daje kinetičku energiju elektrona koji bježi iz jezgra; stoga se β-raspad primjećuje uglavnom u jezgrima s viškom neutrona. Na primjer, nuklid 226 Ra je α-emiter, a svi teži izotopi radijuma (227 Ra, 228 Ra, 229 Ra i 230 Ra) su β-emiteri.

Ostalo je da se otkrije zašto β-čestice, za razliku od α-čestica, imaju kontinuirani spektar energije, što je značilo da su neki od njih imali vrlo malo energije, dok su drugi imali jako puno energije (i pritom su se kretali brzinom bliskom brzini svjetlosti). Štaviše, ispostavilo se da je ukupna energija svih ovih elektrona (izmjerena je kalorimetrom) manja od energetske razlike između originalnog jezgra i njegovog produkta raspada. Ponovo su se fizičari suočili s "kršenjem" zakona održanja energije: dio energije prvobitnog jezgra nestao je u nepoznatom pravcu. Nepokolebljivi fizički zakon „spasio“ je 1931. švajcarski fizičar Wolfgang Pauli, koji je sugerisao da tokom β-raspada iz jezgra izlete dve čestice: elektron i hipotetička neutralna čestica – neutrino sa skoro nultom masom, koja nosi ukloni višak energije. Kontinuirani spektar β-zračenja objašnjava se raspodjelom energije između elektrona i ove čestice. Neutrino (kako se kasnije ispostavilo, takozvani elektronski antineutrino nastaje tokom β-raspada) vrlo slabo reaguje sa materijom (na primer, lako probija globus, pa čak i ogromnu zvezdu u prečniku) i stoga nije detektovan za dugo vremena - eksperimentalno slobodni neutrini su registrovani tek 1956. godine. Dakle, rafinirana šema beta raspada je sljedeća: n → p + . Kvantitativnu teoriju β-raspada zasnovanu na Paulijevim idejama o neutrinu razvio je 1933. italijanski fizičar Enriko Fermi, koji je takođe predložio naziv neutrino (na italijanskom "neutron").

Transformacija neutrona u proton tokom β-raspada praktički ne mijenja masu nuklida, ali povećava nuklearni naboj za jedan. Posljedično, formira se novi element, pomjeren u periodnom sistemu za jednu ćeliju udesno, na primjer: →, →, →, itd. (istovremeno, elektron i antineutrino izlete iz jezgra).

2. Druge vrste radioaktivnosti

Osim alfa i beta raspada, poznate su i druge vrste spontanih radioaktivnih transformacija. Godine 1938. američki fizičar Luis Walter Alvarez otkrio je treću vrstu radioaktivne transformacije, hvatanje elektrona (K-capture). U ovom slučaju, jezgro hvata elektron iz najbliže energetske ljuske (K-ljuske). Kada elektron stupi u interakciju s protonom, nastaje neutron, a neutrino izleti iz jezgre, noseći višak energije. Transformacija protona u neutron ne mijenja masu nuklida, ali smanjuje nuklearni naboj za jedan. Posljedično, formira se novi element, koji je jedna ćelija lijevo u periodnom sistemu, na primjer, iz kojeg se dobija stabilan nuklid (na ovom primjeru je Alvarez otkrio ovu vrstu radioaktivnosti).

Sa K-hvatanjem u elektronskom omotaču atoma, elektron iz višeg nivo energije, višak energije se ili oslobađa u obliku rendgenskih zraka, ili se troši na let jednog ili više slabo vezanih elektrona iz atoma - takozvanih Augerovih elektrona, nazvanih po francuskom fizičaru Pierreu Augeru (1899–1993. ), koji je otkrio ovaj efekat 1923. (da bi nokautirao unutrašnje elektrone, koristio je jonizujuće zračenje).

Godine 1940. Georgij Nikolajevič Flerov (1913–1990) i Konstantin Antonovič Petržak (1907–1998) su na primjeru uranijuma otkrili spontanu (spontanu) fisiju, u kojoj se nestabilno jezgro raspada na dva lakša jezgra, čija se masa ne razlikuje. vrlo, na primjer: → + + 2n. Ova vrsta raspada se uočava samo u uranijumu i težim elementima - više od 50 nuklida ukupno. U slučaju uranijuma, spontana fisija se odvija vrlo sporo: prosječni životni vijek atoma 238U je 6,5 milijardi godina. Godine 1938. njemački fizičar i hemičar Otto Hahn, austrijski radiohemičar i fizičar Lise Meitner (po njoj je nazvan element Mt - meitnerium) i njemački fizikohemičar Fritz Strassmann (1902–1980) otkrili su da kada su bombardirani neutronima, uranijum areni podijeljeno na fragmente, štaviše, leteći neutroni mogu uzrokovati fisiju susjednih jezgri uranijuma, što dovodi do lančana reakcija). Ovaj proces je popraćen oslobađanjem ogromnog (u poređenju sa hemijske reakcije) energije, što je dovelo do stvaranja nuklearnog oružja i izgradnje nuklearnih elektrana.

Godine 1934. kćer Marie Curie Irene Joliot-Curie i njen suprug Frédéric Joliot-Curie otkrili su raspad pozitrona. U tom procesu, jedan od protona jezgra pretvara se u neutron i antielektron (pozitron) - česticu iste mase, ali pozitivno nabijenu; u isto vreme neutrino izleti iz jezgra: p → n + e+ + 238. Masa jezgra se ne menja, ali dolazi do pomeranja, za razliku od β– raspada, ulevo, β+ raspad je karakterističan za jezgra sa viškom protona (tzv. jezgra s nedostatkom neutrona). Dakle, aktivni izotopi kiseonika 19 O, 20 O i 21 O β– su aktivni, a njegovi laki izotopi 14 O i 15 O β+ su aktivni, na primer: 14 O → 14 N + e + + 238. Kao antičestice, pozitroni odmah se uništavaju (anihiliraju) po susretu sa elektronima sa formiranjem dva γ-kvanta. Raspad pozitrona se često takmiči sa K-hvatanjem.

Godine 1982. otkrivena je protonska radioaktivnost: emisija protona iz jezgra (ovo je moguće samo za neke umjetno dobivene jezgre koje imaju višak energije). Godine 1960. fizički hemičar Vitalij Iosifović Gol'danski (1923–2001) teoretski je predvidio dvoprotonsku radioaktivnost: izbacivanje dva protona sa uparenim spinovima od strane jezgra. Prvi put je uočena 1970. Radioaktivnost od dva neutrona je također vrlo rijetko uočena (otkrivena 1979.).

1984. godine otkrivena je radioaktivnost klastera (od engleskog cluster - hrpa, roj). U ovom slučaju, za razliku od spontane fisije, jezgro se raspada na fragmente vrlo različite mase, na primjer, iz teškog jezgra izlete jezgra s masama od 14 do 34. Raspad klastera se također vrlo rijetko opaža, što je otežavalo detektovati dugo vremena.

Neka jezgra se mogu raspasti u različitim smjerovima. Na primjer, 221 Rn se raspada za 80% emisijom α-čestica i za 20% emisijom β-čestica, mnogih izotopa rijetkih zemnih elemenata (137 Pr, 141 Nd, 141 Pm, 142 Sm, itd.) raspada ili hvatanjem elektrona ili emisijom pozitrona. Različite vrste radioaktivnih emisija često su (ali ne uvijek) praćene γ-zračenjem. To se događa zato što rezultirajuće jezgro može imati višak energije iz koje se oslobađa emitiranjem gama zraka. Energija γ-zračenja je u širokom opsegu, pa je pri raspadu od 226 Ra jednaka 0,186 MeV, a pri raspadu od 11 Be dostiže 8 MeV.

Gotovo 90% od poznatih 2500 atomskih jezgara je nestabilno. Nestabilno jezgro se spontano transformiše u druga jezgra emisijom čestica. Ovo svojstvo jezgara naziva se radioaktivnost. Za velike jezgre nestabilnost nastaje zbog nadmetanja između privlačenja nukleona nuklearnim silama i kulonovskog odbijanja protona. Ne postoje stabilna jezgra s brojem naboja Z > 83 i masenim brojem A > 209. Ali atomska jezgra sa znatno manjim Z i A brojevima također se mogu pokazati radioaktivnima. Ako jezgro sadrži znatno više protona nego neutrona, tada je uzrokovana nestabilnost viškom energije Kulonove interakcije. Jezgra, koja bi sadržavala veliki višak neutrona u odnosu na broj protona, nestabilna su zbog činjenice da je masa neutrona veća od mase protona. Povećanje mase jezgra dovodi do povećanja njegove energije.

Fenomen radioaktivnosti je 1896. godine otkrio francuski fizičar A. Becquerel, koji je otkrio da soli uranijuma emituju nepoznato zračenje koje može prodrijeti kroz barijere koje su neprozirne za svjetlost i uzrokovati pocrnjenje fotografske emulzije. Dvije godine kasnije, francuski fizičari M. i P. Curie otkrili su radioaktivnost torija i otkrili dva nova radioaktivna elementa - polonijum i radijum

U narednim godinama, mnogi fizičari, uključujući E. Rutherforda i njegove učenike, bavili su se proučavanjem prirode radioaktivnog zračenja. Utvrđeno je da radioaktivna jezgra mogu emitovati čestice tri vrste: pozitivno i negativno nabijene i neutralne. Ove tri vrste zračenja su nazvane α-, β- i γ-zračenje. Ove tri vrste radioaktivnog zračenja uvelike se razlikuju jedna od druge po svojoj sposobnosti da joniziraju atome materije i, posljedično, po svojoj prodornoj moći. α-zračenje ima najmanju prodornu moć. U vazduhu, u normalnim uslovima, α-zraci putuju na udaljenosti od nekoliko centimetara. β-zrake mnogo manje apsorbuje materija. Oni su u stanju da prođu kroz sloj aluminijuma debljine nekoliko milimetara. γ-zraci imaju najveću prodornu moć, jer su u stanju da prođu kroz sloj olova debljine 5-10 cm.

U drugoj deceniji 20. veka, nakon što je E. Rutherford otkrio nuklearnu strukturu atoma, čvrsto je utvrđeno da je radioaktivnost svojstvo atomskih jezgara. Istraživanja su pokazala da α-zraci predstavljaju tok α-čestica - jezgra helijuma, β-zraci su struju elektrona, γ-zraci su kratkotalasno elektromagnetno zračenje izuzetno kratke talasne dužine λ< 10–10 м и вследствие этого – ярко выраженными korpuskularnih svojstava, tj. je tok čestica - γ-kvanta.

3. Alfa raspad

Alfa raspad je spontana transformacija atomskog jezgra sa brojem protona Z i neutrona N u drugo (ćerki) jezgro koje sadrži broj protona Z - 2 i neutrona N - 2. U ovom slučaju se emituje α-čestica - jezgro atoma helijuma. Primer takvog procesa je α-raspad radijuma: Alfa čestice koje emituju jezgra atoma radijuma koristio je Rutherford u eksperimentima rasejanja jezgrima teških elemenata. Brzina α-čestica emitovanih tokom α-raspada jezgara radijuma, merena na osnovu zakrivljenosti putanje u magnetnom polju, približno je jednaka 1,5 107 m/s, a odgovarajuća kinetička energija je oko 7,5 10–13 J (približno 4,8 MeV). Ova vrijednost se može lako odrediti iz poznatih vrijednosti masa matičnog i kćerinog jezgra i jezgra helija. Iako je brzina izbačene α-čestice ogromna, ona je i dalje samo 5% brzine svjetlosti, tako da se u proračunu može koristiti nerelativistički izraz za kinetičku energiju. Istraživanja su pokazala da radioaktivna tvar može emitovati α-čestice s nekoliko diskretnih energetskih vrijednosti. To se objašnjava činjenicom da jezgra mogu biti, poput atoma, u različitim pobuđenim stanjima. Ćerka jezgra može biti u jednom od ovih pobuđenih stanja tokom α-raspada.

Tokom naknadnog prelaska ovog jezgra u osnovno stanje, emituje se γ-kvant. Shema α-raspada radijuma sa emisijom α-čestica sa dvije vrijednosti kinetičke energije prikazano na sl.2. Stoga je α-raspad jezgara u mnogim slučajevima praćen γ-zračenjem.

U teoriji α-raspada pretpostavlja se da se unutar jezgri mogu formirati grupe koje se sastoje od dva protona i dva neutrona, tj. α-čestica. Matična jezgra je potencijalni bunar za α-čestice, koji je ograničen potencijalnom barijerom. Energija α-čestice u jezgru je nedovoljna za prevazilaženje ove barijere (slika 3). Izlazak α-čestice iz jezgra je moguć samo zahvaljujući kvantno-mehaničkom fenomenu koji se naziva tunelski efekat. Prema kvantna mehanika, postoji nenulta vjerovatnoća da će čestica proći ispod potencijalne barijere. Fenomen tuneliranja ima probabilistički karakter.

4. Beta raspad

U beta raspadu, elektron se emituje iz jezgra. Elektroni ne mogu postojati unutar jezgara, oni nastaju tokom β-raspada kao rezultat transformacije neutrona u proton. Ovaj proces se može dogoditi ne samo unutar jezgra, već i sa slobodnim neutronima. Prosječni životni vijek slobodnog neutrona je oko 15 minuta. Kada se neutron raspadne na proton i elektron

Mjerenja su pokazala da u ovom procesu dolazi do očiglednog kršenja zakona održanja energije, jer je ukupna energija protona i elektrona koja nastaje raspadom neutrona manja od energije neutrona. Godine 1931. W. Pauli je sugerirao da se tokom raspada neutrona oslobađa još jedna čestica nulte mase i naboja, koja sa sobom oduzima dio energije. Nova čestica je nazvana neutrino (mali neutron). Zbog odsustva naboja i mase u neutrina, ova čestica vrlo slabo stupa u interakciju s atomima materije, pa ju je izuzetno teško otkriti u eksperimentu. Jonizujuća sposobnost neutrina je toliko mala da jedan čin jonizacije u zraku pada na otprilike 500 km puta. Ova čestica je otkrivena tek 1953. godine. Trenutno je poznato da postoji nekoliko varijanti neutrina. U procesu raspada neutrona nastaje čestica koja se naziva elektronski antineutrino. Označen je simbolom. Stoga se reakcija raspada neutrona zapisuje kao

Sličan proces se dešava unutar jezgara tokom β-raspada. Elektron nastao kao rezultat raspada jednog od nuklearnih neutrona odmah se izbacuje iz "roditeljske kuće" (nukleusa) ogromnom brzinom, koja se može razlikovati od brzine svjetlosti samo za djelić procenta. Budući da je raspodjela energije oslobođene tokom β-raspada između elektrona, neutrina i kćerke jezgre nasumična, β-elektroni mogu imati različite brzine u širokom rasponu.

U β-raspadu broj naplate Z se povećava za jedan, dok maseni broj A ostaje nepromijenjen. Ispostavlja se da je jezgro kćeri jezgro jednog od izotopa elementa, čiji je serijski broj u periodičnoj tablici za jedan veći od serijskog broja originalnog jezgra. Tipičan primjer β-raspada je transformacija izotona torija koji nastaje α-raspadom uranijuma u paladij

5. Gama raspad

Za razliku od α- i β-radioaktivnosti, γ-radioaktivnost jezgara nije povezana s promjenom unutrašnje strukture jezgra i nije praćena promjenom naboja ili masenih brojeva. I u α- i β-raspadu, jezgro kćer može biti u nekom pobuđenom stanju i imati višak energije. Prijelaz jezgra iz pobuđenog u osnovno stanje praćen je emisijom jednog ili više γ-kvanta, čija energija može doseći nekoliko MeV.

6. Zakon radioaktivnog raspada

Svaki uzorak radioaktivnog materijala sadrži ogroman broj radioaktivnih atoma. Pošto je radioaktivni raspad nasumičan i ne zavisi od spoljašnjih uslova, zakon smanjenja broja N(t) neraspadnutih k sadašnji trenutak vrijeme t jezgara može poslužiti kao važna statistička karakteristika procesa radioaktivnog raspada.

Neka se broj neraspadnutih jezgara N(t) promijeni za ΔN u kratkom vremenskom periodu Δt< 0. Так как вероятность распада каждого ядра неизменна во времени, что число распадов будет пропорционально количеству ядер N(t) и промежутку времени Δt:

Koeficijent proporcionalnosti λ je vjerovatnoća raspada jezgra u vremenu Δt = 1 s. Ova formula znači da je brzina promjene funkcije N(t) direktno proporcionalna samoj funkciji.

gdje je N0 početni broj radioaktivnih jezgara pri t = 0. Za vrijeme τ = 1 / λ, broj neraspadnutih jezgara će se smanjiti za e ≈ 2,7 puta. Vrijednost τ se naziva prosječnim životnim vijekom radioaktivnog jezgra.

Za praktičnu upotrebu, zgodno je napisati zakon radioaktivnog raspada u drugom obliku, koristeći broj 2 kao bazu, a ne e:

Vrijednost T se naziva poluživotom. Tokom vremena T, polovina početnog broja radioaktivnih jezgara se raspadne. Vrijednosti T i τ su povezane relacijom

Poluživot je glavna veličina koja karakterizira brzinu radioaktivnog raspada. Što je kraći poluživot, to je raspad intenzivniji. Dakle, za uranijum T ≈ 4,5 milijardi godina, a za radijum T ≈ 1600 godina. Stoga je aktivnost radijuma mnogo veća od aktivnosti uranijuma. Postoje radioaktivni elementi s vremenom poluraspada od djelića sekunde.

Tokom α- i β-radioaktivnog raspada, kćerka jezgra takođe može biti nestabilna. Stoga je moguć niz uzastopnih radioaktivnih raspada koji završavaju stvaranjem stabilnih jezgara. U prirodi postoji nekoliko takvih serija. Najduža je serija koja se sastoji od 14 uzastopnih raspada (8 - alfa raspada i 6 beta raspada). Ovaj niz završava stabilnim izotopom olova (slika 5).

U prirodi postoji još nekoliko radioaktivnih serija, sličnih seriji. Postoji i serija koja počinje neptunijumom koji se ne nalazi u prirodnim uslovima, a završava se bizmutom. Ova serija radioaktivnih raspada događa se u nuklearnim reaktorima.

pravilo pomaka. Pravilo pomaka tačno određuje kakve transformacije prolazi. hemijski element emituju radioaktivno zračenje.

7. Radioaktivni redovi

Pravilo pomaka omogućilo je praćenje transformacija prirode radioaktivnih elemenata i od njih izgraditi tri porodična stabla, čiji su preci uranijum-238, uranijum-235 i torijum-232. Svaka porodica počinje sa izuzetno dugovječnim radioaktivnim elementom. Porodicu uranijuma, na primer, predvodi uranijum sa masenim brojem 238 i vremenom poluraspada od 4,5 109 godina (u tabeli 1, u skladu sa originalnim nazivom, označen je kao uranijum I).

porodica uranijuma. Većina svojstava radioaktivnih transformacija o kojima se govorilo može se pratiti do elemenata porodice uranijuma. Tako, na primjer, treći član porodice ima nuklearnu izomeriju. Uranijum X2, emitujući beta čestice, pretvara se u uranijum II (T = 1,14 min). Ovo odgovara beta raspadu pobuđenog stanja protaktinija-234. Međutim, u 0,12% slučajeva pobuđeni protaktinijum-234 (uranijum X2) emituje gama kvant i prelazi u osnovno stanje (uranijum Z). Beta raspad uranijuma Z, koji takođe dovodi do stvaranja uranijuma II, dešava se za 6,7 ​​sati.

Radij C je zanimljiv jer se može raspasti na dva načina: emitiranjem alfa ili beta čestice. Ovi procesi se međusobno nadmeću, ali u 99,96% slučajeva dolazi do beta raspada sa stvaranjem radijuma C. U 0,04% slučajeva, radijum C emituje alfa česticu i pretvara se u radijum C (RaC). Zauzvrat, RaC i RaC se pretvaraju u radijum D emisijom alfa i beta čestica, respektivno.

Izotopi. Među članovima porodice uranijuma postoje i oni čiji atomi imaju isti atomski broj ( isto punjenje jezgra) i različiti maseni brojevi. Oni su identični po hemijskim svojstvima, ali se razlikuju po prirodi radioaktivnosti. Na primjer, radij B, radij D i radij G, koji imaju isti atomski broj od 82 kao olovo, slični su po kemijskom ponašanju olovu. Očigledno je da Hemijska svojstva ne zavise od masenog broja; oni su određeni strukturom elektronske ljuske atom (i stoga Z). S druge strane, maseni broj je kritičan za nuklearnu stabilnost radioaktivnih svojstava atoma. Atomi s istim atomskim brojem i različitim masenim brojevima nazivaju se izotopi. Izotope radioaktivnih elemenata otkrio je F. Soddy 1913. godine, ali ubrzo je F. Aston uz pomoć masene spektroskopije dokazao da mnogi stabilni elementi također imaju izotope.

8. Utjecaj radioaktivnog zračenja na ljude

Radioaktivno zračenje svih vrsta (alfa, beta, gama, neutroni), kao i elektromagnetno zračenje (rendgensko zračenje) imaju veoma jak biološki efekat na žive organizme, koji se sastoji u procesima ekscitacije i jonizacije atoma i molekula koji čine žive ćelije. Pod dejstvom jonizujućeg zračenja uništavaju se složeni molekuli i ćelijske strukture, što dovodi do oštećenja organizma od zračenja. Stoga je pri radu sa bilo kojim izvorom zračenja potrebno poduzeti sve mjere za zaštitu od zračenja ljudi koji mogu pasti u zonu zračenja.

