Получение и примененипе радиоактивные изотопы

ГОКУ АО «Общеобразовательная школа при УИН», г. Благовещенск
Презентацию подготовила учитель физики Г.Ф. Полещук

Предположение о существовании таких химических элементов
высказал в 1911 г. английский радиохимик Фредерик Содди (1877-1956гг), позже он назвал их изотопами (от греч. isos – одинаковый, topos- место).
Изотопы- разновидности атомов одного и того же химического элемента, которые имеют одинаковое число протонов и электронов (занимают одно и то же место в таблице Д.И. Менделеева), но отличаются массовым числом.
Изотопы одинаковы по химическим свойствам, но кроме стабильных
могут быть и радиоактивными.
Экспериментальное подтверждение гипотезы
Фредерика Содди было получено английским физиком Джозефом Джоном Томсоном (директор Кавендишской лаборатории, лауреат Нобелевской премии 1906г.)

В природе встречаются как стабильные изотопы, так и нестабильные – радиоактивные, которые самопроизвольно превращаются в другие химические элементы с испусканием различных частиц.
Сейчас известно около 270 стабильных изотопов. Число нестабильных превышает 2000, большинство из них получено в результате различных ядерных реакций искусственным путём.
Число радиоактивных изотопов у многих элементов велико и может превышать два десятка. Стабильных изотопов существенно меньше.
Некоторые химические элементы состоят из одного стабильного изотопа (бериллий, фтор, натрий, алюминий, фосфор, марганец, золото и др.). Наибольшее число стабильных изотопов – 10 обнаружено у олова, у железа их - 4, у ртути - 7.

В настоящее время установлено существование изотопов у всех химических элементов.
Особенно интересны изотопы водорода.
Дейтерий не радиоактивен.
Тритий – β –радиоактивен, период полураспада примерно 12 лет.
Ответить на вопросы:
1.Чем отличаются друг от друга изотопы одного и того же химического элемента?
Количеством нейтронов в ядре
2. Какие свойства атома определяет заряд ядра?
Химические

Радиоактивные изотопы получают в атомных реакторах (1) и на ускорителях заряженных частиц (2). С помощью ядерных реакций можно получить радиоактивные изотопы всех химических элементов, которые встречаются в природе только в стабильном состоянии.
Такие химические элементы как технеций (№43), прометий (№61), астат(№85), франций (№87) вообще не имеют стабильных изотопов и впервые получены искусственно. Были получены также трансурановые элементы. Элементы, начиная с номера 104, впервые синтезированы либо в подмосковной Дубне, либо в Германии.
ПОЛУЧЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ
(1)
(2)
(2)

Радиоактивные изотопы на службе человека
Исследование обмена веществ в организме
Изучение питания растений
Гамма-дефектоскопия
Ядерное топливо для реакторов
Определение толщины, плотности, износа материалов
Изотопные термоэлектро-генераторы
Лечение
32Р
Болезней крови
90Sr
Глазных болезней
60Со
Опухолей и
воспалений
131I
Щитовидной железы
235U
239Pu
244Cm
238Pu
60Co
65Zn
192Ir
75Se
59Fe
22Na
45Ca
32P
42K

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ)
С конца 1970-х годов на маяках стали устанавливать РИТЭГи, которые использовали тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде радиоактивных изотопов. Тепловая энергия преобразовывалась в электрическую при помощи термоэлектрического генератора. В "атомной батарейке", в которой использовался в качестве активного элемента стронций-90 и плутоний-228 очень низкий КПД, но зато при небольшой мощности такие аппараты могли работать до 30 лет автономно.
Большая часть населения обитающая в пределах доступности маяков, которые работали от "атомных батареек", знала об их существовании, поэтому старались близко к ним не подходить.
В 2010-2012 годах удалось утилизировать потенциально опасные источники загрязнения окружающей среды. Финансирование демонтажа и вывоза РИТЭГ, занимались иностранные государства заинтересованные в экологической безопасности своих границ. В Мурманской области финансирование шло из Норвегии, на Чукотке из США.
РИТЭГ появились на Чукотке не от хорошей жизни, а от необходимости автономной бесперебойной работы маяков. Сегодня эту проблему решили за счёт установки солнечных панелей.
Солнечные панели на маяках установлены за счёт американской программы по утилизации РИТЭГ.

