Старт в науке. Изотопы Применение радиоизотопов элементов неметаллов
>> Получение радиоактивных изотопов и их применение
§ 112 ПОЛУЧЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
В атомной индустрии всевозрастающую ценность для человечества представляют радиоактивные изотопы .
Элементы, не существующие в природе. С помощью ядерных реакций можно получить радиоактивные изотопы всех химических элементов, встречающихся в природе только в стабильном состоянии. Элементы под номерами 43, 61, 85 и 87 вообще не имеют стабильных изотопов и впервые получены искусственно. Так, например, элемент с порядковым номером Z - 43, названный технецием, имеет самый долгоживущий изотоп с периодом полураспада около миллиона лет.
С помощью ядерных реакций получены также трансурановые элементы. О нептунии и плутонии вы уже знаете. Кроме них, получены еще следующие элементы: америций (Z = 95), кюрий (Z = 96), берклий (Z = 97), калифорний (Z = 98), эйнштейний (Z = 99), фермий (Z = 100), менделевий (Z = 101), нобелий (Z = 102), лоуренсий (Z = 103), ре-зерфордий (Z = 104), дубний (Z = 105), сиборгий (Z = 106), борий (Z = 107), хассий (Z = 108), мейтнерий (Z = 109), а также элементы под номерами 110, 111 и 112, не имеющие пока общепризнанных названий. Элементы, начиная с номера 104, впервые синтезированы либо в подмосковной Дубне, либо в Германии.
Меченые атомы. В настоящее время как в науке, так и в производстве все более широко используются радиоактивные изотопы различных химических элементов. Наибольшее применение имеет метод меченых атомов.
Метод основан на том, что химические свойства радиоактивных изотопов не отличаются от свойств нерадиоактивных изотопов тех же элементов.
Обнаружить радиоактивные изотопы можно очень просто - по их излучению. Радиоактивность является своеобразной меткой, с помощью которой можно проследить за поведением элемента при различных химических реакциях и физических превращениях веществ. Метод меченых атомов стал одним из наиболее действенных методов при решении многочисленных проблем биологии , физиологии, медицины и т. д.
Радиоактивные изотопы - источники излучений. Радиоактивные изотопы широко применяются в науке, медицине и технике как компактные источники -лучей. Главным образом используется радиоактивный кобальт .
Получение радиоактивных изотопов. Получают радиоактивные изотопы в атомных реакторах и на ускорителях элементарных частиц. В настоящее время производством изотопов занята большая отрасль промышленности.
Радиоактивные изотопы в биологии и медицине. Одним из наиболее выдающихся исследований, проведенных с помощью меченых атомов, явилось исследование обмена веществ в организмах. Было доказано, что за сравнительно небольшое время организм подвергается почти полному обновлению. Слагающие его атомы заменяются новыми.
Лишь железо, как показали опыты по изотопному исследованию крови, является исключением из этого правила. Железо входит в состав гемоглобина красных кровяных шариков. При введении в пищу радиоактивных атомов железа было обнаружено, что они почти не поступают в кровь. Только в том случае, когда запасы железа в организме иссякают, железо начинает усваиваться организмом.
Если не существует достаточно долго живущих радиоактивных изотопов, как, например, у кислорода и азота, меняют изотопный состав стабильных элементов. Так, добавлением к кислороду избытка изотопа было установлено, что свободный кислород , выделяюнщйся при фотосинтезе, первоначально входил в состав воды, а не углекислого газа.
Радиоактивные изотопы применяются в медицине как для постановки диагноза, так и для терапевтических целей.
Радиоактивный натрий, вводимый в небольших количествах в кровь, используется для исследования кровообращения.
Иод интенсивно отлагается в щитовидной железе, особенно при базедовой болезни. Наблюдая с помощью счетчика за отложением радиоактивного иода, можно быстро поставить диагноз. Большие дозы радиоактивного иода вызывают частичное разрушение аномально развивающихся тканей, и поэтому радиоактивный иод используют для лечения базедовой болезни.
Интенсивное -излучение кобальта используется при лечении раковых заболеваний (кобальтовая пушка).
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 нем ядерные реакции и делают его радиоактивным. При работе двигателя частички материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла после определенного времени работы двигателя, определяют износ кольца.
Радиоактивные изотопы позволяют судить о диффузии металлов, процессах в доменных печах и т. д. Мощное -излучение радиоактивных препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.
Радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве. Все более широкое применение получают радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве. Облучение семян растений (хлопчатника, капусты, редиса и др.) небольшими дозами -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 (радиоселекция). Так выведены ценные сорта пшеницы, фасоли и других культур, а также получены высокопродуктивные микроорганизмы, применяемые в производстве антибиотиков. Гамма-излучение радиоактивных изотопов используется также для борьбы с вредными насекомыми и для консервации пищевых продуктов.
Широкое применение получили меченые атомы в агротехнике. Например, чтобы выяснить, какое из фосфорных удобрений лучше усваивается растением, помечают различные удобрения радиоактивным фосфором ЦР. Исследуя за тем растения на радиоактивность, можно определить количество усвоенного ими фосфора из разных сортов удобрения.
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 -радиоактивный изотоп углерода с периодом полураспада Т = 5700 лет. Он образуется в атмосфере Земли в небольшом количестве из азота под действием нейтронов. Последние же возникают за счет ядерных реакций, вызванных быстрыми частицами, которые поступают в атмосферу из космоса (космические лучи).
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 -частиц в секунду.
После гибели организма пополнение его радиоактивным углеродом прекращается. Имеющееся же количество этого изотопа убывает за счет 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 широко применяются в биологии, медицине, промышленности , сельском хозяйстве и даже в археологии.
Что такое радиоактивные изотопы и как их используют!
Мякишев Г. Я., Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. - 17-е изд., перераб. и доп. - М. : Просвещение, 2008. - 399 с: ил.
Планирование физике, материалы по физике 11 класса скачать , учебники онлайн
Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные урокиПриродные радиоактивные веще-ства имеют высокие нуклонные числа. Можно создать искусственные радио-активные вещества путем бомбарди-ровки более легких нуклидов а-частицами, протонами или нейтронами. Образованные таким образом веще-ства называются радиоизотопами.
Примечание.
Нуклид — это любое конкретное ядро, имеющее определен-ные протонное и соответственно нуклонное числа. Различные нуклиды, ко-торые имеют одинаковое протонное число (но различные нуклонные чис-ла), называются изотопами (изотоп-ные нуклиды).
Первым радиоизотопом был неста-бильный изотоп фосфора. Он был по-лучен в 1934 г. путем бомбардировки алюминия а-частицами:
2 4 He + 13 27 Al= 15 30 P+ 0 1 n
В результате реакции образуется фос-фор-30 и нейтрон. Заметьте, что в каждой части уравнения сумма ну- клонных чисел составляет 31, а сумма протонных чисел — 15. Фосфор-30 распадается, испуская позитрон , и имеет период полураспада примерно 3 мин.
О позитроне ранее не упоминалось, поскольку он не присутствует в есте-ственной радиоактивности. Он имеет массу, равную массе электрона, и по-ложительный заряд, который равен и противоположен заряду электрона. Он обозначается как Че.
Когда магний подвергается бом-бардировке нейтронами, то образует-ся радиоизотоп натрия. Происходит следующая реакция:
12 24 Mg+ 0 1 n= 11 24 Na+ 1 1 H
Натрий распадается с испусканием b-частицы:
11 24 Na- -1 0 e= 12 24 Mg
Детально ознакомиться с техникой производства радиоизотопов вы може-те в других изданиях. Важно лишь отметить, что в настоящее время мож-но синтезировать любой радиоизотоп. Большая часть из них имеет короткие периоды полураспада. Это очень важ-но, поскольку их активность и, следова тельно, опасность их радиоактивного излучения не являются длительными.
Применение радиоизотопов
Все изотопы определенного веще-ства имеют одинаковые химические свойства и ведут себя идентично. Пре-имуществом радиоизотопов является то, что их местонахождение можно легко обнаружить по испускаемой ими радиации.
Радиоизотопы могут быть также использованы для определения степе-ни износа подшипников. Если радио-изотоп внедрить в подшипник, то его тонкие стираемые с поверхности и уно-симые с маслом частички будут ра-диоактивными. Если пробу этого мас-ла проверить на радиоактивность, то по результатам можно проверить сте-пень происходящего износа.
Утечки в трубах могут быть об-наружены добавлением небольшого количества радиоизотопа в текущую по ним жидкость. Для нахождения места, где происходит утечка радио-изотопа, используется детектор излу-чения.
Кобальт-60 является нестабильным радионуклидом с периодом полураспа-да 5,23 года. Он образуется бомбар-дировкой нейтронами кобальта-59:
27 59 Co+ 0 1 n= 27 60 Co
Кобальт-60 испускает высокоэнерге- тичное у-излучение. Оно используется в раковой терапии вместо сложно по-лучаемого А’-излучения высокой энер-гии. Оно также может применяться
для обнаружения трещин в сварных швах. Источник уизлучения должен быть особенно хорошо экранирован, но громадным преимуществом его пе-ред источником рентгеновских лучей является то, что он более портативен и не требует источника питания.
Радиоактивный фосфор Р-32 и ра-диоактивный иод-131 являются пред-ставителями тех многочисленных ис-кусственных радионуклидов, которые используются для отыскания повреж-дений. Смеси, содержащие небольшие количества радиоактивного изотопа вместе со стабильным изотопом, при-меняются для прослеживания прохож-дения веществ в стволе растения, те-лах животных и человека. Местона-хождение радиоактивного изотопа в теле может быть определено без вскры-тия или проникновения в него по ис-пускаемой радиации. Это позволяет диагностировать состояние некоторых внутренних органов без хирургическо-го вмешательства
Радиоизотопы широко применяют-ся в промышленности, например, для гого, чтобы проверить, постоянна ли толщина производимого материала. По мере того как материал проходит между радиоактивным источником и счетчиком, любое изменение его тол-щины вызывает изменение в скорости счета (если толщина уменьшается, то скорость счета увеличивается), и этр может быть зафиксировано (рис. 1).
Естественные радиоактивные изотопы
Существует небольшое число ра-диоизотопов с низким протонным чис-лом, которые находятся в естествен-ном виде. Они образуются в резуль-тате бомбардировки излучением из космоса (космическими лучами). Наи-более известным из них является ра-диоактивный углерод-14, который об-разуется из азота при бомбардировке его нейтронами:
7 14 N+ 0 1 n= 6 14 C+ 1 1 H
Углерод-14 распадается с испусканием b-частицы и снова становится азотом:
6 14 C- -1 0 e= 7 14 N
Углерод-14 имеет большой период по-лураспада — примерно 5600 лет. Сле-дует отметить, что существует равно-весие уровня образования углерода-14 в атмосфере и уровня его распада и что количество его в атмосфере по-стоянно. Часть его вбирается расте-ниями и животными. Когда растение или животное погибает, то оно более не потребляет углерод, а имевшийся в нем углерод-14 распадается. Таким образом, время, когда существо умер-ло, может быть определено по актив-ности углерода-14 в нем. Датирование при помощи углерода стало, таким образом, важным методом работы ар-хеологов и антропологов.
9. Применение радиоактивных изотопов
Одним из наиболее выдающихся исследований, проведенных с помощью «меченых атомов», явилось исследование обмена веществ в организмах. Было доказано, что за сравнительно небольшое время организм подвергается почти полному обновлению. Слагающие его атомы заменяются новыми. Лишь железо, как показали опыты по изотопному исследованию крови, является исключением из этого правила. Железо входит в состав гемоглобина красных кровяных шариков. При введении в пищу радиоактивных атомов железа было установлено, что свободный кислород, выделяемый при фотосинтезе, первоначально входил в состав воды, а не углекислого газа. Радиоактивные изотопы применяются в медицине как для постановки диагноза, так и для терапевтических целей. Радиоактивный натрий, вводимый в небольших количествах в кровь, используется для исследования кровообращения, йод интенсивно отлагается в щитовидной железе, особенно при базедовой болезни. Наблюдая с помощью счетчика за отложением радиоактивного йода, можно быстро поставить диагноз. Большие дозы радиоактивного йода вызывают частичное разрушение аномально развивающихся тканей, и поэтому радиоактивный йод используют для лечения базедовой болезни. Интенсивное гамма-излучение кобальта используется при лечении раковых заболеваний (кобальтовая пушка).
Не менее обширны применения радиоактивных изотопов в промышленности. Одним из примеров этого может служить следующий способ контроля износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Облучая поршневое кольцо нейтронами, вызывают в нем ядерные реакции и делают его радиоактивным. При работе двигателя частички материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла после определенного времени работы двигателя, определяют износ кольца. Радиоактивные изотопы позволяют судить о диффузии металлов, процессах в доменных печах и т. д.
Мощное гамма-излучение радиоактивных препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.
Все более широкое применение получают радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве. Облучение семян растений (хлопчатника, капусты, редиса и др.) небольшими дозами гамма-лучей от радиоактивных препаратов приводит к заметному увеличению урожайности. Большие дозы радиации вызывают мутации у растений и микроорганизмов, что в отдельных случаях приводит к появлению мутантов с новыми ценными свойствами (радиоселекция). Так выведены ценные сорта пшеницы, фасоли и других культур, а также получены высоко продуктивные микроорганизмы, применяемые в производстве антибиотиков. Гамма-излучение радиоактивных изотопов используется также для борьбы с вредными насекомыми и для консервации пищевых продуктов. Широкое применение получили «меченые атомы» в агротехнике. Например, чтобы выяснить, какое из фосфорных удобрений лучше усваивается растением, помечают различные удобрения радиоактивным фосфором 15 32P. Исследуя затем растения на радиоактивность, можно определить количество усвоенного ими фосфора из разных сортов удобрения.
Интересным применением радиоактивности является метод датирования археологических и геологических находок по концентрации радиоактивных изотопов. Наиболее часто используется радиоуглеродный метод датирования. Нестабильный изотоп углерода возникает в атмосфере вследствие ядерных реакций, вызываемых космическими лучами. Небольшой процент этого изотопа содержится в воздухе наряду с обычным стабильным изотопом.Растения и другие организмы потребляют углерод из воздуха, и в них накапливаются оба изотопа в той же пропорции, как и в воздухе. После гибели растений они перестают потреблять углерод и нестабильный изотоп в результате?-распада постепенно превращается в азот с периодом полураспада 5730 лет. Путем точного измерения относительной концентрации радиоактивного углерода в останках древних организмов можно определить время их гибели.
Задача осуществления прививочной полимеризации тетрафторэтилена
Тетрафторэтилен используют в качестве мономера в производстве политетрафторэтилена (тефлона). Часть тефлон называют «пластмассовой платиной». Тефлон - линейный полимер. Поперечные химические связи в нем отсутствуют...
Источники радиоактивного излучения делят на закрытые и открытые. Закрытые -- должны быть герметичны. Открытые -- любые негерметичные источники излучения, которые могут создавать радиоактивное загрязнение воздуха, аппаратуры...
Методы анализа основанные на радиоактивности
Метод основан на осаждении ионов определяемого элемента в виде нерастворимого осадка избытком осадителя (реагента) известной концентрации, меченного радиоактивным изотопом. Удельная активность осадителя (реагента) должна быть известна...
Методы анализа основанные на радиоактивности
Многие химические элементы являются радиоактивными, т.е. все их изотопы радиоактивны. К ним относятся технеций, прометий и все естественные и искусственные элементы, стоящие в периодической системе элементов после висмута. Кроме того...
Превращения вольфрамат–антимонатов калия и цезия
РАО классифицируют по различным признакам (рис. 1): по агрегатному состоянию, по составу (виду) излучения, по времени жизни (периоду полураспада Т1/2), по удельной активности (интенсивности излучения). Однако...
Применение радиоактивных изотопов в технике
Когда в руках исследователей появились мощные источники радиации, в миллионы раз более сильные, чем уран (это были препараты радия, полония, актиния), можно было более подробно ознакомиться со свойствами радиоактивного излучения...
Ртуть
Мировое производство ртути в последнее десятилетие составляло около 8600 т/год. Потребление ртути (т/год): ь США -- 1800-2000; ь Япония -- 600-900; ь Германия -- 600; ь Италия -- 550; ь Испания -- 400; ь Великобритания -- 350; ь Франция -- 300...