Međutim, osoba može biti izložena jonizujućem zračenju u kućnim uslovima. Inertni, bezbojni, radioaktivni gas radon može predstavljati ozbiljnu opasnost po ljudsko zdravlje.Kao što se može videti iz dijagrama prikazanog na slici 5, radon je proizvod α-raspada radijuma i ima vreme poluraspada T = 3,82 dana. Radijum se nalazi u malim količinama u zemljištu, kamenju i raznim građevinskim strukturama. Unatoč relativno kratkom vijeku trajanja, koncentracija radona se kontinuirano obnavlja zbog novih raspada jezgri radijuma, pa se radon može akumulirati u zatvorenim prostorima. Dolazeći u pluća, radon emituje α-čestice i pretvara se u polonijum, koji nije hemijski inertna supstanca. Nakon toga slijedi lanac radioaktivnih transformacija serije uranijuma (slika 5). Prema američkoj komisiji za sigurnost i kontrolu zračenja, prosječna osoba prima 55% svog jonizujućeg zračenja od radona i samo 11% od medicinske skrbi. Doprinos kosmičkih zraka je približno 8%. Ukupna doza zračenja koju osoba primi u životu višestruko je manja od maksimalno dozvoljene doze (MAD), koja se postavlja za osobe određenih profesija koje su izložene dodatnom izlaganju jonizujućem zračenju.

9. Upotreba radioaktivnih izotopa

Jedna od najistaknutijih studija provedenih uz pomoć "označenih atoma" bila je proučavanje metabolizma u organizmima. Dokazano je da se u relativno kratkom vremenu tijelo gotovo potpuno obnavlja. Njegovi sastavni atomi su zamijenjeni novim. Samo je željezo, kao što su pokazali eksperimenti na izotopskom proučavanju krvi, izuzetak od ovog pravila. Gvožđe je deo hemoglobina u crvenim krvnim zrncima. Kada su radioaktivni atomi željeza uvedeni u hranu, otkriveno je da je slobodni kisik koji se oslobađa tokom fotosinteze izvorno bio dio vode, a ne ugljičnog dioksida. Radioaktivni izotopi se koriste u medicini kako u dijagnostičke tako iu terapeutske svrhe. Radioaktivni natrijum, unešen u malim količinama u krv, koristi se za proučavanje cirkulacije krvi, jod se intenzivno deponuje u štitnoj žlezdi, posebno kod Gravesove bolesti. Praćenjem taloženja radioaktivnog joda pomoću brojača, dijagnoza se može brzo postaviti. Velike doze radioaktivnog joda uzrokuju djelomično uništavanje abnormalno razvijajućih tkiva, pa se radioaktivni jod koristi za liječenje Gravesove bolesti. Intenzivno kobalt gama zračenje se koristi u liječenju raka (kobalt pištolj).

Ništa manje opsežna nije primjena radioaktivnih izotopa u industriji. Jedan primjer za to je sljedeća metoda za praćenje trošenja klipnih prstenova u motorima unutrašnjim sagorevanjem. Zračenjem klipnog prstena neutronima izazivaju u njemu nuklearne reakcije i učiniti ga radioaktivnim. Kada motor radi, čestice materijala prstena ulaze u ulje za podmazivanje. Ispitivanjem nivoa radioaktivnosti ulja nakon određenog vremena rada motora utvrđuje se istrošenost prstena. Radioaktivni izotopi omogućavaju suđenje o difuziji metala, procesima u visokim pećima, itd.

Snažno gama zračenje radioaktivnih preparata koristi se za proučavanje unutrašnje strukture metalnih odlivaka kako bi se otkrili defekti na njima.

Radioaktivni izotopi se sve više koriste u poljoprivreda. Ozračenje sjemena biljaka (pamuk, kupus, rotkvica i dr.) malim dozama gama zraka iz radioaktivnih preparata dovodi do primjetnog povećanja prinosa. Velike doze "zračenja izazivaju mutacije u biljkama i mikroorganizmima, što u nekim slučajevima dovodi do pojave mutanata sa novim vrijednim svojstvima (radioselekcija). Tako su uzgojene vrijedne sorte pšenice, pasulja i drugih kultura, te korišteni visokoproduktivni mikroorganizmi u proizvodnji antibiotika su dobijeni Gama zračenje radioaktivnih izotopa se koristi i za suzbijanje štetnih insekata i za očuvanje prehrambenih proizvoda. "Označeni atomi" se široko koriste u poljoprivrednoj tehnologiji. Na primjer, da bi se saznalo koje od fosfatnih gnojiva biljka bolje apsorbira, razna gnojiva su označena radioaktivnim fosforom 15 32P. Ispitivanjem biljaka na radioaktivnost može se odrediti količina fosfora koju apsorbuju iz različitih vrsta đubriva.

Zanimljiva primjena radioaktivnosti je metoda datiranja arheoloških i geoloških nalaza koncentracijom radioaktivnih izotopa. Metoda koja se najčešće koristi je radiokarbonsko datiranje. Nestabilan izotop ugljika javlja se u atmosferi zbog nuklearnih reakcija uzrokovanih kosmičkim zracima. Mali procenat ovog izotopa nalazi se u vazduhu zajedno sa uobičajenim stabilnim izotopom. Biljke i drugi organizmi troše ugljenik iz vazduha, a akumuliraju oba izotopa u istoj meri kao i u vazduhu. Nakon što biljke umru, one prestaju da troše ugljik, a kao rezultat β-raspada, nestabilni izotop se postepeno pretvara u dušik s vremenom poluraspada od 5730 godina. Preciznim mjerenjem relativne koncentracije radioaktivnog ugljika u ostacima drevnih organizama, moguće je odrediti vrijeme njihove smrti.

Spisak korišćene literature

1. Doktrina radioaktivnosti. Istorija i modernost. M. Nauka, 1973. 2. Nuklearna radijacija u nauci i tehnologiji. M. Nauka, 1984 Furman VI 3. Alfa raspad i srodne nuklearne reakcije. M. Nauka, 1985

4. Landsberg G.S. Osnovni udžbenik fizike. Volume III. - M.: Nauka, 19865. Seleznev Yu. A. Osnove elementarne fizike. –M.: Nauka, 1964.6. CD ROM Velika enciklopedijaĆirilo i Metodije, 1997.

7. M. Curie, Radioaktivnost, trans. sa francuskog, 2. izd., M. - L., 1960

8. A.N. Murin, Uvod u radioaktivnost, L., 1955

9. A. S. Davidov, Teorija atomskog jezgra, Moskva, 1958.

10. Gaisinsky M.N., Nuklearna hemija i njena primena, prev. sa francuskog, Moskva, 1961

11. Eksperimentalno nuklearna fizika, ed. E. Segre, trans. sa engleskog, tom 3, M., 1961; INTERNET mrežni alati

Bartsaeva Vika, učenica 9. razreda Opštinske obrazovne ustanove "Gimnazija br. 20", Saransk

U radu je prikazan vizuelni materijal na temu "Praktična upotreba izotopa u medicini"

Skinuti:

Pregled:

Za korištenje pregleda prezentacija, kreirajte Google račun (nalog) i prijavite se: https://accounts.google.com

Naslovi slajdova:

Prezentacija na temu: "Primjena radioaktivnih izotopa u medicini"

Upotreba radioaktivnih izotopa je raznolika i raznolika. Teško je zamisliti sve mogućnosti njegove upotrebe. Čovječanstvo čini prve korake u korištenju atomske energije u miroljubive svrhe, ali je već danas jasno da je atomska energija moćno sredstvo tehnološkog napretka. Svrha mog rada je proučavanje stvarne primjene atomske energije u medicini

