A radioaktív bomlás törvénye. Offset szabályok. A radionuklidok radioaktív bomlásának alaptörvénye

1. Radioaktivitás. Az alaptörvény radioaktív bomlás. Tevékenység.

2. A radioaktív bomlás főbb típusai.

3. Az ionizáló sugárzás anyaggal való kölcsönhatásának mennyiségi jellemzői.

4. Természetes és mesterséges radioaktivitás. Radioaktív sorozat.

5. Radionuklidok alkalmazása az orvostudományban.

6. Töltött részecskék gyorsítói és felhasználásuk az orvostudományban.

7. Az ionizáló sugárzás hatásának biofizikai alapjai.

8. Alapfogalmak és képletek.

9. Feladatok.

Az orvosok érdeklődése a természetes és mesterséges radioaktivitás iránt a következőknek köszönhető.

Először is, minden élőlény folyamatosan ki van téve a természetes háttérsugárzásnak, amely kozmikus sugárzásból, a bennük található radioaktív elemek sugárzásából áll. felületi rétegek a földkéreg, valamint az állatok szervezetébe levegővel és táplálékkal együtt bejutott elemek kisugárzása.

Másodszor, a radioaktív sugárzást magában az orvostudományban használják diagnosztikai és terápiás célokra.

33.1. Radioaktivitás. A radioaktív bomlás alaptörvénye. Tevékenység

A radioaktivitás jelenségét 1896-ban fedezte fel A. Becquerel, aki az uránsókból ismeretlen sugárzás spontán kibocsátását figyelte meg. Hamarosan E. Rutherford és a Curie-k megállapították, hogy a radioaktív bomlás során He atommagok (α-részecskék), elektronok (β-részecskék) és kemény elektromágneses sugárzás(γ-sugarak).

1934-ben felfedezték a pozitronok kibocsátásával járó bomlást (β + -bomlás), 1940-ben pedig új típusú radioaktivitás - az atommagok spontán hasadása: a hasadó mag két hasonló tömegű töredékre esik szét, egyidejű neutronkibocsátással és γ -quanta. Az atommagok proton radioaktivitását 1982-ben figyelték meg.

Radioaktivitás - egyesek képessége atommagok részecskék kibocsátásával spontán (spontán) átalakulnak más magokká.

Az atommagok protonokból és neutronokból állnak, amelyek általános neve - nukleonok. Az atommagban lévő protonok száma határozza meg az atom kémiai tulajdonságait, és Z-vel jelöljük (ez sorozatszám kémiai elem). Az atommagban lévő nukleonok számát ún tömegszámés jelölje A. Azonos rendszámú és különböző tömegszámú magokat nevezzük izotópok. Egy kémiai elem minden izotópja rendelkezik ugyanaz Kémiai tulajdonságok. Az izotópok fizikai tulajdonságai nagyon eltérőek lehetnek. Az izotópok jelölésére használjuk a kémiai elem szimbólumát két indexszel: A Z X. Az alsó index a sorozatszám, a felső index a tömegszám. Az alsó indexet gyakran kihagyják, mert maga az elem szimbóluma jelzi. Például 14 6 C helyett 14 C-ot írnak.

Az atommag bomlási képessége az összetételétől függ. Ugyanazon elemnek lehetnek stabil és radioaktív izotópjai is. Például a 12 C szénizotóp stabil, de a 14 C izotóp radioaktív.

A radioaktív bomlás statisztikai jelenség. Egy izotóp bomlási képessége jellemzi bomlási állandóλ.

Bomlási állandó- annak a valószínűsége, hogy egy adott izotóp magja időegység alatt elbomlik.

A dt rövid időn belüli magbomlás valószínűségét a képlet határozza meg

A (33.1) képlet figyelembevételével egy kifejezést kapunk, amely meghatározza a bomlott magok számát:

A (33.3) képletet főnek nevezzük radioaktív bomlás törvénye.

A radioaktív atommagok száma egy exponenciális törvény szerint idővel csökken.

A gyakorlatban ehelyett bomlási állandóλ gyakran más mennyiséget használnak, ún fél élet.

Fél élet(T) - az idő, amely alatt lebomlik fél radioaktív magok.

A radioaktív bomlás törvénye a felezési idővel a következőképpen van felírva:

A függőség grafikonja (33.4) az ábrán látható. 33.1.

A felezési idő lehet nagyon hosszú vagy nagyon rövid (a másodperc töredékétől sok milliárd évig). táblázatban A 33.1. ábra egyes elemek felezési idejét mutatja.

Rizs. 33.1. Az eredeti anyag magjai számának csökkenése radioaktív bomlás során

33.1. táblázat. Egyes elemek felezési ideje

Az árfolyamért radioaktivitás foka izotóp használ egy speciális mennyiséget, az úgynevezett tevékenység.

Tevékenység - az egységnyi idő alatt lebomló radioaktív hatóanyag magjainak száma:

Az aktivitás SI mértékegysége becquerel(Bq), 1 Bq másodpercenként egy bomlási eseménynek felel meg. A gyakorlatban több

gyerekes, nem rendszerszintű tevékenységi egység - curie(Ci), egyenlő 1 g 226 Ra aktivitásával: 1 Ci = 3,7x10 10 Bq.

Idővel az aktivitás ugyanúgy csökken, ahogy az el nem bomlott magok száma:

33.2. A radioaktív bomlás fő típusai

A radioaktivitás jelenségének tanulmányozása során a radioaktív magok által kibocsátott 3 féle sugarat fedeztek fel, amelyeket α-, β- és γ-sugárzásnak neveztek. Később kiderült, hogy az α- és β-részecskék kettő termékei különféle típusok radioaktív bomlás, és a γ-sugarak ezeknek a folyamatoknak a melléktermékei. Ezenkívül a γ-sugarak bonyolultabb nukleáris átalakulásokat kísérnek, amelyeket itt nem veszünk figyelembe.

Alfa bomlás magok spontán átalakulásából áll az emisszióval együttα -részecskék (hélium magok).

Az α-bomlási séma így van felírva

ahol X, Y az anyamag és a leánymag szimbóluma. Az α-decay írásakor az „α” helyett „Ő” is írható.

A bomlás során az elem Z rendszáma 2-vel, A tömegszáma pedig 4-gyel csökken.

Az α-bomlás során a leánymag rendszerint gerjesztett állapotban jön létre, és az alapállapotba való átmenet során γ-kvantumot bocsát ki. Az összetett mikroobjektumok általános tulajdonsága, hogy rendelkeznek diszkrét energiaállapotok halmaza. Ez vonatkozik a kernelekre is. Ezért a gerjesztett magokból származó γ-sugárzás diszkrét spektrummal rendelkezik. Következésképpen az α-részecskék energiaspektruma az diszkrét.

A kibocsátott α-részecskék energiája szinte minden α-aktív izotóp esetében a 4-9 MeV tartományba esik.

Béta bomlás atommagok spontán átalakulásából áll elektronok (vagy pozitronok) kibocsátásával.

Megállapítást nyert, hogy a β-bomlást mindig egy semleges részecske - neutrínó (vagy antineutrínó) - kibocsátása kíséri. Ez a részecske gyakorlatilag nem lép kölcsönhatásba az anyaggal, és nem vizsgáljuk tovább. A béta-bomlás során felszabaduló energia véletlenszerűen oszlik el a béta-részecske és a neutrínó között. Ezért a β-sugárzás energiaspektruma folytonos (33.2. ábra).

Rizs. 33.2. A β-bomlás energiaspektruma

A β-bomlásnak két típusa van.

1. Elektronikus A β - -bomlás abból áll, hogy egy nukleáris neutron protonná és elektronná alakul. Ebben az esetben egy másik ν" részecske jelenik meg - egy antineutrínó:

Egy elektron és egy antineutrínó kirepül az atommagból. Az elektron β - lebomlási séma a formában van felírva

Elektronikus β-bomlás során a Z elem rendszáma 1-gyel nő, de az A tömegszám nem változik.

A β-részecskék energiája a 0,002-2,3 MeV tartományba esik.

2. Pozitronikus A β + -bomlás során egy mag proton neutronná és pozitronná alakul. Ebben az esetben egy másik ν részecske jelenik meg - egy neutrínó:

Maga az elektronbefogás nem hoz létre ionizáló részecskéket, de igen röntgensugárzás kíséretében. Ez a sugárzás akkor következik be, amikor a belső elektron abszorpciója által megüresedett teret a külső pályáról érkező elektron tölti ki.

Gamma sugárzás elektromágneses természetű, és hullámhosszú fotonokat képviselλ ≤ 10-10 m.

A gammasugárzás nem önálló faj radioaktív bomlás. Az ilyen típusú sugárzás nem csak az α- és β-bomlást kíséri, hanem a bonyolultabb magreakciókat is. Nem téríti el elektromos és mágneses mezők, viszonylag gyenge ionizáló és nagyon magas áthatoló képességgel rendelkezik.

33.3. Az ionizáló sugárzás anyaggal való kölcsönhatásának mennyiségi jellemzői

A radioaktív sugárzás élő szervezetekre gyakorolt ​​hatása összefüggésbe hozható ionizálás, amelyet a szövetekben okoz. Egy részecske ionizációs képessége a típusától és az energiájától is függ. Ahogy egy részecske mélyebbre hatol az anyagba, elveszíti energiáját. Ezt a folyamatot ún ionizáció gátlás.

A töltött részecske anyaggal való kölcsönhatásának kvantitatív jellemzésére több mennyiséget használnak:

Amint a részecske energiája az ionizációs energia alá csökken, ionizáló hatása megszűnik.

Átlagos lineáris futásteljesítmény Egy töltött ionizáló részecske (R) - az általa megtett út az anyagban, mielőtt elveszítené ionizáló képességét.

Nézzünk néhányat jellemzők különböző típusú sugárzások kölcsönhatásai anyaggal.

Alfa sugárzás

Az alfa-részecske gyakorlatilag nem tér el mozgásának kezdeti irányától, mivel tömege sokszorosa

Rizs. 33.3. A lineáris ionizációs sűrűség függése az α-részecske által a közegben megtett úttól

annak az elektronnak a tömege, amellyel kölcsönhatásba lép. Ahogy mélyen behatol az anyagba, először az ionizációs sűrűség növekszik, és mikor a futás befejezése (x = R)élesen nullára csökken (33.3. ábra). Ez azzal magyarázható, hogy a mozgás sebességének csökkenésével a közeg egy molekulájának (atomjának) közelében eltöltött idő növekszik. Az ionizáció valószínűsége ebben az esetben nő. Miután az α részecske energiája összehasonlíthatóvá válik a molekuláris hőmozgás energiájával, befog két elektront az anyagban, és héliumatommá alakul.

Az ionizációs folyamat során keletkező elektronok rendszerint eltávolodnak az α-részecskepályától és másodlagos ionizációt okoznak.

Az α-részecskék vízzel való kölcsönhatásának jellemzői és lágy szövetek táblázatban mutatjuk be. 33.2.

33.2. táblázat. Az anyaggal való kölcsönhatás jellemzőinek függése az α-részecskék energiájától

Béta sugárzás

A mozgáshoz β -az anyagban lévő részecskéket görbe vonalú, előre nem látható pálya jellemzi. Ez a kölcsönhatásban lévő részecskék tömegének egyenlőségéből adódik.

Interakciós jellemzők β -a vízzel és lágy szövetekkel rendelkező részecskék a táblázatban vannak bemutatva. 33.3.