Свойства и получение хлорида кальция
Хлорид кальция используют в производстве хлорида бария, некоторых красителей, для коагуляции латекса, в химико-фармацевтической промышленности, при обработке сточных вод, в системах для кондиционирования воздуха, при экстракции масел и др...
Свойства и применение кальция
Кальций находит все возрастающее.применение в различных отраслях производства. В последнее время он приобрел большое значение как восстановитель при получении ряда металлов. Чистый металлический...
Свойства нитрата кальция
1) В сельском хозяйстве. Кальциевая селитра является физиологическим щелочным удобрением, пригодным для всех почв и прежде всего для закисленных почв. В сельском хозяйстве применяют как азотное удобрение...
Синтез бихромата аммония
Удобный исходный реагент для получения высокочистого оксида хрома (III) (стойкий зеленый пигмент и составная часть некоторых катализаторов и известной смеси для полировки оптики - пасты ГОИ). Кроме того...
Хроматографический анализ различных классов веществ
Ряд работ посвящен разделению изотопов других элементов: неона, азота, кислорода, криптона и ксенона. Стоит немного сказать о трудноразделяемых парах. Применение молекулярных сит разрешило проблему разделения смеси кислорода и азота...
Изотопы – это такие вещества, которые имеют одинаковое число протонов в ядре атома, но разное число нейтронов.
Изотопы отсутствуют в таблице Менделеева, потому что их свойства почти ничем не отличаются от свойств основного вещества. На примере такого химического элемента как кислород поясним – если в ядре атома кислорода в результате ядерной реакции добавится один или несколько нейтронов, то кислород при этом так и останется кислородом, только это будет уже изотоп кислорода.
А если к ядру атома кислорода прибавить еще один протон, то получим не изотоп, а другой химический элемент. Например, фтор – если прибавим один протон, или неон, если прибавим два протона.
На данный момент науке известно более двух тысяч изотопов.
Изотопы бывают радиоактивными, то есть ядра их атомов нестабильны и испускают частицы, а значит распадаются. Но некоторые радиоактивные изотопы настолько медленно распадаются (миллионы лет), что их тоже можно считать стабильными.
Такой химический элемент как водород имеет два изотопа, и оба они имеют свои названия. Ни один другой химический элемент не имеет изотопы с собственным названием.
Обычный водород, или еще его называют протием.
Изотоп водорода с двумя нейтронами, его называют дейтерием и обозначают буквой D. Дейтерий образует тяжелую воду D 2 O.
Изотоп водорода с тремя нейтронами, его называют тритием и обозначают буквой Т.
Ученые выяснили, что в каждом химическом элементе, которые встречается в природе, присутствует также в некотором количестве и его изотоп. Например, водород всегда содержит в себе около 0,017% дейтерия.
Применение изотопов в медицине.
С помощью изотопов был изучен процесс обмена веществ в организмах. Исследование проводилось с помощью «меченых атомов». Суть метода состоит в том, что в организм вводится небольшая, безопасная для жизнедеятельности, доза изотопов. Далее по их передвижению вместе с основным веществом изучаются процессы обмена веществ. В медицине изотопы используются также для постановки диагноза и для терапии.
Например, для исследования кровообращения используется радиоактивный изотоп натрия, а для определения базедовой болезни, где необходимо следить за отложениями йода в щитовидной железе, используют радиоактивный йод. В этом случае метод диагностики и терапии совпадают, поскольку большие дозы радиоактивного йода способны частично разрушить аномально развивающиеся ткани. А для лечения раковых заболеваний используется жесткое гамма-излучение кобальта, которое еще называют кобальтовой пушкой.
«Как выстроить эффективную систему преподавания»
Подпишись прямо сейчас – введи свой e-mail
Изотопы, особенно радиоактивные, имеют многочисленные применения. В табл. 1.13 указаны отдельные примеры некоторых промышленных применений изотопов. Каждая методика, упоминаемая в этой таблице, используется также и в других отраслях промышленности. Например, методика определения утечки вещества с помощью радиоизотопов используется: в производстве напитков-для определения утечки из накопительных баков и трубопроводов; в строительстве инженерных сооружений -для
Таблица 1.13. Некоторые применения радиоизотопов
Стерилизованный слабым источником радиоактивного излучения самец мухи цеце маркируется для последующего обнаружения (Буркина-Фасо). Эта процедура является частью эксперимента, проводимого для изучения мухи цеце и установления эффективных мер контроля, препятствующих широкому распространению трипаносомоза (сонной болезни). Муха цеце является переносчиком этого заболевания и заражает им людей, домашних животных и дикий скот. Сонная болезнь чрезвычайно распространена в некоторых частях Африки.
определения утечки из подземных водоводов; в энергетической промышленности-для определения утечки из теплообменников на электростанциях; в нефтяной промышленности-для определения утечки из подземных нефтепроводов; в службе контроля сточных и канализационных вод-для определения утечки из магистральных коллекторов.
Изотопы также широко используются в научных исследованиях . В частности, они используются для определения механизмов химических реакций. В качестве примера укажем использование воды, меченной устойчивым изотопом кислорода 18O, для изучения гидролиза сложных эфиров, подобных этилацетату (см. также разд. 19.3). С использованием масс-спектрометрии для обнаружения изотопа 18O было установлено, что при гидролизе атом кислорода из молекулы воды переходит в уксусную кислоту, а не в этанол
Радиоизотопы широко используются в роли меченых атомов в биологических исследованиях. Для того чтобы прослеживать метаболические пути * в живых системах, используют радиоизотопы углерод-14, тритий, фосфор-32 и сера-35. Например, усвоение фосфора растениями из обработанной удобрениями почвы можно проследить, пользуясь удобрениями, которые содержат примесь фосфора-32.
Радиационная терапия . Ионизирующее излучение способно разрушать живые ткани. Ткани злокачественных опухолей более чувствительны к облучению, чем здоровые ткани. Это позволяет лечить раковые заболевания при помощи у-лучей, испускаемых из источника, в качестве которого используется радиоактивный изотоп кобальт-60. Излучение направляют на пораженный опухолью участок тела больного; сеанс лечения длится несколько минут и повторяется ежедневно в течение 2-6 недель. Во время сеанса все остальные части тела больного должны быть тщательно закрыты непроницаемым для излучения материалом, чтобы предотвратить разрушение здоровых тканей.
Определение возраста образцов при помощи радиоуглерода. Небольшая часть того диоксида углерода, который находится в атмосфере, содержит радиоактивный изотоп "бС. Растения поглощают этот изотоп в процессе фотосинтеза. Поэтому ткани всех
* Метаболизм-это совокупность всех химических реакций, протекающих в клетках живых организмов. В результате метаболических реакций происходит превращение питательных веществ в полезную энергию или в составные части клеток . Метаболические реакции обычно протекают в несколько простых этапов -стадий. Последовательность всех стадий метаболической реакции называется метаболическим путем (механизмом).
Радиоизотопы используются для наблюдения за механизмами осаждения наносов в устьях рек, портах и доках.
Использование радиоизотопов для получения фотографического изображения камеры сгорания реактивного двигателя в Центре неповреждающих испытаний лондонского аэропорта Хитроу. (На плакатах надписи: Радиация. Не подходить.) Радиоизотопы широко используются в промышленности для проведения неповреждающих испытаний.
Живые ткани обладают постоянным уровнем радиоактивности, потому что его убывание из-за радиоактивного распада компенсируется постоянным поступлением радиоуглерода из атмосферы. Однако, как только наступает смерть растения или животного, прекращается поступление радиоуглерода в его ткани. Это приводит к постепенному снижению уровня радиоактивности мертвых тканей.
Метод радиоуглеродной датировки позволил установить, что образцы древесного угля из Стоунхенджа имеют возраст около 4000 лет.
Радиоуглеродный метод геохронологии разработал в 1946 г. У.Ф. Либби, получивший за него Нобелевскую премию по химии в 1960 г. Этот метод широко используется в настоящее время археологами, антропологами и геологами для датировки образцов, имеющих возраст вплоть до 35000 лет. Точность этого метода-приблизительно 300 лет. Наилучшие результаты получаются при определении возраста шерсти, семян, ракушек и костей. Для определения возраста образца измеряют активность р-излучения (число распадов в минуту) в расчете на 1 г содержащегося в нем углерода. Это позволяет установить возраст образца при помощи кривой радиоактивного распада для изотопа 14С.
Какой возраст имеют Земля и Луна?
Многие горные породы на Земле и Луне содержат радиоизотопы с периодами полураспада порядка 10-9 -10-10 лет. Измеряя и сравнивая относительное содержание этих радиоизотопов с относительным содержанием продуктов их распада в образцах таких горных пороl, можно установить их возраст. Три наиболее важных метода геохронологии основаны на определении относительного содержания изотопов К (период полураспада 1,4-109 лет). "Rb (период полураспада 6 1O10 лет) и 2I29U (период полураспада 4,50-109 лет).
Метод датировки по калию и аргону . Такие минералы, как слюда и некоторые разновидности полевого шпата, содержат небольшое количество радиоизотопа калий-40. Он распадается, претерпевая электронный захват и превращаясь в аргон-40:
Возраст образца определяется на основе вычислений, в которых используются данные об относительном содержании в образце калия-40 по сравнению с арго-ном-40.
Метол датировки по рубидию и стронцию . Некоторые из наиболее древних горных пород на Земле, например граниты с западного побережья Гренландии, содержат рубидий. Приблизительно третья часть всех атомов рубидия приходится на долю радиоактивного рубидия-87. Этот радиоизотоп распадается, превращаясь в устойчивый изотоп стронций-87. Вычисления, основанные на использовании данных об относительном содержании в образцах изотопов рубидия и стронция, позволяют устанавливать возраст таких горных пород.
Метод датировки по урану и свинцу . Изотопы урана распадаются, превращаясь в изотопы свинца. Возраст таких минералов, как апатиты, которые содержат примеси урана, можно определять, сравнивая содержание в их образцах определенных изотопов урана и свинца.
Все три описанных метода использовались для датировки земных горных пород. Полученные в результате данные указывают, что возраст Земли равен 4,6-109 лет. Указанные методы использовались также для определения возраста лунных горных пород, доставленных на Землю из космических экспедиций. Возраст этих пород составляет от 3,2 до 4,2 *10 9 лет.
ядерное деление и ядерный синтез
Мы уже упоминали, что экспериментальные значения изотопных масс оказываются меньше значений, вычисленных как сумма масс всех входящих в ядро элементарных частиц. Разность между вычисленным и экспериментальным значением атомной массы называется дефект массы. Дефект массы соответствует энергии, необходимой для преодоления сил отталкивания между частицами с одинаковым зарядом в атомном ядре и связывания их в единое ядро; по этой причине она называется энергия связи. Энергию связи можно вычислить через дефект массы при помощи уравнения Эйнштейна
где E-энергия, m-масса и с-скорость света.
Энергию связи принято выражать в мегаэлектронвольтах (1 МэВ = 106 эВ) на одну субъядерную частицу (нуклон). Электронвольт-это энергия, которую приобретает или теряет частица с единичным элементарным зарядом (равным по абсолютной величине заряду электрона), перемещаемая между точками с разностью электрического потенциала в 1 В (1 МэВ = 9,6* 10 10 Дж/моль).
Например, энергия связи, приходящаяся на один нуклон, в ядре гелия приблизительно равна 7 МэВ, а в ядре хлора-35 она составляет 8,5 МэВ.
Чем больше энергия связи на один нуклон, тем больше устойчивость ядра. На рис. 1.33 показана зависимость энергии связи от массового числа элементов. Следует обратить внимание на то, что наибольшей устойчивостью обладают элементы с массовым числом, близким к 60. К таким элементам относятся 56Fe, 59Co, 59Ni и 64Cu. Элементы с более низкими массовыми числами могут, по крайней мере с теоретической точки зрения, повышать свою устойчивость в результате увеличения их массового числа. На практике, однако, представляется возможным увеличивать массовые числа только наиболее легких элементов, таких, как водород. (Гелий обладает аномально высокой устойчивостью; энергия связи нуклонов в ядре гелия не укладывается на кривую, изображенную на рис. 1.33.) Массовое число таких элементов увеличивается в процессе, называемом ядерным синтезом (см. ниже).