Metoda radioaktivnih izotopa omogućava korištenje svojstava radioaktivnih elemenata u praksi. Ova metoda koristi činjenicu da se po kemijskim i mnogim fizičkim svojstvima radioaktivni izotop ne razlikuje od stabilnih izotopa istog elementa. Metoda radioaktivnih izotopa našla je vrlo široku primjenu u medicini. Ruski naučnici dali su značajan doprinos razvoju metoda za ranu dijagnostiku bolesti unošenjem radioaktivnih izotopa u organizam. Dakle, GE Vladimirov (1901-1960), poznati biohemičar, bio je jedan od prvih koji je koristio radioaktivne izotope (označena jedinjenja) za proučavanje metaboličkih procesa u nervnom i mišićnom tkivu. Prvo praktično iskustvo ovu metodu proveli su biolozi V. M. Klečkovski i V. I. Spicin. Radioizotopske dijagnostičke metode temelje se na činjenici da se u krv, respiratorni i probavni trakt unose radioaktivni izotopi - tvari koje imaju svojstvo radioaktivnog zračenja (najčešće su to gama zraci). Ovi izotopi su pomiješani sa tvarima koje se akumuliraju uglavnom u jednom ili drugom organu. Radioaktivni izotopi su, dakle, svojevrsne oznake po kojima je već moguće suditi o prisutnosti određenih lijekova u tijelu.

Co60 (kobalt) se koristi za liječenje malignih tumora koji se nalaze i na površini tijela i unutar tijela. Za liječenje površinskih tumora (kao što je rak kože), kobalt se primjenjuje u obliku cijevi koje se nanose na tumor, ili u obliku igala koje se u njega ubrizgavaju. Epruvete i igle koje sadrže radiokobalt drže se u tom položaju dok ne dođe do uništenja tumora. U tom slučaju, zdravo tkivo koje okružuje tumor ne bi trebalo mnogo da trpi. Ako se tumor nalazi duboko u tijelu (karcinom želuca ili pluća), koriste se posebne γ-instalacije koje sadrže radioaktivni kobalt. Takva instalacija stvara uski, vrlo moćan snop γ-zraka, koji se usmjerava na mjesto gdje se tumor nalazi. Zračenje ne uzrokuje bol, pacijenti ga ne osjećaju.

Digitalna radiografska kamera za fluorografske uređaje KRTs 01-"PONY"

Mamograf je vrhunski mamografski sistem niske doze i visoke rezolucije koji pruža visokokvalitetno snimanje dojke potrebno za tačnu dijagnozu.

Digitalni fluorografski aparat FTs-01 "Electron" je dizajniran za masovno preventivno rendgensko ispitivanje stanovništva u cilju pravovremenog otkrivanja tuberkuloze, onkoloških i drugih plućnih bolesti sa niskom izloženošću zračenju.

Kompjuterska tomografija Kompjuterska tomografija je metoda rendgenskog pregleda slojeva po sloju organa i tkiva. Zasnovan je na kompjuterskoj obradi višestrukih rendgenskih snimaka poprečnog sloja snimljenih pod različitim uglovima.

Brahiterapija nije radikalna, već praktično ambulantna operacija, tokom koje se u zahvaćeni organ unose titanijumska zrna koja sadrže izotop. Ovaj radioaktivni nuklid ubija tumor do smrti. Takvu operaciju do sada rade samo četiri klinike u Rusiji, od kojih su dvije u Moskvi, jedna u Obninsku i jedna ovdje, u Jekaterinburgu, iako je zemlji potrebno 300-400 centara u kojima bi se koristila brahiterapija.

Tragovi atomskih eksplozija pronađeni u ljudskim srcima Najdublji tragovi atomskih eksplozija sačuvani su u srcima ljudi rođenih 50-ih godina

Nuklearni testovi u atmosferi pomogli su da se dokaže da živa "pumpa" koja pumpa krv sama obnavlja svoja oštećena tkiva. Prije nekoliko godina bilo je općeprihvaćeno da se nervne stanice ne oporavljaju. Kao, čovjek ih ima onoliko koliko ih je dobio od rođenja. I ne postaje bolje s godinama. Samo manje - na kraju krajeva, nervne ćelije nepovratno umiru. Ispostavilo se da to nije tako. I novi neuroni mogu se pojaviti u procesu života. I mislili su o srcu da nije sposobno za regeneraciju. Ali ovu upornu medicinsku zabludu opovrgnuo je Ratan Bhardvazh - Pokazali smo da nove ćelije rastu u srcu odrasle osobe - kaže naučnik. Otkriću su pomogle nuklearne probe u atmosferi, koje su izvedene 50-ih godina prošlog stoljeća. Tada su jako pokvarili okoliš radioaktivnim izotopom - ugljikom-14. Ali njen nivo je pao nakon što je 1963. godine zabranjeno da eksplodira atomske bombe u atmosferi.

Radioaktivni izotopi pomogli su u određivanju vremena kada su ljudi dobili nove srčane ćelije nuklearne eksplozije, "usisao" izotop u povećanoj koncentraciji. Naučnici su ga koristili za takozvano radiokarbonsko datiranje živih tkiva. Ugljik-14 omogućio je određivanje starosti ćelija. I ispostavilo se da su se one - srčane ćelije - pojavile drugačije vrijeme. Odnosno, zajedno sa starim, rođeni su i novi. Bhardwaj i njegove kolege procjenjuju da ljudsko srce staro 25 godina može proizvesti do 1 posto novorođenih ćelija godišnje od mase organa. Do 75. godine produktivnost "fabrike" pada na 0,45 posto.

Opasnosti i komplikacije studija radioizotopa. Tokom studije, pacijent prima određenu dozu zračenja. Ova doza ne prelazi one nivoe radioaktivnog zračenja kojima je tijelo izloženo tokom rendgenskih zraka. prsa, kompjuterska tomografija. Također treba znati da se radioaktivni izotopi korišteni u istraživanju brzo izlučuju iz organizma i stoga nemaju štetno djelovanje. Niz zemalja proizvodi radiofarmaceutike koji se koriste za terapiju hvatanja protona i bora-neutrona i ranu dijagnostiku onkoloških i drugih bolesti, kao i anestetike. Dakle, radioaktivni izotopi su našli svoju primjenu u medicini općenito, a posebno u kirurgiji. Danas se radioaktivni izotopi široko koriste kako za različite dijagnostičke metode (za otkrivanje, prepoznavanje i lokalizaciju unutrašnjih malignih tumora), tako i za liječenje ljudskih bolesti. RDI imaju svoje prednosti, među kojima treba istaknuti povećanje ekonomske i ekološke sigurnosti, smanjenje troškova i poboljšanje performansi. Metoda upotrebe radioaktivnih izotopa za dijagnostiku i liječenje u kirurgiji stalno se usavršava i razvija, o čemu svjedoči i dinamika njegove upotrebe u glavni gradovi Rusija, generalno Ruska Federacija i razvijenim zemljama.

Literatura I. Aladiev "Nuklearna energija i njena upotreba u miroljubive svrhe" S. Feinberg "Istraživački reaktori" V. Duzhenkov "Upotreba zračenja u hemijskoj industriji" G. Jordan "Upotreba radioizotopskog zračenja u mernoj tehnologiji" M. Rozanov „Upotreba radioizotopa u medicini »

Pripremio: učenica 9 B razreda Opštinske obrazovne ustanove "Gimnazija br. 20", Saransk Bartsaeva Victoria

Radioaktivni izotopi su prvi put korišteni u medicini za dijagnostičke procedure ranih 1930-ih. Ovo je, u konačnici, postavilo temelje za nuklearnu medicinu. Ovaj članak će pokriti sve informacije o postupcima i primjeni ovih izotopa u medicini. Radioaktivni izotopi
Izotopi su definirani kao tipovi elemenata koji imaju isti atomski broj i poziciju u periodnom sistemu. Imaju slična hemijska svojstva, ali različita atomske mase i fizička svojstva. Radioaktivni su oni koji imaju nestabilan broj protona i neutrona. Ova nestabilnost nastaje neutronskom aktivacijom, u kojoj neutroni zarobljeni u jezgri atoma dovode do viška jezgara bogatih neutronima. Ciklotroni se koriste za proizvodnju radioaktivnih izotopa bogatih protonima. Jezgra izotopa emituju čestice kao što su alfa, beta ili pozitroni i fotoni, gama zrake, kako bi se postigla energetska stabilnost tokom radioaktivnog raspada.

Šta je nuklearna medicina?
Ovo je grana medicine koja koristi zračenje za pružanje informacija o funkcioniranju određenog organa ljudsko tijelo ili u liječenju bolesti. Ovi prikupljeni podaci daju tačnu i brzu dijagnozu bolesti. Radioaktivni izotopi se koriste za formiranje slika štitne žlijezde, kostiju, srca, jetre i mnogih drugih organa. Pomogli su i u liječenju zahvaćenih organa i tumora.

Najčešći primjer takvog izotopa je tehnecij-99, koji čini 80% postupaka nuklearne medicine. Samo u Sjedinjenim Državama godišnje se rezerviše preko 18 miliona nuklearnih procedura.

1930-ih, znanstvenici su koristili radioaktivne izotope za mjerenje potrebne doze ubrizganog radioaktivnog joda kada se lokalizira u štitnoj žlijezdi. Postojao je Geigerov brojač za procjenu zračenja iz vrata i postavljanje za dalju dijagnozu. Pravi proboj je došao s izumom gama scintilacijske kamere 1950-ih od strane Hala Angera, američkog inženjera. Ovaj uređaj je omogućio upotrebu radioaktivnih izotopa u medicini, uglavnom za dijagnostiku i liječenje. moguće bolesti ili bolesti.

Prvi izotopi korišteni su kao alat za dijagnozu, otkrivanje i liječenje bolesti štitnjače kao što je gušavost. Brojne su studije iz oblasti nuklearne medicine koje su dovele do brojnih otkrića i izuma ultra oštrih dijagnostičkih metoda i sistema za snimanje. Ima ih 5 Nobelove nagrade nagrađen za niz otkrića i izuma u nuklearnoj medicini. Pozitronska emisiona tomografija (PET) bila je prva dijagnostička alatka koju je izumio Peter Alfred Wolff, koji je koristio radioaktivne izotope u medicini. Nakon ovog izuma uslijedili su CT (kompjuterska tomografija) i MRI (magnetna rezonanca).

Dijagnostičke metode
Većina metoda koristi radioaktivne markere, koji emituju gama zrake iz tijela. Ovi kratkotrajni koji su povezani sa hemijska jedinjenja, a pomažu u razradi specifičnih fizioloških procesa. Način primjene ovih tragova je injekcijom, inhalacijom ili oralnim putem. Pojedinačni fotoni se detektuju pomoću gama kamere, koja omogućava pregled organa iz različitih uglova. Slika se gradi na kameri od tačke kroz koju se emituje zračenje. Kompjuter pomaže u jačanju slike koju doktor vidi na ekranu i pomaže mu da otkrije bilo kakvu patologiju u organu.

U tomografiji, radionuklidi koji emituju pozitron daju se injekcijom, koji se akumuliraju u ciljnom tkivu. Kada se radionuklid raspadne, emituju se pozitroni koji se kombinuju sa obližnjim elektronima, što rezultira emisijom gama zraka, koji se lako identifikuju putujući u suprotnom smeru. Kamera za kućne ljubimce hvata ove zrake i pruža preciznu indikaciju njihovog porijekla. Najčešća uloga ovih provjera je u odnosu na radioaktivne izotope fluora-18; koristi se kao indikator u onkologiji. To je najefikasnija neinvazivna metoda za otkrivanje i procjenu karcinoma. Ova metoda se također koristi za srce i mozak.

PET i CT su kombinovani kako bi se napravila nova procedura koja daje 30% precizniju dijagnozu. Ovim metodama se također mogu otkriti položaji i koncentracije izotopa u organizmu. Stoga se kvar organa može primijetiti ako se izotop apsorbira djelomično u organ, poznato kao "hladne tačke", ili u višku, koje se nazivaju "vruće tačke". Kada je serija snimaka određenom periodu vrijeme, pomaže u otkrivanju nepravilnog neobičnog obrasca ili brzine kretanja izotopa.

Radionuklidna terapija (RNT)
Upotreba radioaktivnih izotopa u medicini uključuje radionuklidnu terapiju. Ćelije raka se mogu kontrolisati ili čak eliminisati zračenjem rastućeg područja tumora. Terapija zračenjem eksternim snopom, takođe poznata kao eksterno zračenje, izvodi se korišćenjem gama zraka koje emituje radioaktivni kobalt-60 izvor. U razvijenim zemljama koristi se upotreba univerzalnih linearnih akceleratora.

Interna radionuklidna terapija uključuje uvođenje malih izvora zračenja poput gama ili beta emitera u ciljno područje. Brahiterapija ili terapija kratkog dometa uglavnom koristi jod-131 za liječenje raka štitnjače. Pomaže i u liječenju benignih bolesti štitne žlijezde. U slučaju raka mozga ili raka dojke, prednost je iridijum-192. Ovi izotopi se proizvode u obliku žice i ubrizgavaju se kroz kateter u ciljno područje. Žičani implantat se uklanja nakon što je primijenjena odgovarajuća doza. Prednosti ove tehnike su što je specifičnija, manje izlaganje zračenju na tijelu i isplativost.

Pacijentu se daje smrtonosna doza zračenja kako bi se ubile sve defektne stanice koštane srži, prije nego što se zamijene zdravom djecom, u slučaju liječenja leukemije. Stroncijum-89 i samarijum-153 se koriste za ublažavanje bolova kod raka. Novi radioaktivni izotop koji se koristi za terapiju boli je renijum-186.

Za kontrolu dispergiranih tipova raka koristi se tzv. metoda ciljane alfa terapije (TAT). U ovoj tehnici, spriječen je visokoenergetski nalet kratkog dometa Alfa da uđe u ciljne ćelije raka, nakon što je nosač unio radionuklide koji emituju alfa u ciljno područje. Postoje pozitivni rezultati laboratorijskih studija koje su dovele do kliničkih ispitivanja za liječenje bolesti kao što su leukemija, cistični gliom i melanom.

Biohemijska analiza
Radioaktivni izotopi se mogu lako otkriti čak i ako su prisutni u niskoj koncentraciji. To je pomoglo u upotrebi ovih izotopa u medicini, za molekularno obilježavanje bioloških uzoraka in vitro. Postoje mnogi testovi koji mogu otkriti sastojke krvi, seruma, urina, hormona, antigena i lijekova povezujući ih s izotopima. Ovi testovi se nazivaju radioimuni testovi.

Dijagnostički radiofarmaceuti
Sva tijela u tijelu djeluju različito zbog prisustva specifičnih hemijske supstance apsorbuju od njih. Ovo znanje pomaže u razvoju dijagnostičkih radiofarmaceutika za proučavanje protoka krvi u mozgu i funkcije organa kao što su srce, pluća, jetra, bubrezi, kosti (pretjerani rast) itd. Također pomaže u predviđanju posljedica operacije i procjeni promjena nakon početka liječenja. . Ova neinvazivna tehnologija pomaže u praćenju funkcije organa i dijagnosticiranju patologija bez da pacijent doživi bilo kakav oblik nelagode. Najrasprostranjeniji radioaktivni izotop je tehnecij-99m, koji ima sposobnost da netragom nestane nakon završetka testa, za kratko vrijeme. Talij hlorid-201 ili tehnecij-99 koristi se u snimanju perfuzije miokarda za otkrivanje i predviđanje koronarne bolesti.

Terapeutski radiofarmaceuti
Zračenje ima sposobnost da oslabi ili uništi ćelije koje ne funkcionišu pod određenim zdravstvenim uslovima. Radioaktivni element koji može generirati zračenje lokalizira se na ciljni organ koristeći svoj uobičajeni biološki put ili pričvršćivanje elementa na bilo koju biološku smjesu. Beta zračenje se često koristi za uništavanje oštećenih ćelija. To se zove radionuklidna terapija (RNT) ili radioterapija. Jod-131 se koristi u liječenju abnormalnih stanja kao što je hipertireoza. Fosfor-32 se koristi za kontrolu bolesti zvane "Polycythemia vera" gdje se višak crvenih krvnih zrnaca proizvodi u koštanoj srži. Širom svijeta se provode opsežna istraživanja kako bi se saznalo o novim načinima da se objasni upotreba radionuklida u liječenju mnogih bolesti.

Postoji mnogo radioaktivnih izotopa bogatih neutronima i protonima koji se proizvode u nuklearnim reaktorima i ciklotronima. Mnogo je faktora koji određuju izbor ovih izotopa u medicini. Doziranje i poluvrijeme eliminacije zahtijevaju proučavanje mnogih faktora. Upotreba radioaktivnih izotopa u medicini raste iz dana u dan sa preciznim rezultatima. Također pomaže u ranoj dijagnostici i režimu liječenja pacijenata, posebno onih koji pate od raka i tumora. Prije terapije zračenjem, obavezno razgovarajte sa svojim liječnikom o svim pitanjima vezanim za metode.

Rad na kursu

Prezentacija na temu: "Radioaktivnost.

Upotreba radioaktivnih izotopa u tehnologiji"

Uvod

1. Vrste radioaktivnog zračenja

2. Druge vrste radioaktivnosti

3. Alfa raspad

4.Beta raspad

5. Gama raspad

6. Zakon radioaktivnog raspada

7. Radioaktivni redovi

8. Utjecaj radioaktivnog zračenja na ljude

9. Primjena radioaktivnih izotopa

Spisak korišćene literature

Uvod

Radioaktivnost je transformacija atomskih jezgara u druga jezgra, praćena emisijom različitih čestica i elektromagnetnim zračenjem. Otuda i naziv fenomena: na latinskom radio - zračim, activus - efikasan. Ovu riječ je uvela Marie Curie. Prilikom raspada nestabilnog jezgra - radionuklida, iz njega velikom brzinom izleti jedna ili više čestica visoke energije. Protok ovih čestica naziva se radioaktivno zračenje ili jednostavno zračenje.

X-zrake. Otkriće radioaktivnosti bilo je direktno povezano s otkrićem Rentgena. Štaviše, neko vrijeme se smatralo da je to jedna te ista vrsta zračenja. Krajem 19. vijeka općenito, bio je bogat otkrićima raznih vrsta do tada nepoznatih "zračenja". 1880-ih engleski fizičar Joseph John Thomson počeo je proučavati elementarne nosioce negativnog naboja; 1891. godine irski fizičar George Johnston Stoney (1826–1911) nazvao je ove čestice elektronima. Konačno, u decembru, Wilhelm Konrad Roentgen je najavio otkriće nove vrste zraka, koje je nazvao X-zracima. Do sada su se u većini zemalja tako zvali, ali u Njemačkoj i Rusiji prihvaćen je prijedlog njemačkog biologa Rudolfa Alberta von Köllikera (1817–1905) da se X-zrake pozovu. Ove zrake nastaju kada se elektroni (katodni zraci) koji brzo putuju u vakuumu sudare sa preprekom. Bilo je poznato da kada katodni zraci udare u staklo, ono emituje vidljivu svjetlost - zelenu luminiscenciju. Roentgen je otkrio da u isto vrijeme neke druge nevidljive zrake izlaze iz zelene mrlje na staklu. To se dogodilo slučajno: u mračnoj prostoriji svijetlio je obližnji ekran, prekriven barijevim tetracijanoplatinatom Ba (ranije se zvao barijum platina cijanid). Ova tvar daje jarko žuto-zelenu luminiscenciju pod djelovanjem ultraljubičastih, kao i katodnih zraka. Ali katodni zraci nisu pogodili ekran, a štaviše, kada je uređaj bio prekriven crnim papirom, ekran je nastavio da sija. Rentgen je ubrzo otkrio da zračenje prolazi kroz mnoge neprozirne supstance, uzrokujući pocrnjenje fotografske ploče umotane u crni papir ili čak smeštene u metalnu kutiju. Zraci su prolazili kroz vrlo debelu knjigu, kroz smrekovu ploču debljine 3 cm, kroz aluminijumsku ploču debljine 1,5 cm... X-ray je shvatio mogućnosti njegovog otkrića: „Ako držite ruku između cijevi za pražnjenje i ekrana ”, napisao je, “tada su tamne sjene vidljive kosti na pozadini svjetlijih obrisa ruke. Bio je to prvi rendgenski pregled u istoriji.

Rentgenovo otkriće odmah se proširilo po cijelom svijetu i zadivilo ne samo stručnjake. Uoči 1896. godine, fotografija ruke bila je izložena u knjižari u jednom njemačkom gradu. Na njemu su bile vidljive kosti žive osobe, a na jednom od prstiju - burma. Bila je to rendgenska fotografija ruke Rentgenove žene. Prvi Rentgenov izveštaj "O novoj vrsti zraka" objavljen je u "Izveštajima Würzburškog fizikalno-medicinskog društva" 28. decembra odmah je preveden i objavljen u različitim zemljama, najpoznatiji naučni časopis "Nature" ("Nature ") objavljen u Londonu objavio je članak Roentgena 23. januara 1896.

Novi zraci su počeli da se istražuju širom sveta, za samo godinu dana objavljeno je preko hiljadu radova na ovu temu. Jednostavne konstrukcije, rendgenski aparati su se pojavili i u bolnicama: medicinska primjena novih zraka bila je očigledna.

Sada se X-zraci široko koriste (i ne samo u medicinske svrhe) širom svijeta.

Becquerelove zrake. Rentgenovo otkriće ubrzo je dovelo do jednako značajnog otkrića. Napravio ga je 1896. godine francuski fizičar Antoine Henri Becquerel. Bio je 20. januara 1896. na sastanku Akademije, na kojem je fizičar i filozof Henri Poincaré govorio o otkriću Rentgena i demonstrirao rendgenske snimke ljudske ruke već napravljene u Francuskoj. Poincaré se nije ograničio na priču o novim zracima. On je sugerisao da su ovi zraci povezani sa luminiscencijom i da se, možda, uvek javljaju istovremeno sa ovom vrstom luminescencije, tako da se katodne zrake verovatno mogu izostaviti. Luminiscencija supstanci pod dejstvom ultraljubičastog zračenja - fluorescencija ili fosforescencija (u 19. veku nije postojala stroga razlika između ovih pojmova) bila je poznata Becquerelu: njegovom ocu Alexanderu Edmondu Becquerelu (1820–1891) i djedu Antoineu Cesaru Becquerelu (1788). –1878) bavili su se time - oba fizičara; Sin Antoinea Henrija Becquerela, Jacques, također je postao fizičar i "nasljedstvom" je prihvatio katedru za fiziku u Pariškom prirodnjačkom muzeju; Becquerels je na čelu ove katedre bio 110 godina, od 1838. do 1948. godine.

Becquerel je odlučio provjeriti da li su rendgenski zraci povezani s fluorescencijom. Neke soli urana, na primjer, uranil nitrat UO 2 (NO 3) 2, imaju svijetlu žuto-zelenu fluorescenciju. Takve supstance bile su u Becquerelovoj laboratoriji, gdje je on radio. Sa preparatima uranijuma radio je i njegov otac, koji je pokazao da nakon prestanka sunčeve svjetlosti njihov sjaj nestaje vrlo brzo - za manje od stotinke sekunde. Međutim, niko nije provjerio da li je ovaj sjaj praćen emisijom nekih drugih zraka sposobnih da prođu kroz neprozirne materijale, kao što je bio slučaj s Rentgenom. Upravo to, nakon Poincaréovog izvještaja, Becquerel je odlučio testirati. On je 24. februara 1896. na sedmičnom sastanku Akademije rekao da uzimajući fotografsku ploču umotanu u dva sloja debelog crnog papira, na nju stavlja kristale dvostrukog kalijum-uranil sulfata K 2 UO 2 (SO 4) 2 2H2O i izlažući sve to nekoliko sati sunčevoj svjetlosti, a zatim nakon razvoja fotografske ploče na njoj možete vidjeti pomalo zamućenu konturu kristala. Ako se novčić ili figura izrezana iz lima stavi između ploče i kristala, tada se nakon razvoja na ploči pojavljuje jasna slika ovih predmeta.

Sve ovo može ukazivati ​​na vezu između fluorescencije i rendgenskih zraka. Nedavno otkriveni rendgenski zraci mogu se dobiti mnogo lakše - bez katodnih zraka i vakuumske cijevi i visokog napona koji je za to potreban, ali je bilo potrebno provjeriti da li se ispostavilo da uranijska so, kada se zagrije na suncu, oslobađa nešto vrsta gasa koji prodire ispod crnog papira i deluje na fotografsku emulziju Da bi eliminisao ovu mogućnost, Becquerel je između uranijumove soli i fotografske ploče položio stakleni list - i dalje je svetleo. “Odavde,” zaključio je Becquerel svoju kratku poruku, “možemo zaključiti da blistava sol emituje zrake koje prodiru u crni papir koji nije proziran za svjetlost i obnavlja srebrne soli u fotografskoj ploči.” Kao da je Poincaré bio u pravu i da se Rentgenovi rendgenski snimci mogu dobiti na potpuno drugačiji način.

Becquerel je počeo postavljati mnoge eksperimente kako bi bolje razumio uslove pod kojima se pojavljuju zraci koji osvjetljavaju fotografsku ploču, te kako bi istražio svojstva ovih zraka. Između kristala i fotografske ploče postavio je različite supstance - papir, staklo, ploče od aluminijuma, bakra, olova različite debljine. Rezultati su bili isti kao oni koje je dobio Rentgen, što bi takođe moglo poslužiti kao argument u prilog sličnosti oba zračenja. Pored direktne sunčeve svjetlosti, Becquerel je osvjetljavao uranovu sol svjetlošću reflektovanom od ogledala ili prelomljenom prizmom. Otkrio je da rezultati svih prethodnih eksperimenata nemaju nikakve veze sa Suncem; ono što je bilo važno je koliko dugo je uranijumova so bila blizu fotografske ploče. Sljedećeg dana, Becquerel je o tome izvijestio na sastanku Akademije, ali je, kako se kasnije ispostavilo, napravio pogrešan zaključak: odlučio je da je uranijska so, barem jednom "nabijena" na svjetlost, tada i sama sposobna da emituje nevidljive zrake koje prodiru dugo vremena.

Becquerel je do kraja godine objavio devet članaka na ovu temu, u jednom od njih je napisao: rad..., za osam mjeseci."

Ovi zraci su dolazili iz bilo kojeg jedinjenja uranijuma, čak i onih koji ne sijaju na suncu. Još jače (oko 3,5 puta) bilo je zračenje metalnog uranijuma. Postalo je očigledno da zračenje, iako po nekim manifestacijama slično rendgenskom zračenju, ima veću prodornu moć i na neki način je povezano sa uranijumom, pa ga je Becquerel počeo nazivati ​​"uranijumskim zracima".

Becquerel je također otkrio da "zraci uranijuma" jonizuju zrak, čineći ga provodnikom električne energije. Gotovo istovremeno, u novembru 1896., engleski fizičari J. J. Thomson i Ernest Rutherford (otkrili ionizaciju zraka pod djelovanjem rendgenskih zraka. Za mjerenje intenziteta zračenja, Becquerel je koristio elektroskop u kojem su najlakši zlatni listovi, obješeni za krajeve i elektrostatički naelektrisani, odbijaju se i njihovi slobodni krajevi se razilaze. Ako vazduh provodi struju, naelektrisanje se odvodi iz listova i oni otpadaju – što brže, to je veća električna provodljivost vazduha i, posljedično, veći je intenzitet zračenja.

Ostalo je pitanje kako supstanca emituje kontinuirano i nesmanjeno zračenje mnogo mjeseci bez opskrbe energijom iz vanjskog izvora.Sam Becquerel je napisao da nije u stanju razumjeti odakle uranijum prima energiju koju neprekidno emituje. Ovom prilikom su iznesene razne hipoteze, ponekad prilično fantastične. Na primjer, engleski hemičar i fizičar William Ramsay napisao je: „... fizičari su se pitali odakle može doći neiscrpna zaliha energije u solima uranijuma. Lord Kelvin je bio sklon sugerisati da je uranijum neka vrsta zamke koja hvata inače neotkrivenu energiju zračenja koja dopire do nas kroz svemir i pretvara je u oblik u kojem je napravljen sposoban da proizvede hemijske efekte.

Becquerel nije mogao ni prihvatiti ovu hipotezu, niti smisliti nešto vjerodostojnije, niti napustiti princip očuvanja energije. Na kraju je napustio rad sa uranijumom na neko vreme i počeo da deli spektralne linije u magnetnom polju. Ovaj efekat je skoro istovremeno sa otkrićem Becquerela otkrio mladi holandski fizičar Peter Zeeman, a objasnio ga je drugi Holanđanin, Hendrik Anton Lorenc.

nastavni rad iz discipline Hemija na temu: Upotreba radioaktivnih izotopa u tehnici; pojam i vrste, klasifikacija i struktura, 2015-2016, 2017.