Изотопы

Изотопы

В 1911 г. Ф. Содди предположил, что ядра с одинаковым числом протонов, но различным числом нейтронов являются ядрами одного и того же химического элемента. Такие ядра он назвал изотопами. Изотопы имеют одинаковые химические свойства, что обусловлено одинаковым электрическим зарядом ядра, но раз­ные физические свойства, обусловленные массой (числом нейтронов). Обнаруживают при помощи масс-спектрометра.

Получение радиоактивных изотопов

Радиоактивные изотопы получают в атомных реакторах и на ускорителях элементарных частиц. Первым элементом, создан­ным искусственным путем, был технеций. Он был получен в 1937 г. при бомбардировке молибдена дейтерием:

Прометий Pm (Z—61), Франции Fr (Z—87), не имеющие стабильных изотопов, впервые получены искусственно.

С помощью ядерных реакций получены трансурановые элементы от нептуния Np и до 116-го элемента. Многие из них синтезированы в r. Дубне (Г.Н. Флеров, Ю.Ц. Оганесян и др.).

Радиоактивные изотопы, введенные в изучаемый объект, дают возможность исследовать свойства вещества и ход разнообразных процессов: метод меченых атомов. Химические свойства радиоактивных изотопов не отличаются от свойств нерадиоактивных изотопов тех же элементов, но они являются источниками радиоактивного излучения.

Метод меченых атомов широко используется в медицине (исследование обмена веществ, постанов­ка диагноза, для терапевтических целей, лечение раковых заболеваний), промышленности (контроль износа деталей, диффузия в металлах, исследование внутренней структуры, обнаружение дефектов), сельском хозяйстве, биологии (облучение g-лучами семян, борьба с вредными насекомыми, консервация пищевых продуктов), археологии (определение возраста Земли, древних предметов).

Биологическое действие радиоактивных излучений

На организм влияет только та часть радиоактивного излучения, которая поглощается его тканями. Поэтому биологическое действие излучений характеризуется поглощенной дозой излучения. Поглощенной дозой излучения D называют величину, равную отношению энергии ионизующего излучения, поглощенной облучаемым веществом, к массе этого вещества:

В СИ единица поглощения дозы излучения — грей (Гр). 1 Гр ранен дозе поглощенного излучения, при которой облучаемому веществу массой 1 кг передается энергия ионизующего излучения, равная 1 Дж:  

Отношение поглощенной дозы ко времени облучения наз. мощностью дозы излучения. Ее единица в СИ - . Естественный фон на человека равен 2- 10^-3 Гр/год.

Предельно допустимая норма для лиц, работающих с излучением, равна 0,05 Гр/год или 10^-3 Гр в неделю. Смертельная доза 3-10 Гр, полученная за короткое время.

Физическое воздействие любого ионизирующего излучения на вещество связано прежде всего с ионизацией атомов или молекул. Количественной мерой действия ионизирующего излучения служитэкспозиционная доза. Она равна отношению электрического заряда ионов одного знака, возникающих в сухом воздухе при его облучении фотонами, к массе воздуха. Единица в СИ: .

Внесистемная единица - рентген. Доза в один рентген ионизует 2^.10⁹ пар ионов в 1 см³.

При облучении мягких тканей человеческого организма рентгеновским или гамма-излучением экспозиционной дозе 1Р соответствует поглощенная доза 8,8 мГр.

Различие биологического действия разных видов излучения характеризуется коэффициентом относительной биологической эффективности (коэффициентом качества) k, который принимает значения от 1 до 20.

Рентгеновское и гамма

излучения: k=1;

тепловые нейтроны:

k=3;

нейтроны с W=0,5МэВ:

k=10;

нейтроны с W=5МэВ:

k=7.

Поглощенная доза, умноженная на коэффициент качества, характеризует биологическое действие поглощенной дозы и называется эквивалентной дозой. Единица в СИ зиверт (Зв).

Среднее значение эквивалентной дозы облучения, обусловленное естественным радиационным фоном, составляет около 2мЗв за 1 год.

Защита от излучения

Так как интенсивность радиации убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника, то для защиты людей необходимо удалять их от места излучения на достаточно большое расстояние: ампулы с радиоактивными препаратами нельзя брать руками.

Для защиты от жесткого рентгеновского излучения и g-излучения применяются вещества, состоящие из элементов с высоким атомным номером и имеющие значительную плотность (чугун, сталь, свинец, баритовый кирпич, свинцовое стекло), а от нейтро­нов надо использовать вещества с невысоким атомным номером (вода, бетон, земля и др.).

Доза γ-.излучения, 

полученная телом, Гр

Эффект

Последствия

0—0.25

0,25—1

1—3

3—6

6—10

Не наблюдается

Незначительное изменение в крови, слабая тошнота

Изменение крови, рвота, плохое общее самочувствие

Все эффекты указаны выше

Незначительное поврежде­ние костного мозга, лимфати­ческих узлов

Возможно полное выздоров­ление

При лечении переливание крови, пересадка костного мозга

Смерть