Радионуклидная диагностика (метод меченых атомов).
Радионуклидная диагностика заключается в ведении в организм человека радиохимического препарата, который распространяется по организму.
Регистрация пространственно-временного распределения позволяет
диагностировать заболевание. Данный метод диагностики используется
для определения заболевания щитовидной железы (с использованием
изотопа 131 I). Этот метод также позволяет изучить распределение крови и других биологических жидкостей, диагностировать заболевания сердца, почек, легких, головного мозга, костной системы и других органов.
Радиоактивные медицинские препараты вводятся в организм пациента в большинстве случаев внутривенно, гораздо реже через рот или другими способами. Количество самого вещества в радиофармацевтическом препарате очень небольшое – тысячные доли грамма.
Причиняет ли вред здоровью радиоактивность, содержащаяся в радиофармпрепаратах?
Радиоактивность в медицинских диагностических препаратах подобрана так, чтобы быть безопасной, и минимально достаточной для получения изображения. Лучевая нагрузка сопоставима с дозой облучения, которую человек получает при рентгенографии грудной клетки
или рентгеновском снимке зубов.
ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ
В МЕДИЦИНЕ:

Радоновая терапия. Минеральная вода содержащая радон и его продукты используется для воздействия на кожу (радоновые ванны), органы пищеварения (питьё), органы дыхания (ингаляция).
Лучевая терапия (или радиотерапия)представляет собой воздействие ионизирующей радиации на очаг поражения тканей с целью подавления активности патогенных клеток. В зависимости от задачи, которая ставится перед лучевой терапией, могут использоваться различные типы ионизирующего излучения:α,β,γ, нейтронное, рентгеновское, протонное излучение и др.
По способу подачи луча на пораженные ткани различается поверхностное (дистанционное) и внутритканевое (контактное) воздействие.
Дистанционное облучение заключается в размещении источников луча на поверхности тела. Контактный метод основан на введение источника внутрь организма, именно в зону очага поражения. В этом варианте используются устройства в виде иглы, проволоки, капсулы.

Дефектоскопия.
В области промышленной безопасности радиоизотопы используются для обнаружения дефектов в стальных секциях, используемых для строительства мостов и самолётостроения, а также для проверки сварных швов труб, резервуаров и других конструкций.
В современных дефектоскопах используются источники ионизирующих излучений на основе радионуклида
селен-75, иридий-192 и кобальт-60.
Радиоактивные изотопы в промышленности.
Не менее обширна область применения радиоактивных изотопов в промышленности. Одним из примеров может служить способ контроля износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Облучая поршневое кольцо нейтронами, вызывают в нём ядерные реакции и делают его радиоактивным.
При работе двигателя частички материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла после определённого времени работы двигателя, определяют износ кольца.
Радиоактивные изотопы позволяют судить:
- о диффузии металлов, процессах в доменных печах;
- используются для изучения явлений диффузии, лежащих в основе процессов обработки материалов. На металл наносится слой радиоактивного изотопа, а после диффузионного нагрева высчитывают зависимость диффузии от температуры и энергию активации.
гамма-дефектоскоп «Гаммарид»

Радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве
Все более широкое применение получают радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве. Облучение семян растений (хлопчатника, пшеницы, капусты, бахчевые культуры и др.) небольшими дозами гамма-лучей от радиоактивных препаратов приводит к заметному повышению урожайности. Большие дозы радиации вызывают мутации у растений и микроорганизмов, что в отдельных случаях приводит к появлению мутантов с новыми ценными свойствами (радио-селекция).
Применение радиоактивных изотопов в с/х позволяет:
* Получать высокопродуктивные, богатые белками культуры.
* Выводить и производить сорта, устойчивые к болезням.
* Определять эффективность поглощения удобрений посевами.
* Бороться с насекомыми-вредителями.
Опыты с изотопами помогли определить, что красно-жёлтые лучи образуют сахар, а синие – белки. Стало возможным выращивать новые, более сахаристые сорта свёклы, дынь, арбузов и др.

Консервирование продуктов питания при помощи ионизирующего облучения
Способ основан на том, что получаемые от ускорителей высокоэнергетические электроны или гамма-лучи от ядерных реакций губительно действуют на живую клетку, в том числе и на микроорганизмы.
В нашей стране ведут в значительных масштабах эффективные опыты по консервированию ионизирующим излучением, особенно комбинированной стерилизацией тепловой и гамма-лучами.
Облучение снижает риск заражения и порчи пищевого продукта, при этом не делает саму пищу радиоактивной, и пища, как показали исследования, безопасна, однако могут происходить химические реакции, которые изменяют пищу и, следовательно, изменяют её химический состав, содержание питательных веществ и органолептические свойства.

Имеющееся же количество этого изотопа убывает за счёт радиоактивности. Определяя процентное содержание радиоактивного углерода в органических остатках, можно определить их возраст, если он лежит в пределах от 1000 до 50 000 и даже до 100 000 лет. Таким методом узнают возраст египетских мумий, остатков доисторических костров и т. д.
Радиоактивные изотопы в археологии. Интересное применение для определения возраста древних предметов органического происхождения (дерева, древесного угля, тканей и т. д.) получил метод радиоактивного углерода. В растениях всегда имеется β-радиоактивный изотоп углерода с периодом полураспада Т = 5700 лет. Он образуется в атмосфере Земли в небольшом количестве из азота под действием нейтронов, которые поступают в атмосферу из космоса. Соединяясь с кислородом, этот изотоп углерода образует углекислый газ, поглощаемый растениями, а через них и животными. Один грамм углерода из образцов молодого леса испускает около пятнадцати β- частиц в секунду. После гибели организма пополнение его радиоактивным углеродом прекращается.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !