promieniotwórczość naturalna i sztuczna- zastosowanie izotopów.odt

(19 KB) Pobierz

 

Promieniotwórczość  naturalna i sztuczna.

Zastosowanie Izotopów.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wykonał:

Robert Pilut

Kl.1TKU

 

 

 

 

 

 

1.0

Promieniotwórczość, radioaktywność

Zjawisko samoistnej przemiany jednych jąder atomowych w inne.

Głównymi procesami odpowiedzialnymi za promieniotwórczosć są:

              rozpad beta,

              rozpad alfa,

              wychwyt elektronu,

              spontaniczne rozszczepienie.

Intensywność procesu promieniotwórczości opisuje się podając aktywność danej substancji (aktywność Źródła promieniotwórczego). Zmiany czasowe aktywności charakteryzuje, właściwy danemu izotopowi promieniotwórczemu, czas połowicznego zaniku.

1.1

Promieniotwórczosc w przyrodzie

Istnienie promieniotwórczości w przyrodzie (promieniotwórczość naturalna, tło promieniowania przenikliwego) odkrył 1896 H.A. Becquerel, pierwszymi jej badaczami byli M. Curie Skłodowska i P. Curie - stwierdzili oni brak wpływu czynników fizykochemicznych (ciśnienia, temperatury, postaci chemicznej, pola elektromagnetycznego itp.) na przebieg zjawisk promieniotwórczości, tj. na opisujace je prawo rozpadu.

 

Pierwsze sztuczne (nie wystepujące w przyrodzie) substancje promieniotwórcze wytworzyli I. i F. Joliot-Curie ( promieniotwórczość sztuczna).

1.2

Główne procesy odpowiedzialne za promieniotwórczość

            Beta rozpad, rozpad jądra promieniotwórczego, w wyniku którego z jądra emitowany jest (rozpad  beta minus) elektron (negaton) i antyneutrino elektronowe lub (rozpad beta plus) pozyton i neutrino elektronowe.

            Alfa rozpad, rozpad jądra atomowego z emisją cząstki alfa. Po rozpadzie alfa powstaje jądro atomowe o liczbie masowej A mniejszej o 4 i liczbie atomowej Z mniejszej od 2 względym tych liczb dla jądra pierwotnego. Rozpadowi alfa ulegają najczęściej ciężkie pierwiastki promieniotwórcze oraz niektóre izotopy promieniotwórcze pierwiastków ziem rzadkich.

            Wychwyt elektronu, wychwyt jądrowy elektronu, wychwyt K, przemiana jądrowa będąca jedna z form rozpadu beta. Polega na wniknięciu w jądro jednego z elektronów wewnętrznej powłoki elektronowej atomu (najczęściej z najbardziej wewnętrznej powłoki K) do jądra atomowego, w wyniku czego jeden z protonów zamienia się w neutron, a z jądra emitowane jest neutrino elektronowe.

1.3

Promieniotwórczość naturalna

Zjawisko obecnoœci w środowisku naturalnym substancji promieniotwórczych niezależnie od działalności człowieka (w odróżnieniu od skażeń promieniotwórczych). W środowisku można zaobserwować ponad 60 izotopów promieniotwórczych.

 

 

 

1.4

Podział izotopów ze wzgledu na pochodzenie

Ze względu na pochodzenie izotopy te dzieli się na trzy kategorie:

1)            pierwotne izotopy promieniotwórcze, posiadające czasy połowicznego zaniku (T1/2) powyżej 0,5 mld lat, które powstały wraz ze stabilną materią tworzącą Ziemię (nukleogeneza) i nie zdążyły się jeszcze całkiem rozpaść - najbardziej istotnymi (tj. najbardziej rozpowszechnionymi i mającymi znaczący udział w dawce od tła naturalnego) izotopami w tej klasie są:

            40K (1,28 mld lat),

            238U (4,5 mld lat),

            232Th (14 mld lat),

            mniej istotne to 235U (0,71 mld lat),

            87Rb (48 mld lat)

oraz alfa promieniotwórcze pierwiastki ziem rzadkich, np.

            147Sm (105 mld lat),

            a także kilkanaście innych

2)            wtórne izotopy promieniotwórcze, które pochodzą z sekwencyjnych rozpadów niektórych izotopów należących do kategorii pierwszej (szeregi promieniotwórcze) - łącznie jest to grupa ponad trzydziestu izotopów, wśród nich najistotniejsze są izotopy

            radu:226Ra i 228Ra,

            radonu: 222Rn i 220Rn,

            polonu: 210Po,

            ołowiu: 210Pb.

3)            kosmogenne pierwiastki promieniotwórcze, czyli grupa ponad dziesięciu izotopów promieniotwórczych lekkich pierwiastków, powstających ciągle, głównie w górnych warstwach atmosfery ziemskiej, w reakcjach jądrowych (tzw. reakcje spalacji) wywołanych przez protony promieniowania kosmicznego - najbardziej istotne wśród nich to:

            14C (5,7 tys. lat),

            7Be (54 dni),

            10Be (1,7 mln lat),

            3H (12 lat),

mniej istotne to wybrane izotopy:

                  siarki,

                  chloru,

                  fosforu,

                  aluminium.

 

1.5

Aktywność promieniotwórcza niektórych pierwiastków naturalnych

Promieniotwórczość naturalna – typowe aktywnosci wybranych naturalnych pierwiastków promieniotwórczych (w bekerelach):

 

Izotop

Rodzaj materiału

aktywność

40K

Mleko

40 Bq/l

40K

Tkanka mięśniowa

50 Bq/kg

40K

Gleba

200-1000 Bq/kg

238U

Gleba

30-60 Bq/kg

222Rn

Powietrze na otwartej przestrzeni

ok. 5 Bq/m3

222Rn

Powietrze w pomieszczeniach

Od 20 do 50000 Bq/m3

14C

Całe ciało człowieka

ok.3000 Bq

7Be

Powietrze

2-5 mBq/m3

 


1.6

Promieniotwórczość sztuczna

Zjawisko promieniotwórczości obserwowane dla izotopów promieniotwórczych innych niż występujące w naturalnym środowisku ziemi, otrzymanych najczęściej w wyniku aktywacji izotopów stabilnych.

 

 

 

 

1.7

Własciwości promieniotwórczości sztucznej

                      Ze względu na duże zróżnicowanie właściwości takie jak:

           rodzaj promieniowania,

           energia promieniowania,

                     czas życia,

           masa emitowanych cząstek

           i inne.

Promieniotwórczość sztuczna znajduje o wiele większe zastosowanie w przeciwieństwie do naturalnych substancji promieniotwórczych.Jądra atomowe pierwiastków trwałych zawierają korzystną energetycznie liczbę protonów i neutronów. Pierwiastki takie nie ulegają przemianom jądrowym, albo proces ich rozpadu jest niezmiernie powolny.Przemiana stabilnego jądra w promieniotwórcze może nastąpić nie tylko przez wprowadzenie protonu czy neutronu, ale również pod wpływem cięższych cząstek: deuteronu 21D(jądro deuteru), trytonu 13T (jądro trytu) lub cząstki α. Duże nadzieje co do możliwości otrzymania ciężkich pierwiastków są związane z użyciem przyspieszonych jonów lub jąder dalej położonych w układzie okresowym pierwiastków.

1.8

Zastosowanie promieniotwórczości


Promieniotwórczość stosowana jest:
 

      W medycynie:
- produkcja niektórych leków
- radioterapia
- prześwietlenia

      W energetyce:
- reaktory jądrowe

1.9

Izotop

Odmiana atomów pierwiastka chemicznego o określonej liczbie neutronów N=A-Z (gdzie: A - liczba masowa, Z - liczba atomowa równa liczbie protonów). Różne izotopy danego pierwiastka różnią się między sobą ilością neutronów N, a więc i masą A (przy stałym Z). Nazwa izotop pochodzi od greckiego "izos topos" - jednakowe miejsce (w układzie okresowym pierwiastków). Istnienie izotopów odkrył (1913) J.J. Thomson. Dany izotop pierwiastka reprezentuje zapis:

gdzie: E - symbol danego pierwiastka chemicznego, lub zapis skrócony AE, przykładowo:

W naturze większość pierwiastków chemicznych występuje jako mieszanina wielu swoich izotopów, przy czym proporcje pomiędzy nimi są z dużą dokładnoscią stałe. Procentowy udzial danego izotopu nosi miano względnej częstości występowania izotopu lub abundancji. Wielkość ta jest charakterystyczna dla jednego Źródła pochodzenia materii (nukleosynteza).

2.0

Właściwości Izotopów

Właściwości chemiczne i fizyczne izotopów jednego pierwiastka są praktycznie identyczne (izotopowe efekty), istnieją jednak fizyczne metody umożliwiające rozdzielanie izotopów (spektrometria masowa, wielokrotna dyfuzja przez porowaty materiał itd.). Wydzielone, tzw. separowane izotopy znajdują zastosowanie w badaniach podstawowych, w produkcji wybranych izotopów promieniotwórczych o wysokiej czystości (np. radiofarmaceutyki), w uzyskiwaniu materiałów rozszczepialnych itd.

 

 

2.1

Izotopy promieniotwórcze

Oprócz 272 stabilnych izotopów wszystkich pierwiastków znanych jest ok. 2000 ich izotopów promieniotwórczych (radioizotopów), o różnych czasach połowicznego zaniku i rodzajach rozpadu promieniotwórczego. Izotopy promieniotwórcze stosowane są w wielu dziedzinach badań technicznych (np.: w badaniach przepływów - śledząc z zewnątrz układu przemieszczanie się w nim płynu zawierającego domieszkę izotopu promieniotwórczego, lub w badaniach zużycia materiałów - implantując izotop w elementy konstrukcyjne np. silnika i badając zmiany aktywności tego izotopu w oleju silnikowym w czasie pracy), znajdują zastosowanie w przemyśle (izotopowe czujniki poziomu, wagi izotopowe, izotopowe czujniki przeciwpożarowe), medycynie (radiofarmaceutyki, zasilacze izotopowe), biologii (śledzenie obiegu i roli mikroelementów), geologii (radiometryczne metody geologiczne) oraz w badaniach podstawowych (metoda atomów znaczonych, badania dyfuzji, badania strukturalne itd).

 

2.2

Ze względu na pochodzenie izotopy promieniotwórcze dzieli się na trzy kategorie:

      pierwotne izotopy promieniotwórcze, posiadające czasy połowicznego zaniku (T1/2) powyżej 0,5 mld lat, które powstały wraz ze stabilną materią tworzącą Ziemię (nukleogeneza) i nie zdążyły się jeszcze całkiem rozpaść.

                 wtórne izotopy promieniotwórcze, które pochodzą z sekwencyjnych rozpadów niektórych izotopów należących do kategorii pierwszej.

                 kosmogenne pierwiastki promieniotwórcze, czyli grupa ponad dziesięciu izotopów promieniotwórczych lekkich pierwiastków, powstających ciągle, głównie w górnych warstwach atmosfery ziemskiej, w reakcjach jądrowych (tzw. reakcje spalacji) wywołanych przez protony promieniowania kosmicznego.

2.3

Zastosowanie Izotopów

Izotopy używane są do diagnostyki i terapii schorzeń nowotworowych, np. bomba kobaltowa– urządzenie stosowane w medycynie do zdalnego napromieniowania chorych tkanek pacjenta,a także do badań tarczycy. Pozwalają śledzić przebieg złośliwych procesów chemicznych i biologicznych, np. działanie leków na organizm. Izotopy mogą służyć do diagnostyki stanu technicznego i wykrywania wad urządzeń przemysłowych, nawet w trudno dostępnych miejscach.

...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin