ders çalışması

konulu sunumlar: "Radyoaktivite.

Başvuru Radyoaktif İzotoplar teknolojide"

giriiş

1. Radyoaktif radyasyon türleri

2. Diğer radyoaktivite türleri

3. Alfa bozunması

4.Beta bozunması

5. Gama bozunması

6. Radyoaktif bozunma yasası

7. Radyoaktif sıralar

8. Radyoaktif radyasyonun insanlar üzerindeki etkisi

9. Radyoaktif izotopların uygulanması

kullanılmış literatür listesi

giriiş

radyoaktivite- çeşitli parçacıkların ve elektromanyetik radyasyonun emisyonu ile birlikte atom çekirdeğinin diğer çekirdeklere dönüşümü. Bu nedenle fenomenin adı: Latince radyoda - yayarım, activus - etkili. Bu kelime Marie Curie tarafından tanıtıldı. Kararsız bir çekirdeğin - bir radyonüklidin çürümesi sırasında, ondan uçarlar. yüksek hız bir veya daha fazla yüksek enerjili parçacık. Bu parçacıkların akışına radyoaktif radyasyon veya basitçe radyasyon denir.

röntgen. Radyoaktivitenin keşfi, doğrudan Roentgen'in keşfi ile ilgiliydi. Dahası, bir süredir bunun bir ve aynı tür radyasyon olduğu düşünülüyordu. 19. yüzyılın sonlarında genel olarak, daha önce bilinmeyen çeşitli "radyasyonların" keşfinde zengindi. 1880'lerde İngiliz fizikçi Joseph John Thomson, temel taşıyıcıları incelemeye başladı. negatif yük 1891'de İrlandalı fizikçi George Johnston Stoney (1826-1911) bu parçacıklara elektron adını verdi. Sonunda, Aralık ayında Wilhelm Konrad Roentgen, X-ışınları adını verdiği yeni bir ışın türünün keşfini duyurdu. Şimdiye kadar çoğu ülkede böyle adlandırılıyorlar, ancak Almanya ve Rusya'da Alman biyolog Rudolf Albert von Kölliker'in (1817–1905) X-ışınlarını çağırma önerisi kabul edildi. Bu ışınlar, bir vakumda hızla hareket eden elektronlar (katot ışınları) bir engelle çarpıştığında üretilir. Katot ışınları cama çarptığında yaydığı biliniyordu. görülebilir ışık- yeşil ışıldama. Röntgen, aynı zamanda, camdaki yeşil noktadan başka görünmez ışınların da çıktığını keşfetti. Bu tesadüfen oldu: karanlık bir odada, yakındaki bir ekran parlıyordu, baryum tetrasiyanoplatinat Ba ile kaplıydı (önceden buna baryum platin siyanür deniyordu). Bu madde, ultraviyole ve katodik ışınların etkisi altında parlak sarı-yeşil bir parlaklık verir. Ancak katot ışınları ekrana çarpmadı ve dahası cihaz siyah kağıtla kaplandığında ekran parlamaya devam etti. Röntgen kısa süre sonra radyasyonun birçok opak maddeden geçtiğini ve siyah kağıda sarılmış veya hatta metal bir kutuya yerleştirilmiş bir fotoğraf plakasının kararmasına neden olduğunu keşfetti. Işınlar çok kalın bir kitaptan, 3 cm kalınlığında bir ladin tahtadan, 1,5 cm kalınlığında bir alüminyum levhadan geçti... Röntgen, keşfinin olanaklarını anladı: “Elinizi deşarj tüpü ile ekran arasında tutarsanız ” diye yazdı, “elin daha açık hatlarının arka planında kemiklerin koyu gölgelerini görebilirsiniz. Tarihteki ilk röntgen muayenesiydi.

Roentgen'in keşfi anında tüm dünyaya yayıldı ve sadece uzmanları şaşırtmadı. 1896 arifesinde, bir Alman şehrinde bir kitapçıda bir elin fotoğrafı sergilendi. Üzerinde yaşayan bir kişinin kemikleri ve parmaklardan birinde - bir alyans görüldü. Roentgen'in karısının elinin röntgen fotoğrafıydı. Röntgen'in ilk mesajı Yeni bir ışın türü hakkında” 28 Aralık'ta "Würzburg Fiziko-Tıp Derneği Raporları" nda yayınlandı, hemen tercüme edildi ve yayınlandı Farklı ülkeler Londra'da yayınlanan en ünlü bilim dergisi "Nature" ("Nature"), 23 Ocak 1896'da Roentgen'in bir makalesini yayınladı.

Tüm dünyada yeni ışınlar araştırılmaya başlandı, sadece bir yıl içinde bu konuda binin üzerinde makale yayınlandı. Tasarımda basit olan X-ray makineleri hastanelerde de ortaya çıktı: yeni ışınların tıbbi uygulaması açıktı.

Artık X-ışınları dünya çapında yaygın olarak (ve sadece tıbbi amaçlar için değil) kullanılmaktadır.

Becquerel ışınları. Roentgen'in keşfi kısa süre sonra aynı derecede dikkate değer bir keşfe yol açtı. 1896 yılında Fransız fizikçi Antoine Henri Becquerel tarafından yapılmıştır. 20 Ocak 1896'da, fizikçi ve filozof Henri Poincaré'nin Roentgen'in keşfi hakkında konuştuğu ve Fransa'da zaten yapılmış bir insan elinin röntgenlerini gösterdiği Akademi toplantısındaydı. Poincaré kendini yeni ışınlarla ilgili bir hikayeyle sınırlamadı. Bu ışınların lüminesans ile ilişkili olduğunu ve belki de her zaman bu tip lüminesans ile aynı anda meydana geldiğini, böylece katot ışınlarından muhtemelen vazgeçilebileceğini öne sürdü. Ultraviyole radyasyon etkisi altındaki maddelerin ışıldaması - floresan veya fosforesans (19. yüzyılda bu kavramlar arasında kesin bir ayrım yoktu) Becquerel'e aşinaydı: babası Alexander Edmond Becquerel (1820-1891) ve büyükbabası Antoine Cesar Becquerel (1788) –1878) onunla meşguldü - her iki fizikçi; Antoine Henri Becquerel'in oğlu Jacques fizikçi oldu ve "miras yoluyla" Paris Müzesi'nde fizik başkanlığını kabul etti. doğal Tarih Becquerelis, 1838'den 1948'e kadar 110 yıl boyunca bu departmana başkanlık etti.

Becquerel, X-ışınlarının floresan ile ilişkili olup olmadığını kontrol etmeye karar verdi. Uranil nitrat UO2 (NO3)2 gibi bazı uranyum tuzları, parlak sarı-yeşil floresan sergiler. Bu tür maddeler, çalıştığı Becquerel'in laboratuvarındaydı. Babası ayrıca, güneş ışığının kesilmesinden sonra parıltılarının çok hızlı bir şekilde - saniyenin yüzde birinden daha kısa sürede - kaybolduğunu gösteren uranyum müstahzarları ile çalıştı. Bununla birlikte, hiç kimse, bu parıltıya, Röntgen'de olduğu gibi, opak malzemelerden geçebilen diğer bazı ışınların emisyonunun eşlik edip etmediğini kontrol etmedi. Poincaré'nin raporundan sonra Becquerel'in test etmeye karar verdiği şey buydu. 24 Şubat 1896'da, Akademinin haftalık toplantısında, iki kat kalın siyah kağıda sarılmış bir fotoğraf plakası alarak, üzerine çift potasyum uranil sülfat K2 UO2 (SO4) 2 2H2O kristalleri yerleştirdiğini ve tüm bunları açığa çıkardığını söyledi. birkaç saat güneş ışığında, ardından üzerindeki fotoğraf plakasının gelişmesinden sonra kristallerin biraz bulanık bir konturunu görebilirsiniz. Plaka ile kristaller arasına bir madeni para veya kalaydan kesilmiş bir şekil yerleştirilirse, geliştirmeden sonra bu nesnelerin net bir görüntüsü plaka üzerinde belirir.

Bütün bunlar floresan ve X-ışınları arasında bir ilişki olduğunu gösterebilir. Son zamanlarda keşfedilen X-ışınları çok daha kolay elde edilebilir - bunun için gerekli olan katot ışınları ve vakum tüpü ve yüksek voltaj olmadan, ancak uranyum tuzunun güneşte ısıtıldığında bir miktar serbest bırakıp bırakmadığını kontrol etmek gerekiyordu. siyah kağıdın altına nüfuz eden ve fotoğraf emülsiyonuna etki eden bir tür gaz Becquerel, bu olasılığı ortadan kaldırmak için uranyum tuzu ile fotoğraf plakası arasına bir cam levha koydu - hala yanıyordu. "Buradan" diyerek sözlerini tamamladı. kısa mesaj Becquerel'e göre, - ışıklı tuzun, ışığa geçirgen olmayan siyah kağıttan geçen ışınlar yaydığı ve fotoğraf plakasındaki gümüş tuzlarını geri kazandığı sonucuna varabiliriz. Sanki Poincare haklıymış gibi ve Roentgen'in X-ışınları tamamen farklı bir şekilde elde edilebilir.

Becquerel, bir fotoğraf plakasını aydınlatan ışınların hangi koşullar altında ortaya çıktığını daha iyi anlamak ve bu ışınların özelliklerini araştırmak için birçok deney kurmaya başladı. Kristaller ve fotoğraf plakası arasına çeşitli maddeler yerleştirdi - kağıt, cam, alüminyum plakalar, bakır, farklı kalınlıklarda kurşun. Sonuçlar, her iki radyasyonun benzerliği lehine bir argüman olarak da hizmet edebilecek olan, Roentgen tarafından elde edilenlerle aynıydı. Doğrudan güneş ışığına ek olarak, Becquerel bir ayna tarafından yansıtılan veya bir prizma tarafından kırılan ışıkla uranyum tuzunu aydınlattı. Daha önceki tüm deneylerin sonuçlarının güneşle hiçbir ilgisi olmadığını buldu; önemli olan uranyum tuzunun fotoğraf plakasına ne kadar yakın olduğuydu. Ertesi gün, Becquerel bunu Akademinin bir toplantısında bildirdi, ancak daha sonra ortaya çıktığı gibi, yanlış bir sonuca vardı: en az bir kez ışıkla "yüklenmiş" uranyum tuzunun o zaman kendisinin yayma yeteneğine sahip olduğuna karar verdi. uzun süre görünmez nüfuz eden ışınlar.

Yıl sonuna kadar Becquerel bu konuyla ilgili dokuz makale yayınladı, bunlardan birinde şunları yazdı: “Kalın duvarlı bir kurşun kutuya farklı uranyum tuzları yerleştirildi ... Bilinen herhangi bir radyasyonun etkisinden korunan bu maddeler devam etti sekiz ayda camdan ve siyah kağıttan geçen ışınları yaymak.

Bu ışınlar, güneşte parlamayanlar da dahil olmak üzere herhangi bir uranyum bileşiğinden geldi. Metalik uranyum radyasyonu daha da güçlüydü (yaklaşık 3.5 kat). Radyasyonun, bazı tezahürlerde X ışınlarına benzer olmasına rağmen, daha büyük bir nüfuz gücüne sahip olduğu ve bir şekilde uranyum ile bağlantılı olduğu ortaya çıktı, bu yüzden Becquerel ona "uranyum ışınları" demeye başladı.

Becquerel ayrıca "uranyum ışınlarının" havayı iyonize ederek onu bir elektrik iletkeni haline getirdiğini keşfetti. Neredeyse aynı anda, Kasım 1896'da İngiliz fizikçiler J. J. Thomson ve Ernest Rutherford (havanın iyonlaşmasını keşfettiler ve röntgen. Becquerel, radyasyonun yoğunluğunu ölçmek için, uçlarında asılı duran ve elektrostatik olarak yüklenen en açık altın yaprakların birbirini ittiği ve serbest uçlarının ayrıldığı bir elektroskop kullandı. Hava akımı iletirse, yapraklardan yük boşalır ve yapraklar düşer - ne kadar hızlı olursa, havanın elektriksel iletkenliği o kadar yüksek olur ve sonuç olarak radyasyon yoğunluğu o kadar yüksek olur.

Maddenin harici bir kaynaktan enerji beslemesi olmadan aylarca nasıl sürekli ve kesintisiz radyasyon yaydığı sorusu kaldı.Becquerel'in kendisi, uranyumun sürekli olarak yaydığı enerjiyi nereden aldığını anlayamadığını yazdı. Bu vesileyle, bazen oldukça fantastik olan çeşitli hipotezler öne sürülmüştür. Örneğin, İngiliz kimyager ve fizikçi William Ramsay şöyle yazdı: “... fizikçiler uranyum tuzlarındaki tükenmez enerji kaynağının nereden gelebileceğini merak ettiler. Lord Kelvin, uranyumun, uzayda bize ulaşan, aksi takdirde tespit edilemeyen ışıma enerjisini yakalayan ve onu kimyasal etkiler üretebilecek bir forma dönüştüren bir tür tuzak olduğunu öne sürmeye meyilliydi.

Becquerel ne bu hipotezi kabul edebilir, ne daha makul bir şey bulabilir, ne de enerjinin korunumu ilkesinden vazgeçebilir. Sonunda, genel olarak bir süre uranyumla çalışmayı bırakıp fisyona başladı. spektral çizgiler bir manyetik alanda. Bu etki, genç Hollandalı fizikçi Peter Zeeman tarafından Becquerel'in keşfiyle neredeyse aynı anda keşfedildi ve başka bir Hollandalı Hendrik Anton Lorentz tarafından açıklandı.

Bu, radyoaktivite çalışmasının ilk aşamasını tamamladı. Albert Einstein, radyoaktivitenin keşfini ateşin keşfiyle karşılaştırdı, çünkü hem ateşin hem de radyoaktivitenin medeniyet tarihinde eşit derecede önemli kilometre taşları olduğuna inanıyordu.

1. Radyoaktif radyasyon türleri

Araştırmacıların elinde güçlü radyasyon kaynakları ortaya çıktığında, uranyumdan milyonlarca kat daha güçlü (bunlar radyum, polonyum, aktinyum preparatlarıydı), radyoaktif radyasyonun özelliklerine daha aşina olmak mümkün oldu. Ernest Rutherford, Maria ve Pierre Curie'nin eşleri, A. Becquerel ve diğerleri bu konudaki ilk çalışmalarda aktif rol aldı. Her şeyden önce, ışınların nüfuz gücü ve radyasyon üzerindeki etkisi incelenmiştir. manyetik alan. Radyasyonun homojen olmadığı, ancak "ışınların" bir karışımı olduğu ortaya çıktı. Pierre Curie, bir manyetik alan radyum radyasyonuna etki ettiğinde, bazı ışınların saptığını, bazılarının ise sapmadığını keşfetti. Manyetik alanın yalnızca yüklü uçan parçacıkları hem pozitif hem de negatif olarak farklı yönlerde saptırdığı biliniyordu. Sapmanın yönüne göre, sapan β-ışınlarının negatif yüklü olduğundan emin olduk. Daha sonraki deneyler, katot ve β-ışınları arasında temel bir fark olmadığını gösterdi, bundan bir elektron akışını temsil ettiklerini takip etti.

Saptırıcı ışınlar daha güçlü nüfuz etme yeteneğine sahipti. çeşitli malzemeler, sapmayanlar ince alüminyum folyo tarafından bile kolayca emilirken - örneğin, yeni polonyum elementinin radyasyonu böyle davrandı - radyasyonu ilacın depolandığı kutunun karton duvarlarından bile nüfuz etmedi .

Daha güçlü mıknatıslar kullanıldığında, α-ışınlarının da, yalnızca β-ışınlarından çok daha zayıf ve diğer yönde saptığı ortaya çıktı. Bundan, pozitif yüklü oldukları ve çok daha büyük bir kütleye sahip oldukları ortaya çıktı (daha sonra öğrenildiği gibi, a-parçacıklarının kütlesi bir elektronun kütlesinden 7740 kat daha büyüktür). Bu fenomen ilk olarak 1899'da A. Becquerel ve F. Gisel tarafından keşfedildi. Daha sonra α-parçacıklarının +2 yükü ve 4 cu-ışın kütlesi olan helyum atomlarının çekirdekleri (çekirdek 4 He) olduğu ortaya çıktı, radyum radyasyonunda sapmayan üçüncü bir ışın türü keşfetti. en güçlü manyetik alanlarda, bu keşif çok geçmeden Becquerel tarafından doğrulandı. Bu tür radyasyon, alfa ve beta ışınlarına benzetilerek gama ışınları olarak adlandırıldı, farklı radyasyonların Yunan alfabesinin ilk harfleriyle belirtilmesi Rutherford tarafından önerildi. Gama ışınlarının X ışınlarına benzer olduğu ortaya çıktı, yani. onlar temsil eder Elektromanyetik radyasyon, ancak daha kısa dalga boyları ve buna bağlı olarak daha yüksek enerji ile. Tüm bu radyasyon türleri, M. Curie tarafından "Radyum ve Radyoaktivite" monografisinde tanımlanmıştır. Bir manyetik alan yerine, radyasyonu “bölmek” için bir elektrik alanı kullanılabilir, yalnızca içindeki yüklü parçacıklar dikey olarak sapmayacaktır. kuvvet hatları, ve yanlarında - saptırma plakalarına doğru.

Uzun bir süre tüm bu ışınların nereden geldiği belli değildi. Birkaç on yıl boyunca, radyoaktif radyasyonun doğası ve özellikleri birçok fizikçinin çalışmasıyla aydınlatıldı ve yeni radyoaktivite türleri keşfedildi.

Alfa ışınları esas olarak en ağır ve dolayısıyla daha az kararlı atomların çekirdeklerini yayar (periyodik tabloda kurşundan sonra bulunurlar). Bunlar yüksek enerjili parçacıklardır. Genellikle, her biri kesin olarak tanımlanmış bir enerjiye sahip olan birkaç α-parçacığı grubu vardır. Bu nedenle, 226 Ra çekirdeğinden yayılan hemen hemen tüm α-parçacıkları 4.78 MeV (megaelektron-volt) enerjiye ve 4.60 MeV enerjili küçük bir α-parçacık fraksiyonuna sahiptir. Başka bir radyum izotopu, 221 Ra, enerjileri 6.76, 6.67, 6.61 ve 6.59 MeV olan dört grup α-parçacığı yayar. Bu, çekirdeklerde birkaç enerji seviyesinin varlığını gösterir, aralarındaki fark, çekirdek tarafından yayılan α-kuantanın enerjisine karşılık gelir. "Saf" alfa yayıcılar da bilinmektedir (örneğin, 222 Rn).

formüle göre E = mü 2 /2 belirli bir enerji ile α-parçacıklarının hızı hesaplanabilir. Örneğin, 1 mol α-parçacığı E= 4.78 MeV enerjiye sahiptir (SI birimlerinde) E\u003d 4.78 106 eV  96500 J / (eV mol) \u003d 4.61 1011 J / mol ve kütle m= 0.004 kg/mol, nereden sen Bir tabanca mermisinin hızından on binlerce kat daha fazla olan α 15200 km/s. Alfa parçacıkları en güçlü iyonlaştırıcı etkiye sahiptir: bir gaz, sıvı veya katı içindeki diğer atomlarla çarpışarak, onlardan elektronları "koparlar" ve yüklü parçacıklar oluştururlar. Bu durumda, α-parçacıkları çok hızlı bir şekilde enerji kaybederler: bir kağıt yaprağı tarafından bile korunurlar. Havada, radyumun α-radyasyonu sadece 3,3 cm, toryumun α-radyasyonu - 2,6 cm, vb. Sonunda kinetik enerjisini kaybeden alfa parçacığı iki elektronu yakalar ve bir helyum atomuna dönüşür. Helyum atomunun ilk iyonlaşma potansiyeli (He – e → He+) 24,6 eV, ikincisi (He+ – e → He+2) 54.4 eV'dir, bu da diğer atomlarınkinden çok daha fazladır. Elektronlar α-parçacıkları tarafından yakalandığında, büyük bir enerji açığa çıkar (7600 kJ / mol'den fazla), bu nedenle, helyum atomları dışında tek bir atom, bir α-parçacığı içindeyse elektronlarını tutamaz. semt.

α-parçacıklarının çok yüksek kinetik enerjisi onları çıplak gözle (veya sıradan bir büyüteçle) “görmeyi” mümkün kılar, bu ilk olarak 1903'te İngiliz fizikçi ve kimyager William Crookes (1832 - 1919) tarafından gösterildi. zar zor yapıştırılmış gözle görülebilir bir radyum tuzu tanesi ve iğneyi geniş bir cam tüpe sabitledi. Bu tüpün bir ucuna, iğnenin ucundan çok uzak olmayan bir fosfor tabakası (bir tabaka olarak çinko sülfür görevi görür) ile kaplanmış bir plaka yerleştirildi ve diğer ucunda bir büyüteç vardı. Karanlıkta fosfora bakarsanız, görebilirsiniz: tüm görüş alanı yanıp sönen ve hemen sönen kıvılcımlarla noktalanmıştır. Her kıvılcım, bir α-parçacığının etkisinin sonucudur. Crookes bu cihaza spinthariskop adını verdi (Yunanca spintharis'ten - bir kıvılcım ve skopeo - bakıyorum, gözlemliyorum). Bunun yardımıyla basit yöntem a-parçacıklarını sayarak, bir dizi çalışma yapıldı, örneğin, bu şekilde Avogadro sabitini oldukça doğru bir şekilde belirlemek mümkün oldu.

Çekirdekte, protonlar ve nötronlar bir arada tutulur. nükleer kuvvetler Bu nedenle, iki proton ve iki nötrondan oluşan bir alfa parçacığının çekirdeği nasıl terk edebileceği açık değildi. 1928'de cevaplandı Amerikalı fizikçi(1933'te SSCB'den göç eden) George (Georgy Antonovich) Gamov). Kuantum mekaniği yasalarına göre, α-parçacıkları, küçük kütleli herhangi bir parçacık gibi, dalga özelliğine sahiptir ve bu nedenle, çekirdeğin dışında, küçük (yaklaşık 6) üzerinde küçük bir olasılıkları vardır. · 10–12 cm) mesafe. Bu olur olmaz, çok yakındaki pozitif yüklü bir çekirdekten gelen Coulomb itmesi parçacık üzerinde hareket etmeye başlar.

Alfa bozunması esas olarak ağır çekirdeklerden etkilenir - bunların 200'den fazlası bilinmektedir, α-parçacıkları bizmuttan sonra elementlerin izotoplarının çoğu tarafından yayılır. Daha hafif alfa yayıcılar, çoğunlukla nadir toprak atomları bilinmektedir. Peki neden çekirdekten tek tek protonlar değil de alfa parçacıkları yayılıyor? Niteliksel olarak bu, α-bozunmadaki enerji kazanımı ile açıklanır (α-parçacıkları - helyum çekirdekleri kararlıdır). α-bozunmanın nicel teorisi sadece 1980'lerde yaratıldı ve Lev Davidovich Landau, Arkady Beinusovich Migdal (1911–1991), Nükleer Fizik Bölüm başkanı Stanislav Georgievich Kadmensky de dahil olmak üzere yerli fizikçiler de gelişimine katıldı. Voronej Üniversitesi ve meslektaşları.

Bir α-parçacığının çekirdekten ayrılması, periyodik tabloda iki hücre sola kaydırılan başka bir kimyasal elementin çekirdeğine yol açar. Bir örnek, yedi polonyum izotopunun (çekirdek yükü 84) farklı kurşun izotoplarına (çekirdek yükü 82) dönüştürülmesidir: 218 Po → 214 Pb, 214 Po → 210 Pb, 210 Po → 206 Pb, 211 Po → 207 Pb, 215 Po →211Pb, 212Po → 208Pb, 216Po → 212Pb. Kurşun izotopları 206 Pb 207 Pb ve 208 Pb kararlıdır, geri kalanı radyoaktiftir.

Trityum gibi hem ağır hem de hafif çekirdeklerde beta bozunması gözlenir. Bu hafif parçacıklar (hızlı elektronlar) daha yüksek nüfuz gücüne sahiptir. Böylece, havada, β-parçacıkları sıvı içinde birkaç on santimetre uçabilir ve katılar- bir milimetrenin kesirlerinden yaklaşık 1 cm'ye kadar α-parçacıklarının aksine, β-ışınlarının enerji spektrumu kesikli değildir. Çekirdekten kaçan elektronların enerjisi, neredeyse sıfırdan belirli bir radyonüklidin maksimum değer karakteristiğine kadar değişebilir. Genellikle, β parçacıklarının ortalama enerjisi α parçacıklarınınkinden çok daha azdır; örneğin, β-radyasyonu 228 Ra'nın enerjisi 0,04 MeV'dir. Ama istisnalar var; bu nedenle kısa ömürlü nüklid 11 Be'nin β-radyasyonu 11.5 MeV'lik bir enerji taşır. Uzun bir süre, aynı elementin özdeş atomlarından farklı hızlara sahip parçacıkların nasıl uçtuğu açık değildi. Atomun yapısı bilindiğinde ve atom çekirdeği, yeni bir gizem ortaya çıktı: çekirdekten yayılan β-parçacıkları nereden geliyor - sonuçta çekirdekte elektron yok. İngiliz fizikçi James Chadwick'in 1932'de nötronu keşfetmesinden sonra, Rus fizikçiler Dmitry Dmitrievich Ivanenko (1904–1994) ve Igor Evgenievich Tamm ve bağımsız olarak Alman fizikçi Werner Heisenberg atom çekirdeğinin protonlardan ve nötronlardan oluştuğunu öne sürdü. Bu durumda, bir nötronun bir protona ve bir elektrona dönüşümünün intranükleer işleminin bir sonucu olarak β-parçacıkları oluşturulmalıdır: n → p + e. Nötronun kütlesi, Einstein'ın formülüne göre, proton ve elektronun toplam kütlesini, fazla kütleyi biraz aşıyor. E = mc 2, çekirdekten kaçan bir elektronun kinetik enerjisini verir; bu nedenle, β-çürüme esas olarak fazla sayıda nötron içeren çekirdeklerde gözlenir. Örneğin, 226 Ra nüklidi bir a-yayıcıdır ve radyumun tüm ağır izotopları (227 Ra, 228 Ra, 229 Ra ve 230 Ra) β-yayıcıdır.

Geriye neden α-parçacıklarının aksine β-parçacıklarının olduğunu bulmak kaldı. sürekli spektrum Bu, bazılarının çok az enerjiye sahip olduğu, bazılarının ise çok fazla enerjiye sahip olduğu (ve aynı zamanda ışık hızına yakın bir hızda hareket ettiği) anlamına geliyordu. Üstelik, tüm bu elektronların toplam enerjisi (bir kalorimetre ile ölçüldü), orijinal çekirdek ile bozunma ürünü arasındaki enerji farkından daha az olduğu ortaya çıktı. Yine, fizikçiler, enerjinin korunumu yasasının bir "ihlali" ile karşı karşıya kaldılar: orijinal çekirdeğin enerjisinin bir kısmı bilinmeyen bir yönde kayboldu. Sarsılmaz fizik yasası 1931'de β-çürüme sırasında iki parçacığın çekirdekten uçtuğunu öne süren İsviçreli fizikçi Wolfgang Pauli tarafından “kurtarıldı”: bir elektron ve varsayımsal bir nötr parçacık - neredeyse sıfır kütleye sahip bir nötrino. fazla enerjiyi uzaklaştır. β-radyasyonunun sürekli spektrumu, elektronlar ve bu parçacık arasındaki enerji dağılımı ile açıklanır. Nötrino (daha sonra ortaya çıktığı gibi, sözde elektron antinötrino β-bozunması sırasında oluşur) madde ile çok zayıf bir şekilde etkileşime girer (örneğin, dünyayı ve hatta çapı büyük bir yıldızı kolayca deler) ve bu nedenle bir süre için tespit edilmedi. uzun süre - deneysel olarak serbest nötrinolar sadece 1956'da kaydedildi Bu nedenle, beta bozunmasının rafine şeması aşağıdaki gibidir: n → p + . Pauli'nin nötrino hakkındaki fikirlerine dayanan nicel β-bozunma teorisi, 1933'te nötrino (İtalyanca "nötron") adını da öneren İtalyan fizikçi Enrico Fermi tarafından geliştirildi.

β-bozunması sırasında bir nötronun bir protona dönüşmesi, pratik olarak nüklidin kütlesini değiştirmez, ancak nükleer yükü bir artırır. Sonuç olarak, periyodik tabloda bir hücre sağa kaydırılan yeni bir element oluşur, örneğin: →, →, →, vb. (aynı anda, bir elektron ve bir antineutrino çekirdekten uçar).

2. Diğer radyoaktivite türleri

Alfa ve beta bozunmalarına ek olarak, diğer spontan radyoaktif dönüşüm türleri de bilinmektedir. 1938'de Amerikalı fizikçi Luis Walter Alvarez, üçüncü bir tür radyoaktif dönüşüm, elektron yakalama (K-yakalama) keşfetti. Bu durumda çekirdek, kendisine en yakın enerji kabuğundan (K-kabuğu) bir elektron yakalar. Bir elektron bir protonla etkileşime girdiğinde bir nötron oluşur ve bir nötrino çekirdekten uçarak fazla enerjiyi uzaklaştırır. Bir protonun bir nötrona dönüşmesi, nüklidin kütlesini değiştirmez, ancak nükleer yükü bir azaltır. Sonuç olarak, periyodik tablonun solunda bir hücre olan yeni bir element oluşur, örneğin ondan kararlı bir nüklid elde edilir (bu örnekte Alvarez bu tür radyoaktiviteyi keşfetti).

Bir atomun elektron kabuğunda K yakalaması ile, daha yüksek bir elektrondan bir elektron enerji seviyesi, fazla enerji ya X-ışınları şeklinde serbest bırakılır ya da atomdan bir veya daha fazla zayıf bağlı elektronun uçuşu için harcanır - sözde Auger elektronları, adını Fransız fizikçi Pierre Auger'den (1899–1993) alır. ), bu etkiyi 1923'te keşfeden (iç elektronları nakavt etmek için iyonlaştırıcı radyasyon kullandı).

1940'ta Georgy Nikolaevich Flerov (1913–1990) ve Konstantin Antonovich Petrzhak (1907–1998), kararsız bir çekirdeğin kütleleri farklı olmayan iki daha hafif çekirdeğe dönüştüğü uranyum örneğini kullanarak kendiliğinden (kendiliğinden) fisyon keşfettiler. çok fazla, örneğin: → + + 2n. Bu tür bozunma sadece uranyum ve daha ağır elementlerde görülür - toplamda 50'den fazla nüklid. Uranyum durumunda, kendiliğinden fisyon çok yavaş gerçekleşir: 238 U atomunun ortalama ömrü 6.5 milyar yıldır. 1938'de Alman fizikçi ve kimyager Otto Hahn, Avusturyalı radyokimyacı ve fizikçi Lise Meitner (Mt - meitnerium elementi onun adını almıştır) ve Alman fizikokimyacı Fritz Strassmann (1902–1980), nötronlar tarafından bombalandığında uranyum çekirdeklerinin parçalara bölünmüş, ayrıca, nötronlardan dışarı uçmak, komşu uranyum çekirdeklerinin fisyonuna neden olabilir, bu da zincirleme tepki). Bu sürece büyük bir serbest bırakma eşlik ediyor (karşılaştırıldığında kimyasal reaksiyonlar) nükleer silahların yaratılmasına ve nükleer santrallerin inşasına yol açan enerji.

1934'te Marie Curie'nin kızı Irene Joliot-Curie ve kocası Frédéric Joliot-Curie pozitron bozunmasını keşfetti. Bu süreçte, çekirdeğin protonlarından biri bir nötrona ve bir antielektrona (pozitron) dönüşür - aynı kütleye sahip, ancak pozitif yüklü bir parçacık; aynı zamanda, çekirdekten bir nötrino uçar: p → n + e+ + 238. Çekirdeğin kütlesi değişmez, ancak yer değiştirme, β– bozunmasından farklı olarak sola doğru gerçekleşir, β+ bozunması aşağıdakilerin karakteristiğidir. proton fazlası olan çekirdekler (sözde nötron eksikliği olan çekirdekler) . Bu nedenle, ağır oksijen izotopları 19 O, 20 O ve 21 O β– aktiftir ve hafif izotopları 14 O ve 15 O β+ aktiftir, örneğin: 14 O → 14 N + e + + 238. Antipartiküller olarak pozitronlar iki γ-kuanta oluşumu ile elektronlarla karşılaştıklarında hemen yok olurlar (yok olurlar). Pozitron bozunması genellikle K-yakalama ile rekabet eder.

1982'de proton radyoaktivitesi keşfedildi: bir çekirdekten bir proton emisyonu (bu, yalnızca yapay olarak elde edilmiş ve aşırı enerjiye sahip bazı çekirdekler için mümkündür). 1960 yılında, fiziksel kimyager Vitaly Iosifovich Gol'danskii (1923–2001) teorik olarak iki protonlu radyoaktiviteyi öngördü: çekirdek tarafından çift dönüşlü iki protonun fırlatılması. İlk olarak 1970'de gözlendi. İki nötron radyoaktivitesi de çok nadiren gözlendi (1979'da keşfedildi).

1984'te küme radyoaktivitesi keşfedildi (İngiliz kümesinden - demet, sürü). Bu durumda, kendiliğinden fisyonun aksine, çekirdek çok farklı kütlelere sahip parçalara bozunur, örneğin, 14 ila 34 kütleli çekirdekler, ağır bir çekirdekten uçarlar.Küme çürümesi de çok nadir görülür ve bu da işi zorlaştırır. uzun süre algılamak için.

Bazı çekirdekler farklı yönlerde bozunabilir. Örneğin, 221 Rn, α-parçacıklarının emisyonu ile %80 ve β-parçacıklarının emisyonu ile %20 oranında bozunur, nadir toprak elementlerinin birçok izotopu (137 Pr, 141 Nd, 141 Pm, 142 Sm, vb.) ya elektron yakalama ya da bir pozitron emisyonu ile bozunur. Çeşitli radyoaktif emisyon türlerine genellikle (ancak her zaman değil) y-radyasyonu eşlik eder. Bunun nedeni, ortaya çıkan çekirdeğin gama ışınları yayarak serbest bırakıldığı fazla enerjiye sahip olabilmesidir. γ-radyasyonunun enerjisi geniş bir aralıkta yer alır, örneğin 226 Ra'nın bozunması sırasında 0.186 MeV'ye eşittir ve 11 Be'nin bozunması sırasında 8 MeV'ye ulaşır.

Bilinen 2500 atom çekirdeğinin neredeyse %90'ı kararsızdır. Kararsız bir çekirdek, parçacıkların yayılmasıyla kendiliğinden başka çekirdeğe dönüşür. Çekirdeklerin bu özelliğine radyoaktivite denir. Büyük çekirdekler için, nükleer kuvvetler tarafından nükleonların çekimi ve protonların Coulomb itmesi arasındaki rekabet nedeniyle kararsızlık ortaya çıkar. Yük numarası Z > 83 ve kütle numarası A > 209 olan kararlı çekirdek yoktur. Ancak, önemli ölçüde daha düşük Z ve A sayılarına sahip atom çekirdekleri de radyoaktif olabilir.Çekirdek, nötronlardan önemli ölçüde daha fazla proton içeriyorsa, kararsızlığa neden olur. Coulomb etkileşim enerjisinin fazlalığı ile. Proton sayısından çok fazla nötron içerecek olan çekirdekler, nötronun kütlesinin protonun kütlesini aşması nedeniyle kararsızdır. Çekirdeğin kütlesindeki bir artış, enerjisinde bir artışa yol açar.

Radyoaktivite olgusu 1896'da Fransız fizikçi A. Becquerel tarafından keşfedildi ve uranyum tuzlarının ışığa karşı opak olan bariyerlerden geçebilen ve fotoğrafik emülsiyonun kararmasına neden olan bilinmeyen radyasyon yaydığını keşfetti. İki yıl sonra, Fransız fizikçiler M. ve P. Curie, toryumun radyoaktivitesini keşfettiler ve iki yeni radyoaktif element keşfettiler - polonyum ve radyum

Sonraki yıllarda, E. Rutherford ve öğrencileri de dahil olmak üzere birçok fizikçi, radyoaktif radyasyonun doğası üzerine çalışmaya başladı. Radyoaktif çekirdeklerin üç tip parçacık yayabildiği bulundu: pozitif ve negatif yüklü ve nötr. Bu üç radyasyon türü α-, β- ve γ-radyasyonu olarak adlandırıldı. Bu üç radyoaktif radyasyon türü, maddenin atomlarını iyonize etme yetenekleri ve dolayısıyla nüfuz etme güçleri bakımından birbirinden büyük ölçüde farklıdır. α-radyasyonu en az nüfuz gücüne sahiptir. Havada, normal koşullar altında, α-ışınları birkaç santimetre mesafe kateder. β-ışınları madde tarafından çok daha az emilir. Birkaç milimetre kalınlığında bir alüminyum tabakasından geçebilirler. γ-ışınları, 5-10 cm kalınlığında bir kurşun tabakasından geçebilen en yüksek nüfuz gücüne sahiptir.

20. yüzyılın ikinci on yılında, E. Rutherford tarafından atomların nükleer yapısının keşfinden sonra, radyoaktivitenin atom çekirdeğinin bir özelliği olduğu kesin olarak belirlendi. Çalışmalar, α-ışınlarının bir α-parçacık akışını temsil ettiğini göstermiştir - helyum çekirdekleri, β-ışınları bir elektron akışıdır, γ-ışınları son derece kısa dalga boyu λ olan kısa dalgalı elektromanyetik radyasyondur.< 10–10 м и вследствие этого – ярко выраженными korpüsküler özellikler, yani bir parçacık akışıdır - y-kuanta.

3. Alfa bozunması

Alfa bozunması, proton sayısı Z ve nötron N olan bir atom çekirdeğinin, proton Z - 2 ve nötron N - 2 içeren başka bir (kız) çekirdeğe kendiliğinden dönüşümüdür. Bu durumda, bir a-parçacığı yayılır - helyum atomunun çekirdeği. Böyle bir işlemin bir örneği, radyumun a-bozunmasıdır: Radyum atomlarının çekirdekleri tarafından yayılan alfa parçacıkları, ağır elementlerin çekirdekleri tarafından saçılma deneylerinde Rutherford tarafından kullanılmıştır. Radyum çekirdeğinin α-bozunması sırasında yayılan α-parçacıklarının hızı, yörüngenin bir manyetik alandaki eğriliğinden ölçüldüğünde, yaklaşık olarak 1.5 107 m/s'ye eşittir ve karşılık gelen kinetik enerji yaklaşık 7.5 10-13 J'dir. (yaklaşık 4,8 MeV). Bu değer, ana ve kız çekirdeklerin kütlelerinin ve helyum çekirdeğinin bilinen değerlerinden kolaylıkla belirlenebilir. Fırlatılan α-parçacığının hızı çok büyük olmasına rağmen, yine de ışık hızının sadece %5'i kadardır, bu nedenle kinetik enerji için göreli olmayan ifade hesaplamada kullanılabilir. Çalışmalar, bir radyoaktif maddenin birkaç farklı enerji değerine sahip α-parçacıkları yayabileceğini göstermiştir. Bu, çekirdeklerin atomlar gibi farklı uyarılmış durumlarda olabileceği gerçeğiyle açıklanır. Bir kız çekirdek, α-bozunması sırasında bu uyarılmış durumlardan birinde olabilir.

Bu çekirdeğin temel duruma sonraki geçişi sırasında, bir γ-kuantum yayınlanır. İki değerli α-parçacıklarının emisyonu ile radyumun α-bozunumu şeması kinetik enerjilerŞekil 2'de gösterilmiştir. Bu nedenle, çekirdeklerin α-bozunmasına birçok durumda γ-radyasyonu eşlik eder.

α-bozunma teorisinde, çekirdeklerin içinde iki proton ve iki nötrondan oluşan grupların oluşabileceği varsayılır, yani. a-parçacığı. Ana çekirdek, potansiyel bir bariyerle sınırlanan α-parçacıkları için potansiyel bir kuyudur. Çekirdekteki α-parçacığının enerjisi bu engeli aşmak için yetersizdir (Şekil 3). Bir α-parçacığının çekirdekten kaçışı ancak tünel etkisi adı verilen kuantum-mekanik bir fenomen sayesinde mümkündür. Göre Kuantum mekaniği, parçacığın potansiyel bariyerin altından geçme olasılığı sıfır değildir. Tünel açma fenomeni olasılıksal bir karaktere sahiptir.

4. Beta bozunması

Beta bozunmasında, çekirdekten bir elektron yayılır. Elektronlar çekirdeğin içinde bulunamazlar, bir nötronun protona dönüşmesi sonucu β-bozunması sırasında ortaya çıkarlar. Bu işlem sadece çekirdeğin içinde değil, aynı zamanda serbest nötronlarda da gerçekleşebilir. Serbest bir nötronun ortalama ömrü yaklaşık 15 dakikadır. Bir nötron bir proton ve bir elektrona bozunduğunda

Ölçümler, nötronun bozunmasından kaynaklanan proton ve elektronun toplam enerjisi, nötronun enerjisinden daha az olduğu için, bu süreçte enerjinin korunumu yasasının bariz bir ihlali olduğunu gösterdi. 1931'de W. Pauli, bir nötronun bozunması sırasında, enerjisinin bir kısmını alıp götüren sıfır kütleli ve yüklü başka bir parçacığın salındığını öne sürdü. Yeni parçacığa nötrino (küçük nötron) adı verildi. Bir nötrinoda bir yük ve kütle olmaması nedeniyle, bu parçacık maddenin atomlarıyla çok zayıf etkileşir, bu nedenle bir deneyde onu tespit etmek son derece zordur. Nötrinoların iyonlaşma yeteneği o kadar küçüktür ki havadaki bir iyonlaşma hareketi yolun yaklaşık 500 km'sine düşer. Bu parçacık sadece 1953'te keşfedildi. Şu anda, birkaç çeşit nötrino olduğu bilinmektedir. Nötron bozunması sürecinde, elektron antinötrino adı verilen bir parçacık oluşur. Bir sembol ile işaretlenmiştir. Bu nedenle, nötron bozunma reaksiyonu şu şekilde yazılır:

Benzer bir süreç, β-çürüme sırasında çekirdeklerin içinde meydana gelir. Nükleer nötronlardan birinin bozunması sonucu oluşan bir elektron, "ana evden" (çekirdek) hemen, ışık hızından yalnızca yüzde bir oranında farklı olabilen muazzam bir hızla fırlatılır. Bir elektron, bir nötrino ve bir yavru çekirdek arasındaki β bozunumu sırasında açığa çıkan enerjinin dağılımı rastgele olduğundan, β-elektronlar geniş bir aralıkta farklı hızlara sahip olabilir.

β-çürümesinde Görev numarası Z bir artar, kütle numarası A değişmez. Kız çekirdeğinin, periyodik tablodaki seri numarası orijinal çekirdeğin seri numarasından daha yüksek olan elementin izotoplarından birinin çekirdeği olduğu ortaya çıktı. Tipik bir β-bozunma örneği, uranyumun α-bozunmasından kaynaklanan toryum izotonunun paladyuma dönüşümüdür.

5. Gama bozunması

α- ve β-radyoaktivitesinden farklı olarak, çekirdeklerin γ-radyoaktivitesi, çekirdeğin iç yapısındaki bir değişiklikle ilişkili değildir ve buna yük veya kütle numaralarında bir değişiklik eşlik etmez. Hem α- hem de β-bozunmasında, yavru çekirdek bir miktar uyarılmış durumda olabilir ve fazla enerjiye sahip olabilir. Çekirdeğin uyarılmış durumdan temel duruma geçişine, enerjisi birkaç MeV'ye ulaşabilen bir veya birkaç γ-kuantanın emisyonu eşlik eder.

6. Radyoaktif bozunma yasası

Herhangi bir radyoaktif malzeme örneği, çok sayıda radyoaktif atom içerir. Radyoaktif bozunma rastgele olduğundan ve dış koşullara bağlı olmadığından, bozunmamış k sayısının N(t) sayısındaki azalma yasası şimdiki ançekirdeklerin t zamanı, radyoaktif bozunma sürecinin önemli bir istatistiksel özelliği olarak hizmet edebilir.

Kısa bir süre Δt boyunca bozunmamış çekirdek sayısı N(t) ΔN kadar değişsin< 0. Так как вероятность распада каждого ядра неизменна во времени, что число распадов будет пропорционально количеству ядер N(t) и промежутку времени Δt:

Orantılılık katsayısı λ, Δt = 1 s zamanında çekirdeğin bozunma olasılığıdır. Bu formül, N(t) fonksiyonunun değişim hızının, fonksiyonun kendisiyle doğru orantılı olduğu anlamına gelir.

burada N0, t = 0'daki ilk radyoaktif çekirdek sayısıdır. τ = 1 / λ süresi boyunca, bozulmamış çekirdek sayısı e ≈ 2,7 kat azalacaktır. τ değerine radyoaktif bir çekirdeğin ortalama ömrü denir.

Pratik kullanım için, radyoaktif bozunma yasasını, e yerine 2 sayısını taban olarak kullanarak farklı bir biçimde yazmak uygundur:

T'nin değerine yarı ömür denir. T süresi boyunca, başlangıçtaki radyoaktif çekirdek sayısının yarısı bozunur. T ve τ değerleri ilişki ile ilişkilidir

Yarı ömür, radyoaktif bozunma oranını karakterize eden ana niceliktir. Yarı ömür ne kadar kısa olursa, çürüme o kadar yoğun olur. Böylece, uranyum T için ≈ 4,5 milyar yıl ve radyum T için ≈ 1600 yıl. Bu nedenle, radyumun aktivitesi uranyumunkinden çok daha yüksektir. Bir saniyenin bir kesri kadar yarı ömre sahip radyoaktif elementler vardır.

α- ve β-radyoaktif bozunma sırasında, yavru çekirdek de kararsız olabilir. Bu nedenle, kararlı çekirdeklerin oluşumuyla sonuçlanan bir dizi ardışık radyoaktif bozunma mümkündür. Doğada, bu tür birkaç dizi var. En uzunu, ardışık 14 bozunmadan (8 - alfa bozunması ve 6 beta bozunması) oluşan bir seridir. Bu seri, kararlı bir kurşun izotopu ile sona ermektedir (Şekil 5).

Doğada, diziye benzer birkaç radyoaktif dizi daha vardır. Bir de doğal koşullarda bulunmayan neptünyumla başlayıp bizmutla biten bir seri var. Bu radyoaktif bozunma dizisi nükleer reaktörlerde meydana gelir.

yer değiştirme kuralı. Yer değiştirme kuralı, tam olarak ne tür dönüşümlere uğradığını belirtir. kimyasal element radyoaktif radyasyon yayan.

7. Radyoaktif sıralar

Yer değiştirme kuralı, doğadaki dönüşümlerin izini sürmeyi mümkün kıldı. radyoaktif elementler ve onlardan ataları uranyum-238, uranyum-235 ve toryum-232 olan üç aile ağacı inşa edin. Her aile son derece uzun ömürlü bir radyoaktif elementle başlar. Örneğin uranyum ailesinin başında, kütle numarası 238 ve yarı ömrü 4.5 109 yıl olan uranyum gelmektedir (Tablo 1'de orijinal ismine göre, uranyum I olarak belirtilmektedir).

uranyum ailesi. Yukarıda tartışılan radyoaktif dönüşümlerin özelliklerinin çoğu, uranyum ailesinin elementlerine kadar takip edilebilir. Örneğin, ailenin üçüncü üyesi nükleer izomerizme sahiptir. Beta parçacıkları yayan Uranyum X2, uranyum II'ye dönüşür (T = 1.14 dak). Bu, protaktinyum-234'ün uyarılmış halinin beta bozunmasına karşılık gelir. Bununla birlikte, vakaların %0,12'sinde, uyarılmış protaktinyum-234 (uranyum X2) bir gama kuantumu yayar ve temel duruma (uranyum Z) geçer. Uranyum II'nin oluşumuna da yol açan uranyum Z'nin beta bozunması 6,7 saatte gerçekleşir.

Radyum C ilginçtir çünkü iki şekilde bozunabilir: ya bir alfa ya da bir beta parçacığı yayarak. Bu süreçler birbirleriyle rekabet eder, ancak vakaların %99,96'sında radyum C oluşumuyla beta bozunması meydana gelir. Vakaların %0.04'ünde radyum C bir alfa parçacığı yayar ve radyum C'ye (RaC) dönüşür. Sırasıyla RaC ve RaC, sırasıyla alfa ve beta parçacıklarının emisyonu ile radyum D'ye dönüştürülür.

İzotoplar. Uranyum ailesinin üyeleri arasında atomları aynı atom numarasına sahip olanlar da vardır ( aynı ücretçekirdekler) ve farklı kütle numaraları. Kimyasal özelliklerde aynıdırlar, ancak radyoaktivitenin doğasında farklıdırlar. Örneğin, kurşunla aynı atom numarası 82 olan radyum B, radyum D ve radyum G, kimyasal davranış bakımından kurşuna benzer. bariz ki Kimyasal özellikler kütle numarasına bağlı değildir; yapı tarafından belirlenirler elektron kabukları atom (ve dolayısıyla Z). Öte yandan, kütle numarası, atomun radyoaktif özelliklerinin nükleer kararlılığı için kritik öneme sahiptir. Aynı atom numarasına ve farklı kütle numarasına sahip atomlara izotop denir. Radyoaktif elementlerin izotopları 1913'te F. Soddy tarafından keşfedildi, ancak kısa süre sonra F. Aston kütle spektroskopisinin yardımıyla birçok kararlı elementin de izotopları olduğunu kanıtladı.

8. Radyoaktif radyasyonun insanlar üzerindeki etkisi

Her türden radyoaktif radyasyon (alfa, beta, gama, nötronlar) ve ayrıca elektromanyetik radyasyon (X-ışını radyasyonu), atomların ve moleküllerin uyarılması ve iyonlaşması süreçlerinden oluşan canlı organizmalar üzerinde çok güçlü bir biyolojik etkiye sahiptir. canlı hücreler oluşturur. İyonlaştırıcı radyasyonun etkisi altında, vücutta radyasyon hasarına yol açan karmaşık moleküller ve hücresel yapılar yok edilir. Bu nedenle herhangi bir radyasyon kaynağı ile çalışırken radyasyon bölgesine düşebilecek kişilerin radyasyondan korunması için tüm tedbirlerin alınması gerekmektedir.

Ancak bir kişi ev ortamında iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalabilir. İnert, renksiz, radyoaktif bir gaz radonu insan sağlığı için ciddi bir tehlike oluşturabilir.Şekil 5'te gösterilen diyagramdan görülebileceği gibi, radon radyumun α-bozunmasının bir ürünüdür ve yarılanma ömrü T = 3.82'dir. günler. Radyum toprakta, taşlarda ve çeşitli bina yapılarında az miktarda bulunur. Nispeten kısa ömre rağmen, radyum çekirdeklerinin yeni bozunmaları nedeniyle radon konsantrasyonu sürekli olarak yenilenir, bu nedenle radon kapalı alanlarda birikebilir. Akciğerlere giren radon, α-parçacıkları yayar ve kimyasal olarak inert bir madde olmayan polonyuma dönüşür. Bunu uranyum serisinin bir dizi radyoaktif dönüşümleri takip eder (Şekil 5). Amerikan Radyasyon Güvenliği ve Kontrolü Komisyonu'na göre, ortalama bir insan iyonlaştırıcı radyasyonunun %55'ini radondan ve sadece %11'ini tıbbi bakımdan alır. Kozmik ışınların katkısı yaklaşık %8'dir. Bir kişinin yaşamı boyunca aldığı toplam radyasyon dozu, iyonlaştırıcı radyasyona ek maruziyete maruz kalan belirli mesleklerdeki kişiler için belirlenen izin verilen maksimum dozdan (MAD) birçok kez daha azdır.

9. Radyoaktif izotopların kullanımı

"Etiketli atomlar" yardımıyla gerçekleştirilen en göze çarpan çalışmalardan biri, organizmalardaki metabolizma çalışmasıydı. Nispeten kısa bir sürede vücudun neredeyse tamamen yenilendiği kanıtlanmıştır. Kurucu atomları yenileriyle değiştirilir. Sadece demir, kanın izotopik çalışması üzerine yapılan deneylerin gösterdiği gibi, bu kuralın bir istisnasıdır. Demir, kırmızı kan hücrelerindeki hemoglobinin bir parçasıdır. Gıdaya radyoaktif demir atomları eklendiğinde, fotosentez sırasında açığa çıkan serbest oksijenin karbondioksit değil, suyun bir parçası olduğu bulundu. Radyoaktif izotoplar tıpta hem teşhis hem de tedavi amaçlı kullanılmaktadır. Kana küçük miktarlarda verilen radyoaktif sodyum, kan dolaşımını incelemek için kullanılır, iyot, özellikle Graves hastalığında tiroid bezinde yoğun bir şekilde biriktirilir. Bir sayaç ile radyoaktif iyot birikimini izleyerek, hızlı bir şekilde teşhis yapılabilir. Yüksek dozlarda radyoaktif iyot anormal gelişen dokuların kısmen tahrip olmasına neden olur ve bu nedenle Graves hastalığını tedavi etmek için radyoaktif iyot kullanılır. Kanser tedavisinde yoğun kobalt gama radyasyonu kullanılır (kobalt tabancası).

Radyoaktif izotopların endüstrideki uygulamaları daha az kapsamlı değildir. Buna bir örnek, motorlarda piston segmanı aşınmasını izlemek için aşağıdaki yöntemdir. içten yanma. Piston segmanını nötronlarla ışınlayarak, içinde neden olurlar nükleer reaksiyonlar ve onu radyoaktif hale getirir. Motor çalışırken, halka malzemesinin parçacıkları yağlama yağına girer. Motorun belirli bir süre çalıştırılmasından sonra yağın radyoaktivite seviyesi incelenerek segmanın aşınması belirlenir. Radyoaktif izotoplar, metallerin difüzyonunu, yüksek fırınlardaki süreçleri vb. yargılamayı mümkün kılar.

Radyoaktif müstahzarların güçlü gama radyasyonu, metal dökümlerin iç yapısını incelemek ve içlerindeki kusurları tespit etmek için kullanılır.

Radyoaktif izotoplar giderek daha fazla kullanılıyor. tarım. Bitki tohumlarının (pamuk, lahana, turp vb.) radyoaktif müstahzarlardan küçük dozlarda gama ışınları ile ışınlanması, verimde gözle görülür bir artışa yol açar. Yüksek dozda radyasyon, bitkilerde ve mikroorganizmalarda mutasyonlara neden olur, bu da bazı durumlarda yeni değerli özelliklere sahip mutantların (radyoseleksiyon) ortaya çıkmasına neden olur. Böylece, değerli buğday, fasulye ve diğer mahsul çeşitleri yetiştirilmiş ve yüksek verimli mikroorganizmalar kullanılmıştır. antibiyotik üretiminde elde edilmiştir.Radyoaktif izotoplardan gelen gama radyasyonu, zararlı böcekleri kontrol etmek ve koruma için de kullanılır. Gıda Ürünleri. "Etiketli atomlar" tarım teknolojisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, fosfatlı gübrelerden hangisinin bitki tarafından daha iyi emildiğini bulmak için çeşitli gübreler radyoaktif fosfor 15 32P ile etiketlenir. Bitkileri radyoaktivite açısından inceleyerek, farklı gübre çeşitlerinden onlar tarafından emilen fosfor miktarı belirlenebilir.

Radyoaktivitenin ilginç bir uygulaması, arkeolojik ve jeolojik bulguların radyoaktif izotopların konsantrasyonuyla tarihlendirilmesi yöntemidir. En yaygın kullanılan yöntem radyokarbon tarihlemedir. Kozmik ışınların neden olduğu nükleer reaksiyonlar nedeniyle atmosferde kararsız bir karbon izotopu oluşur. Bu izotopun küçük bir yüzdesi, normal kararlı izotopla birlikte havada bulunur.Bitkiler ve diğer organizmalar havadan karbon tüketir ve her iki izotopu da havadakiyle aynı oranda biriktirir. Bitkiler öldükten sonra karbon tüketmeyi bırakırlar ve kararsız izotop, 5730 yıllık yarılanma ömrü ile β-bozunması sonucunda yavaş yavaş nitrojene dönüşür. Eski organizmaların kalıntılarındaki göreceli radyoaktif karbon konsantrasyonunu doğru bir şekilde ölçerek, ölüm zamanlarını belirlemek mümkündür.

kullanılmış literatür listesi

1. Radyoaktivite doktrini. Tarih ve modernite. M. Nauka, 1973 2. Bilim ve teknolojide nükleer radyasyon. M. Nauka, 1984 Furman VI 3. Alfa bozunması ve ilgili nükleer reaksiyonlar. M. Bilim, 1985

4. Landsberg G.S. İlköğretim fizik ders kitabı. Cilt III. - M.: Nauka, 19865. Seleznev Yu. A. Temel fiziğin temelleri. –M.: Nauka, 1964.6. CD-ROM Büyük Ansiklopedi Cyril ve Methodius, 1997.

7. M. Curie, Radyoaktivite, çev. Fransızcadan, 2. baskı, M. - L., 1960

8. A. N. Murin, Radyoaktiviteye Giriş, L., 1955

9. A. S. Davydov, Atom çekirdeği teorisi, Moskova, 1958

10. Gaisinsky M.N., Nükleer kimya ve uygulamaları, çev. Fransızca, Moskova, 1961

11. Deneysel nükleer Fizik, ed. E. Segre, çev. İngilizce'den, cilt 3, M., 1961; İNTERNET Ağ Araçları

Bartsaeva Vika, Belediye Eğitim Kurumu "Gymnasium No. 20", Saransk 9. sınıf öğrencisi

Makale, "İzotopların tıpta pratik kullanımı" konulu görsel materyal sunmaktadır.

İndirmek:

Ön izleme:

Sunumların önizlemesini kullanmak için bir Google hesabı (hesap) oluşturun ve oturum açın: https://accounts.google.com

Slayt başlıkları:

Konuyla ilgili sunum: "Tıpta radyoaktif izotopların kullanımı"

Radyoaktif izotopların kullanımı çeşitli ve çeşitlidir. Kullanımının tüm olasılıklarını hayal etmek zor. İnsanlık, atom enerjisinin barışçıl amaçlarla kullanılmasında ilk adımları atıyor, ancak atom enerjisinin teknolojik ilerlemenin güçlü bir aracı olduğu bugün zaten açık. Çalışmamın amacı, atom enerjisinin tıpta gerçek uygulamasını incelemektir.

Radyoaktif izotop yöntemi, radyoaktif elementlerin özelliklerini pratikte kullanmayı mümkün kılar. Bu yöntem, kimyasal ve birçok fiziksel özellikte, bir radyoaktif izotopun aynı elementin kararlı izotoplarından ayırt edilemez olduğu gerçeğinden yararlanır. Radyoaktif izotop yöntemi tıpta çok geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Rus bilim adamları, radyoaktif izotopları vücuda sokarak hastalıkların erken teşhisine yönelik yöntemlerin geliştirilmesine önemli katkılarda bulundular. Bu nedenle, tanınmış bir biyokimyacı olan GE Vladimirov (1901-1960), sinir ve kas dokularındaki metabolik süreçleri incelemek için radyoaktif izotopları (etiketli bileşikler) ilk kullananlardan biriydi. İlk pratik deneyim Bu method biyologlar V. M. Klechkovsky ve V. I. Spitsyn tarafından gerçekleştirildi. Radyoizotop tanı yöntemleri, radyoaktif izotopların kana, solunum yoluna ve sindirim sistemine - radyoaktif radyasyon özelliğine sahip maddeler (çoğunlukla bunlar gama ışınlarıdır) sokulmasına dayanır. Bu izotoplar, esas olarak bir veya başka bir organda biriken maddelerle karıştırılır. Bu nedenle radyoaktif izotoplar, vücutta belirli ilaçların varlığını yargılamanın zaten mümkün olduğu bir tür etikettir.

Co60 (kobalt), hem vücudun yüzeyinde hem de vücudun içinde bulunan kötü huylu tümörleri tedavi etmek için kullanılır. Yüzeysel tümörlerin (cilt kanseri gibi) tedavisi için kobalt, tümöre uygulanan tüpler şeklinde veya içine enjekte edilen iğneler şeklinde kullanılır. Radyokobalt içeren tüpler ve iğneler, tümör yıkımı gerçekleşene kadar bu pozisyonda tutulur. Bu durumda, tümörü çevreleyen sağlıklı doku çok fazla acı çekmemelidir. Tümör vücudun derinlerinde bulunuyorsa (mide veya akciğer kanseri), radyoaktif kobalt içeren özel γ kurulumları kullanılır. Böyle bir kurulum, tümörün bulunduğu yere yönlendirilen dar, çok güçlü bir gama ışınları ışını oluşturur. Işınlama herhangi bir ağrıya neden olmaz, hastalar bunu hissetmez.

Florografik cihazlar için dijital radyografik kamera KRTs 01-"PONY"

Mamografi, doğru teşhis için gereken yüksek kaliteli meme görüntülemeyi sağlayan, son teknoloji ürünü düşük dozlu, yüksek çözünürlüklü bir mamografi sistemidir.

Dijital florografik cihaz FTs-01 "Elektron", düşük radyasyona maruz kalan tüberküloz, onkolojik ve diğer akciğer hastalıklarını zamanında tespit etmek için popülasyonun toplu önleyici X-ışını muayenesi için tasarlanmıştır.

bilgisayarlı tomografi Bilgisayarlı tomografi, organ ve dokuların katman katman X-ışını incelemesi yöntemidir. Farklı açılardan alınan enine katmanın çoklu röntgen görüntülerinin bilgisayarla işlenmesine dayanır.

Brakiterapi radikal değil, pratik olarak ayakta tedavi edilen bir operasyondur, bu sırada bir izotop içeren titanyum tanelerini etkilenen organa sokuyoruz. Bu radyoaktif nüklid tümörü ölümüne öldürür. Rusya'da şimdiye kadar, ikisi Moskova'da, biri Obninsk'te ve biri burada Yekaterinburg'da olmak üzere sadece dört klinik böyle bir operasyon gerçekleştiriyor, ancak ülkenin brakiterapinin kullanılacağı 300-400 merkeze ihtiyacı var.

İnsan kalbinde atom patlamalarının izleri bulundu Atom patlamalarının en derin izleri 50'lerde doğan insanların kalplerinde saklı

Atmosferdeki nükleer testler, kan pompalayan canlı bir "pompa"nın, hasarlı dokularını kendi kendine onardığını kanıtladı.Birkaç yıl önce, sinir hücrelerinin iyileşmediği genel olarak kabul edildi. Örneğin, bir kişinin doğumdan aldığı kadar çok vardır. Ve yaşla birlikte daha iyi olmaz. Sadece daha az - sonuçta, sinir hücreleri geri dönülmez bir şekilde ölür. Bunun böyle olmadığı ortaya çıktı. Ve yeni nöronlar yaşam sürecinde ortaya çıkabilir. Ve kalbin yenilenme yeteneğine sahip olmadığını düşündüler. Ancak bu kalıcı tıbbi yanılgı Ratan Bhardvazh tarafından çürütüldü - Bir yetişkinin kalbinde yeni hücrelerin büyüdüğünü gösterdik, - diyor bilim adamı. Keşif, geçen yüzyılın 50'li yıllarında gerçekleştirilen atmosferdeki nükleer testlerle desteklendi. Sonra çevreyi radyoaktif bir izotop - karbon-14 ile büyük ölçüde bozdular. Ancak 1963'te patlatılması yasaklandıktan sonra seviyesi düştü. atom bombaları atmosferde.

Radyoaktif izotoplar, insanların yeni kalp hücrelerine sahip olduğu zamanı belirlemeye yardımcı oldu nükleer patlamalar, artan konsantrasyonda izotopu "emdi". Bilim adamları bunu canlı dokuların sözde radyokarbon tarihlemesi için kullandılar. Karbon-14, hücrelerin yaşını belirlemeyi mümkün kıldı. Ve onların - kalp hücrelerinin - ortaya çıktıkları ortaya çıktı. farklı zaman. Yani eskilerle birlikte yenileri doğdu. Bhardwaj ve meslektaşları, 25 yaşındaki bir insan kalbinin, organ kütlesinin her yıl yeni doğan hücrelerinin yüzde 1'ini üretebileceğini tahmin ediyor. 75 yaşına gelindiğinde, "fabrika"nın üretkenliği yüzde 0,45'e düşüyor.

Radyoizotop çalışmalarının tehlikeleri ve komplikasyonları. Çalışma sırasında hasta belirli bir doz radyasyon alır. Bu doz, vücudun x-ışınları sırasında maruz kaldığı radyoaktif radyasyon seviyelerini aşmaz. göğüs, bilgisayarlı tomografi. Ayrıca araştırmalarda kullanılan radyoaktif izotopların vücuttan hızla atıldığı ve bu nedenle zararlı bir etkisinin olmadığı bilinmelidir. Bazı ülkeler, proton-iyon ve bor-nötron yakalama tedavisi ve onkolojik ve diğer hastalıkların erken teşhisi için kullanılan radyofarmasötikleri ve ayrıca anestezikler üretmektedir. Bu nedenle, radyoaktif izotoplar, genel olarak tıpta ve özel olarak cerrahide uygulamalarını bulmuştur. Günümüzde radyoaktif izotoplar, hem çeşitli teşhis yöntemleri (iç habis tümörleri saptamak, tanımak ve lokalize etmek için) hem de insan hastalıklarını tedavi etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. RDI'nin, ekonomik ve çevresel güvenlikteki artışı, maliyet düşürmeyi ve performanstaki iyileşmeyi vurgulamamız gereken kendi avantajları vardır. Ameliyatta teşhis ve tedavi için radyoaktif izotopları kullanma yöntemi, kullanım dinamiklerinin kanıtladığı gibi, sürekli olarak geliştirilmekte ve geliştirilmektedir. büyük şehirler Rusya, genel olarak Rusya Federasyonu ve gelişmiş ülkeler.

Literatür I. Aladiev "Nükleer enerji ve barışçıl amaçlarla kullanımı" S. Feinberg "Araştırma reaktörleri" V. Duzhenkov "Kimya endüstrisinde radyasyon kullanımı" G. Jordan "Ölçüm teknolojisinde radyoizotop radyasyon kullanımı" M. Rozanov "Tıpta radyoizotopların kullanımı »

Hazırlayan: Belediye Eğitim Kurumu "Gymnasium No. 20", Saransk Bartsaeva Victoria 9. sınıf B öğrencisi

Radyoaktif izotoplar ilk olarak 1930'ların başlarında tıpta teşhis prosedürleri için kullanıldı. Bu, nihayetinde nükleer tıbbın temelini attı. Bu makale, bu izotopların tıptaki prosedürleri ve uygulamaları ile ilgili tüm bilgileri kapsayacaktır. Radyoaktif İzotoplar
İzotoplar, periyodik tablodaki atom numarası ve konumu aynı olan bir elementin türleri olarak tanımlanır. Benzer kimyasal özelliklere sahiptirler ancak farklı atom kütleleri ve fiziksel özellikler. Radyoaktif, kararsız sayıda proton ve nötrona sahip olanlardır. Bu kararsızlık, bir atomun çekirdeğinde yakalanan nötronların aşırı nötron bakımından zengin çekirdeğe yol açtığı nötron aktivasyonu ile yaratılır. Siklotronlar, proton açısından zengin radyoaktif izotoplar üretmek için kullanılır. İzotop çekirdekleri, radyoaktif bozunma sırasında enerji kararlılığını sağlamak için alfa, beta veya pozitronlar ve fotonlar, gama ışınları gibi parçacıklar yayar.

Nükleer Tıp Nedir?
Bu, belirli bir organın işleyişi hakkında bilgi sağlamak için radyasyon kullanan bir tıp dalıdır. insan vücudu veya bir hastalığın tedavisinde. Bu toplanan veriler, hastalığın doğru ve hızlı bir şekilde teşhis edilmesini sağlar. Radyoaktif izotoplar, tiroid, kemikler, kalp, karaciğer ve diğer birçok organın görüntülerini oluşturmak için kullanılır. Ayrıca etkilenen organların ve tümörlerin tedavisinde yardımcı oldular.

Böyle bir izotopun en yaygın olarak kullanılan örneği, nükleer tıp prosedürlerinin %80'ini oluşturan teknesyum-99'dur. Yalnızca ABD'de yılda 18 milyondan fazla nükleer tıp prosedürü rezerve edilmektedir.

1930'larda bilim adamları, tiroidde lokalize olduğunda gerekli enjekte edilen radyoaktif iyot dozunu ölçmek için radyoaktif izotoplar kullandılar. Boyundan gelen radyasyonu değerlendirmek ve daha ileri tanı koymak için kullanılan bir Geiger sayacı vardı. Gerçek atılım, 1950'lerde Amerikalı mühendis Hal Anger tarafından gama sintilasyon kamerasının icadıyla geldi. Bu cihaz, radyoaktif izotopların tıpta, özellikle teşhis ve tedavi için kullanılmasına izin verdi. olası hastalıklar veya hastalıklar.

İlk izotoplar, guatr gibi tiroid hastalıklarını teşhis etmek, saptamak ve tedavi etmek için bir araç olarak kullanıldı. Nükleer tıp alanında, ultra keskin teşhis yöntemleri ve görüntüleme sistemlerinin sayısız keşfine ve icadına yol açan çok sayıda çalışma vardır. 5 tane var Nobel ödülleri nükleer tıpta çeşitli keşifler ve icatlar için ödüllendirildi. Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) taraması, tıpta radyoaktif izotopları kullanan Peter Alfred Wolff tarafından icat edilen ilk tanı aracıydı. Bu buluşu CT (bilgisayarlı tomografi) ve MRI (manyetik rezonans görüntüleme) izledi.

Teşhis Yöntemleri
Çoğu yöntem, vücuttan gama ışınları yayan radyoaktif izleyiciler kullanır. İlişkili olan bu kısa ömürlü olanlar kimyasal bileşikler ve belirli fizyolojik süreçlerin çalışmasına yardımcı olurlar. Bu izleyiciler için uygulama modu enjeksiyon, inhalasyon veya oral yoldur. Tek fotonlar, organların farklı açılardan görüntüsünü sağlayan bir gama kamerası kullanılarak algılanır. Görüntü, radyasyonun yayıldığı noktadan kamera üzerine kurulur. Bilgisayar, doktor tarafından ekranda görülen görüntünün güçlendirilmesine yardımcı olur ve organdaki herhangi bir patolojiyi tespit etmesine yardımcı olur.

Tomografide, pozitron yayan radyonüklidler, hedef dokuda biriken enjeksiyon yoluyla uygulanır. Bir radyonüklid bozunduğunda, yakındaki elektronlarla birleşen pozitronlar yayılır, bu da zıt yönde hareket ederek kolayca tanımlanabilen gama ışınlarının yayılmasına neden olur. Evcil hayvan kamerası bu ışınları yakalar ve kökenlerinin doğru bir göstergesini sağlar. Bu kontrollerin en yaygın rolü, flor-18'in radyoaktif izotopları ile ilgilidir; onkolojide indikatör olarak kullanılır. Kanserleri tespit etmek ve değerlendirmek için en etkili non-invaziv yöntemdir. Bu yöntem aynı zamanda kalp ve beyin için de kullanılır.

PET ve CT, %30 daha doğru tanı sağlayan yeni bir prosedür oluşturmak için birleştirildi. Bir organizmadaki izotopların pozisyonları ve konsantrasyonları da bu yöntemler kullanılarak tespit edilebilir. Bu nedenle, bir izotop "soğuk noktalar" olarak bilinen organa kısmen veya "sıcak noktalar" olarak adlandırılan fazla miktarda emilirse organ arızası gözlemlenebilir. Bir dizi çekim ne zaman belirli bir süre zaman, izotop hareketinin yanlış olağandışı modelini veya hızını tespit etmeye yardımcı olur.

Radyonüklid tedavisi (RNT)
Radyoaktif izotopların tıpta kullanımı radyonüklid tedavisini içerir. Kanser hücreleri, tümörün büyüyen alanını ışınlayarak kontrol altına alınabilir veya hatta ortadan kaldırılabilir. Dış ışın radyasyonu olarak da bilinen dış ışın radyasyon tedavisi, radyoaktif bir kobalt-60 kaynağından yayılan gama ışınları kullanılarak gerçekleştirilir. Gelişmiş ülkelerde evrensel lineer hızlandırıcıların kullanımı kullanılmaktadır.

Dahili radyonüklid tedavisi, hedef bölgeye bir gama veya beta yayıcı gibi küçük radyasyon kaynaklarının verilmesini içerir. Brakiterapi veya kısa menzilli terapi, tiroid kanserini tedavi etmek için esas olarak iyot-131 kullanır. İyi huylu tiroid hastalıklarının tedavisinde de yardımcı olur. Beyin kanseri veya meme kanseri durumunda Iridium-192 tercih edilir. Bu izotoplar tel şeklinde üretilir ve bir kateter vasıtasıyla hedef bölgeye enjekte edilir. Uygun doz uygulandıktan sonra tel implant çıkarılır. Bu tekniğin avantajları arasında daha spesifik olması, vücutta daha az radyasyona maruz kalması ve uygun maliyetli olması sayılabilir.

Lösemi tedavisi durumunda, sağlıklı çocuklarla değiştirilmeden önce tüm kusurlu kemik iliği hücrelerini öldürmek için hastaya ölümcül dozda radyasyon verilir. Stronsiyum-89 ve Samarium-153, kanserden ağrı kesici sağlamak için kullanılır. Ağrı tedavisi için kullanılan yeni bir radyoaktif izotop, Renyum-186'dır.

Dağınık kanser türlerini kontrol etmek için sözde hedefli alfa tedavisi (TAT) yöntemi kullanılır. Bu teknikte, taşıyıcı alfa yayan radyonüklidleri hedef alana aldıktan sonra, kısa menzilli yüksek enerjili bir Alfa patlamasının hedef kanser hücrelerine girmesi engellenir. Lösemi, kistik glioma ve melanom gibi hastalıkların tedavisine yönelik klinik deneylerin yolunu açan laboratuvar çalışmalarından elde edilen olumlu sonuçlar vardır.

Biyokimyasal Analiz
Radyoaktif izotoplar, düşük konsantrasyonda olsalar bile kolaylıkla tespit edilebilirler. Bu, biyolojik örneklerin in vitro moleküler etiketlemesi için tıpta bu izotopların kullanımına yardımcı olmuştur. Kan, serum, idrar, hormonlar, antijenler ve ilaçların bileşenlerini izotoplarla ilişkilendirerek tespit edebilen birçok test vardır. Bu testlere radyoimmün testler denir.

Teşhis amaçlı radyofarmasötikler
Vücuttaki tüm cisimler, belirli maddelerin varlığı nedeniyle farklı davranır. kimyasal maddeler onlar tarafından emilir. Bu bilgi, beyindeki kan akışını ve kalp, akciğerler, karaciğer, böbrekler, kemikler (aşırı büyüme) gibi organ fonksiyonlarını incelemek için tanısal radyofarmasötiklerin geliştirilmesine yardımcı olur. Ayrıca ameliyatın sonuçlarını tahmin etmede ve tedaviye başladıktan sonraki değişiklikleri değerlendirmede yardımcı olur. . Bu non-invaziv teknoloji, hasta herhangi bir rahatsızlık hissetmeden organ fonksiyonunun izlenmesine ve patolojilerin teşhis edilmesine yardımcı olur. En yaygın kullanılan radyoaktif izotop, test tamamlandıktan sonra kısa sürede iz bırakmadan kaybolma özelliğine sahip olan Technetium-99m'dir. Talyum klorür-201 veya Teknesyum-99, koroner hastalığı saptamak ve tahmin etmek için miyokardiyal perfüzyon görüntülemede kullanılır.

Terapötik radyofarmasötikler
Radyasyon, belirli tıbbi koşullar altında arızalı hücreleri zayıflatma veya yok etme yeteneğine sahiptir. Radyasyon üretebilen bir radyoaktif element, normal biyolojik yolu kullanılarak veya element herhangi bir biyolojik karışıma eklenerek hedef organa lokalize edilir. Beta radyasyonu genellikle hasarlı hücreleri yok etmek için kullanılır. Buna radyonüklid terapi (RNT) veya radyoterapi denir. İyot-131, hipertiroidizm gibi anormal durumların tedavisinde kullanılır. Fosfor-32, kemik iliğinde aşırı kırmızı kan hücrelerinin üretildiği "Polycythemia vera" adı verilen bir hastalığı kontrol etmek için kullanılır. Birçok hastalığın tedavisinde radyonüklidlerin kullanımını açıklamanın yeni yollarını öğrenmek için dünya çapında kapsamlı araştırmalar yürütülmektedir.

Nükleer reaktörlerde ve siklotronlarda üretilen birçok radyoaktif nötronca zengin ve protonca zengin izotop vardır. Tıpta bu izotopların seçimini belirleyen birçok faktör vardır. Dozaj ve eliminasyon yarı ömrü birçok faktörün incelenmesini gerektirir. Radyoaktif izotopların tıpta kullanımı doğru sonuçlarla her geçen gün artmaktadır. Ayrıca, özellikle kanser ve tümörlerden muzdarip olanlar için hastalar için erken teşhis ve tedavi rejimine yardımcı olur. Radyasyon tedavisi almadan önce, yöntemlerle ilgili tüm sorularınızı doktorunuzla konuştuğunuzdan emin olun.

ders çalışması

konulu sunumlar: "Radyoaktivite.

Radyoaktif izotopların teknolojide kullanımı"

giriiş

1. Radyoaktif radyasyon türleri

2. Diğer radyoaktivite türleri

3. Alfa bozunması

4.Beta bozunması

5. Gama bozunması

6. Radyoaktif bozunma yasası

7. Radyoaktif sıralar

8. Radyoaktif radyasyonun insanlar üzerindeki etkisi

9. Radyoaktif izotopların uygulanması

kullanılmış literatür listesi

giriiş

Radyoaktivite, çeşitli parçacıkların ve elektromanyetik radyasyonun emisyonu ile birlikte atom çekirdeğinin diğer çekirdeklere dönüştürülmesidir. Bu nedenle fenomenin adı: Latince radyoda - yayarım, activus - etkili. Bu kelime Marie Curie tarafından tanıtıldı. Kararsız bir çekirdeğin - bir radyonüklidin çürümesi sırasında, bir veya daha fazla yüksek enerjili parçacık, yüksek hızda ondan uçar. Bu parçacıkların akışına radyoaktif radyasyon veya basitçe radyasyon denir.

röntgen. Radyoaktivitenin keşfi, doğrudan Roentgen'in keşfi ile ilgiliydi. Dahası, bir süredir bunun bir ve aynı tür radyasyon olduğu düşünülüyordu. 19. yüzyılın sonlarında genel olarak, daha önce bilinmeyen çeşitli "radyasyonların" keşfinde zengindi. 1880'lerde İngiliz fizikçi Joseph John Thomson, temel negatif yük taşıyıcılarını incelemeye başladı; 1891'de İrlandalı fizikçi George Johnston Stoney (1826-1911) bu parçacıklara elektronlar adını verdi. Sonunda, Aralık ayında Wilhelm Konrad Roentgen, X-ışınları adını verdiği yeni bir ışın türünün keşfini duyurdu. Şimdiye kadar çoğu ülkede böyle adlandırılıyorlar, ancak Almanya ve Rusya'da Alman biyolog Rudolf Albert von Kölliker'in (1817–1905) X-ışınlarını çağırma önerisi kabul edildi. Bu ışınlar, bir vakumda hızla hareket eden elektronlar (katot ışınları) bir engelle çarpıştığında üretilir. Katot ışınları cama çarptığında görünür ışık - yeşil ışıldama yaydığı biliniyordu. Röntgen, aynı zamanda, camdaki yeşil noktadan başka görünmez ışınların da çıktığını keşfetti. Bu tesadüfen oldu: karanlık bir odada, yakındaki bir ekran parlıyordu, baryum tetrasiyanoplatinat Ba ile kaplıydı (önceden buna baryum platin siyanür deniyordu). Bu madde, ultraviyole ve katodik ışınların etkisi altında parlak sarı-yeşil bir parlaklık verir. Ancak katot ışınları ekrana çarpmadı ve dahası cihaz siyah kağıtla kaplandığında ekran parlamaya devam etti. Röntgen kısa süre sonra radyasyonun birçok opak maddeden geçtiğini ve siyah kağıda sarılmış veya hatta metal bir kutuya yerleştirilmiş bir fotoğraf plakasının kararmasına neden olduğunu keşfetti. Işınlar çok kalın bir kitaptan, 3 cm kalınlığında bir ladin tahtadan, 1,5 cm kalınlığında bir alüminyum levhadan geçti... X-ışını keşfinin olanaklarını anladı: “Elinizi deşarj tüpü ile ekran arasında tutarsanız ” diye yazdı, “o zaman koyu gölgeler, elin daha açık hatlarının arka planına karşı görünür kemiklerdir. Tarihteki ilk röntgen muayenesiydi.

Roentgen'in keşfi anında tüm dünyaya yayıldı ve sadece uzmanları şaşırtmadı. 1896 arifesinde, bir Alman şehrinde bir kitapçıda bir elin fotoğrafı sergilendi. Üzerinde yaşayan bir kişinin kemikleri ve parmaklardan birinde - bir alyans görüldü. Roentgen'in karısının elinin röntgen fotoğrafıydı. Roentgen'in ilk raporu "Yeni bir ışın türü hakkında" "Würzburg Fiziko-Tıp Derneği Raporları" nda yayınlandı. 28 Aralık'ta hemen tercüme edildi ve farklı ülkelerde, en ünlü bilim dergisi "Doğa" ("Doğa" ") Londra'da yayınlanan 23 Ocak 1896'da Roentgen'in bir makalesini yayınladı.

Tüm dünyada yeni ışınlar araştırılmaya başlandı, sadece bir yıl içinde bu konuda binin üzerinde makale yayınlandı. Tasarımda basit olan X-ray makineleri hastanelerde de ortaya çıktı: yeni ışınların tıbbi uygulaması açıktı.

Artık X-ışınları dünya çapında yaygın olarak (ve sadece tıbbi amaçlar için değil) kullanılmaktadır.

Becquerel ışınları. Roentgen'in keşfi kısa süre sonra aynı derecede dikkate değer bir keşfe yol açtı. 1896 yılında Fransız fizikçi Antoine Henri Becquerel tarafından yapılmıştır. 20 Ocak 1896'da, fizikçi ve filozof Henri Poincaré'nin Roentgen'in keşfi hakkında konuştuğu ve Fransa'da zaten yapılmış bir insan elinin röntgenlerini gösterdiği Akademi toplantısındaydı. Poincaré kendini yeni ışınlarla ilgili bir hikayeyle sınırlamadı. Bu ışınların lüminesans ile ilişkili olduğunu ve belki de her zaman bu tip lüminesans ile aynı anda meydana geldiğini, böylece katot ışınlarından muhtemelen vazgeçilebileceğini öne sürdü. Ultraviyole radyasyon etkisi altındaki maddelerin ışıldaması - floresan veya fosforesans (19. yüzyılda bu kavramlar arasında kesin bir ayrım yoktu) Becquerel'e aşinaydı: babası Alexander Edmond Becquerel (1820-1891) ve büyükbabası Antoine Cesar Becquerel (1788) –1878) onunla meşguldü - her iki fizikçi; Antoine Henri Becquerel'in oğlu Jacques fizikçi oldu ve Paris Doğa Tarihi Müzesi'nde "miras yoluyla" fizik başkanlığını kabul etti, Becquerels 1838'den 1948'e kadar 110 yıl boyunca bu sandalyeye başkanlık etti.

Becquerel, X-ışınlarının floresan ile ilişkili olup olmadığını kontrol etmeye karar verdi. Bazı uranyum tuzları, örneğin uranil nitrat UO 2 (NO 3) 2, parlak sarı-yeşil flüoresansa sahiptir. Bu tür maddeler, çalıştığı Becquerel'in laboratuvarındaydı. Babası ayrıca, güneş ışığının kesilmesinden sonra parıltılarının çok hızlı bir şekilde - saniyenin yüzde birinden daha kısa sürede - kaybolduğunu gösteren uranyum müstahzarları ile çalıştı. Bununla birlikte, hiç kimse, bu parıltıya, Röntgen'de olduğu gibi, opak malzemelerden geçebilen diğer bazı ışınların emisyonunun eşlik edip etmediğini kontrol etmedi. Poincaré'nin raporundan sonra Becquerel'in test etmeye karar verdiği şey buydu. 24 Şubat 1896'da Akademi'nin haftalık toplantısında, iki kat kalın siyah kağıda sarılmış bir fotoğraf plakası alarak, üzerine çift potasyum uranil sülfat K 2 UO 2 (SO 4) 2 2H2O kristalleri yerleştirdiğini söyledi. tüm bunları birkaç saat güneş ışığına maruz bıraktıktan sonra, üzerine fotoğraf plakasını yerleştirdikten sonra kristallerin biraz bulanık bir konturunu görebilirsiniz. Plaka ile kristaller arasına bir madeni para veya kalaydan kesilmiş bir şekil yerleştirilirse, geliştirmeden sonra bu nesnelerin net bir görüntüsü plaka üzerinde belirir.

Bütün bunlar floresan ve X-ışınları arasında bir ilişki olduğunu gösterebilir. Son zamanlarda keşfedilen X-ışınları çok daha kolay elde edilebilir - bunun için gerekli olan katot ışınları ve vakum tüpü ve yüksek voltaj olmadan, ancak uranyum tuzunun güneşte ısıtıldığında bir miktar serbest bırakıp bırakmadığını kontrol etmek gerekiyordu. siyah kağıdın altına nüfuz eden ve fotoğraf emülsiyonuna etki eden bir tür gaz Becquerel, bu olasılığı ortadan kaldırmak için uranyum tuzu ile fotoğraf plakası arasına bir cam levha koydu - hala yanıyordu. Becquerel, kısa mesajını "Buradan, ışıklı tuzun, ışığa geçirgen olmayan siyah kağıda nüfuz eden ışınlar yaydığı ve fotoğraf plakasındaki gümüş tuzları geri yüklediği sonucuna varabiliriz." Sanki Poincare haklıymış gibi ve Roentgen'in X-ışınları tamamen farklı bir şekilde elde edilebilir.

Becquerel, bir fotoğraf plakasını aydınlatan ışınların hangi koşullar altında ortaya çıktığını daha iyi anlamak ve bu ışınların özelliklerini araştırmak için birçok deney kurmaya başladı. Kristaller ve fotoğraf plakası arasına çeşitli maddeler yerleştirdi - kağıt, cam, alüminyum plakalar, bakır, farklı kalınlıklarda kurşun. Sonuçlar, her iki radyasyonun benzerliği lehine bir argüman olarak da hizmet edebilecek olan, Roentgen tarafından elde edilenlerle aynıydı. Doğrudan güneş ışığına ek olarak, Becquerel bir ayna tarafından yansıtılan veya bir prizma tarafından kırılan ışıkla uranyum tuzunu aydınlattı. Daha önceki tüm deneylerin sonuçlarının güneşle hiçbir ilgisi olmadığını buldu; önemli olan uranyum tuzunun fotoğraf plakasına ne kadar yakın olduğuydu. Ertesi gün, Becquerel bunu Akademinin bir toplantısında bildirdi, ancak daha sonra ortaya çıktığı gibi, yanlış bir sonuca vardı: en az bir kez ışıkla "yüklenmiş" uranyum tuzunun o zaman kendisinin yayma yeteneğine sahip olduğuna karar verdi. uzun süre görünmez nüfuz eden ışınlar.

Becquerel, yıl sonuna kadar bu konuda dokuz makale yayınladı, bunlardan birinde şöyle yazdı: kağıt..., sekiz ayda."

Bu ışınlar, güneşte parlamayanlar da dahil olmak üzere herhangi bir uranyum bileşiğinden geldi. Metalik uranyum radyasyonu daha da güçlüydü (yaklaşık 3.5 kat). Radyasyonun, bazı tezahürlerde X ışınlarına benzer olmasına rağmen, daha büyük bir nüfuz gücüne sahip olduğu ve bir şekilde uranyum ile bağlantılı olduğu ortaya çıktı, bu yüzden Becquerel ona "uranyum ışınları" demeye başladı.

Becquerel ayrıca "uranyum ışınlarının" havayı iyonize ederek onu bir elektrik iletkeni haline getirdiğini keşfetti. Neredeyse aynı anda, Kasım 1896'da, İngiliz fizikçiler J. J. Thomson ve Ernest Rutherford (X-ışınlarının etkisi altında havanın iyonlaşmasını keşfettiler. Becquerel, radyasyon yoğunluğunu ölçmek için, en hafif altın yaprakların uçlarında asılı olduğu bir elektroskop kullandı. ve elektrostatik olarak yüklenir, itilir ve serbest uçları birbirinden uzaklaşır.Hava akım iletirse, yapraklardan yük boşalır ve düşer - havanın elektriksel iletkenliği ne kadar hızlı olursa, havanın elektriksel iletkenliği o kadar yüksek ve dolayısıyla radyasyon yoğunluğu o kadar yüksek olur.

Maddenin harici bir kaynaktan enerji beslemesi olmadan aylarca nasıl sürekli ve kesintisiz radyasyon yaydığı sorusu kaldı.Becquerel'in kendisi, uranyumun sürekli olarak yaydığı enerjiyi nereden aldığını anlayamadığını yazdı. Bu vesileyle, bazen oldukça fantastik olan çeşitli hipotezler öne sürülmüştür. Örneğin, İngiliz kimyager ve fizikçi William Ramsay şöyle yazdı: “... fizikçiler uranyum tuzlarındaki tükenmez enerji kaynağının nereden gelebileceğini merak ettiler. Lord Kelvin, uranyumun, uzayda bize ulaşan, aksi takdirde tespit edilemeyen ışıma enerjisini yakalayan ve onu kimyasal etkiler üretebilecek bir forma dönüştüren bir tür tuzak olduğunu öne sürmeye meyilliydi.

Becquerel ne bu hipotezi kabul edebilir, ne daha makul bir şey bulabilir, ne de enerjinin korunumu ilkesinden vazgeçebilir. Uranyumla yaptığı işi bir süreliğine bıraktı ve manyetik bir alanda spektral çizgileri ayırmaya başladı. Bu etki, genç Hollandalı fizikçi Peter Zeeman tarafından Becquerel'in keşfiyle neredeyse aynı anda keşfedildi ve başka bir Hollandalı Hendrik Anton Lorentz tarafından açıklandı.

Konuyla ilgili Kimya disiplininde ders çalışması: Radyoaktif izotopların teknolojide kullanımı; kavram ve türleri, sınıflandırılması ve yapısı, 2015-2016, 2017.