33.3. táblázat. Az anyaggal való kölcsönhatás jellemzőinek függősége a β-részecskék energiájától

Az α-részecskékhez hasonlóan a β-részecskék ionizációs képessége az energia csökkenésével növekszik.

Gamma sugárzás

Abszorpció γ - az anyag általi sugárzás a röntgensugárzás abszorpciójának törvényéhez hasonló exponenciális törvénynek engedelmeskedik:

A felszívódásért felelős fő folyamatok γ -sugárzás a fotoelektromos hatás és a Compton-szórás. Ez viszonylag kis számú szabad elektront hoz létre (elsődleges ionizáció), amelyek nagyon nagy energiájúak. Másodlagos ionizációs folyamatokat idéznek elő, amely összehasonlíthatatlanul magasabb, mint az elsődleges.

33.4. Természetes és mesterséges

radioaktivitás. Radioaktív sorozat

Feltételek természetesÉs mesterséges radioaktivitás feltételes.

Természetes a természetben létező izotópok radioaktivitásának, vagy a természetes folyamatok eredményeként keletkező izotópok radioaktivitásának nevezzük.

Például az urán radioaktivitása természetes. A szén 14 C radioaktivitása, amely ben keletkezik felső rétegek légkör a napsugárzás hatására.

Mesterséges az emberi tevékenység eredményeként keletkező izotópok radioaktivitása.

Ez a részecskegyorsítókban előállított összes izotóp radioaktivitása. Ide tartozik az atomrobbanás során fellépő talaj, víz és levegő radioaktivitása is.

Természetes radioaktivitás

A radioaktivitás vizsgálatának kezdeti időszakában a kutatók csak kellően nagy mennyiségben tudták felhasználni a földkőzetekben található természetes radionuklidokat (radioaktív izotópokat): 232 Th, 235 U, 238 U. Ezekkel a radionuklidokkal három radioaktív sorozat kezdődik, amelyek a stabil Pb izotópokkal végződnek. Ezt követően egy sorozatot fedeztek fel, amely 237 Np-vel kezdődik, a végső stabil mag pedig 209 Bi. ábrán. A 33.4. ábra a 238 U-val kezdődő sort mutatja.

Rizs. 33.4. Urán-rádium sorozat

Ennek a sorozatnak az elemei jelentik az emberi belső sugárzás fő forrását. Például a 210 Pb és a 210 Po táplálékkal kerül a szervezetbe - halakban és kagylókban koncentrálódnak. Mindkét izotóp felhalmozódik a zuzmókban, ezért jelen van a rénszarvas húsában. Az összes természetes sugárforrás közül a legjelentősebb a 222 Rn – egy nehéz inert gáz, amely a 226 Ra bomlása következtében keletkezik. Ez az ember által kapott természetes sugárzás körülbelül felét teszi ki. Befelé formálva földkéreg, ez a gáz a légkörbe szivárog és a vízbe jut (nagyon oldódik).

A kálium 40 K radioaktív izotópja folyamatosan jelen van a földkéregben, amely a természetes kálium része (0,0119%). Ez az elem a talajból származik gyökérrendszer növények és növényi élelmiszerekkel (gabonafélék, friss zöldségek és gyümölcsök, gombák) - a szervezetbe.

A természetes sugárzás másik forrása a kozmikus sugárzás (15%). Intenzitása a hegyvidéki területeken a légkör védő hatásának csökkenése miatt növekszik. A természetes háttérsugárzás forrásait a táblázat tartalmazza. 33.4.

33.4. táblázat. Természetes radioaktív háttér összetevője

33.5. Radionuklidok alkalmazása az orvostudományban

Radionuklidok radioaktív izotópoknak nevezzük kémiai elemek rövid felezési idővel. Ilyen izotópok nem léteznek a természetben, ezért mesterséges úton nyerik őket. A modern gyógyászatban a radionuklidokat széles körben használják diagnosztikai és terápiás célokra.

Diagnosztikai alkalmazás egyes kémiai elemek egyes szervek általi szelektív felhalmozódásán alapul. A jód például a pajzsmirigyben, a kalcium pedig a csontokban koncentrálódik.

Ezen elemek radioizotópjainak szervezetbe juttatása lehetővé teszi a koncentrációjuk területeinek radioaktív sugárzással történő kimutatását, és ezáltal fontos diagnosztikai információk megszerzését. Ezt a diagnosztikai módszert az ún a jelölt atom módszerével.

Terápiás felhasználás radionuklidok az ionizáló sugárzásnak a daganatsejtekre gyakorolt ​​pusztító hatásán alapul.

1. Gamma terápia- nagy energiájú γ-sugárzás (60 Co forrás) alkalmazása a mélyen fekvő daganatok elpusztítására. A felületes szövetek és szervek káros hatásainak elkerülése érdekében az ionizáló sugárzásnak való kitettség különböző munkamenetekben, különböző irányokban történik.

2. Alfa terápia- gyógyászati ​​felhasználásα részecskék. Ezek a részecskék jelentős lineáris ionizációs sűrűséggel rendelkeznek, és még egy kis levegőréteg is elnyeli őket. Ezért terápiás

Az alfa-sugarak alkalmazása a szerv felületével való közvetlen érintkezés útján vagy belsőleg (tűvel) történő beadás esetén lehetséges. Felületi expozíció esetén radonterápiát (222 Rn) alkalmaznak: bőrrel (fürdő), emésztőszervekkel (ivás), légzőszervekkel (belégzés) való expozíció.

Egyes esetekben gyógyászati ​​felhasználás α -részecskék a neutronfluxus használatához kapcsolódnak. Ezzel a módszerrel először a szövetbe (tumorba) visznek be elemeket, amelyek magjai neutronok hatására bocsátanak ki α -részecskék. Ezt követően a beteg szervet neutronárammal sugározzák be. Ebben az értelemben α -közvetlenül a szerv belsejében keletkeznek részecskék, amelyekre romboló hatást kellene kifejteniük.

A 33.5. táblázat az orvostudományban használt egyes radionuklidok jellemzőit mutatja be.

33.5. táblázat. Izotópok jellemzői

33.6. Töltött részecskegyorsítók és felhasználásuk a gyógyászatban

Gyorsító- olyan létesítmény, amelyben elektromos és mágneses mezők hatására nagy energiájú (több száz keV-tól több száz GeV-ig) töltött részecskék irányított nyalábjai keletkeznek.

A gyorsítók létrehoznak keskeny adott energiájú és kis keresztmetszetű részecskenyalábok. Ez lehetővé teszi, hogy biztosítsa irányította besugárzott tárgyakra gyakorolt ​​hatás.

Gyorsítók alkalmazása az orvostudományban

Az elektron- és protongyorsítókat a gyógyászatban sugárterápiában és diagnosztikában használják. Ebben az esetben maguk a felgyorsított részecskék és a kísérő röntgensugárzás is használatosak.

Bremsstrahlung röntgensugarak A részecskesugarat egy speciális célpontra irányítják, amely a röntgensugárzás forrása. Ez a sugárzás lényegesen nagyobb kvantumenergiával különbözik a röntgencsőtől.

Szinkrotron röntgen gyűrűgyorsítókban - szinkrotronokban - az elektronok gyorsulása során fordul elő. Ilyen sugárzás van magas fokozat irány.

A gyors részecskék közvetlen hatása nagy áthatolóképességükkel függ össze. Az ilyen részecskék súlyos károsodás nélkül áthaladnak a felületi szöveteken, és útjuk végén ionizáló hatást fejtenek ki. A megfelelő részecskeenergia kiválasztásával lehetőség nyílik a daganatok adott mélységben történő elpusztítására.

A gyorsítók alkalmazási területeit az orvostudományban a táblázat tartalmazza. 33.6.

33.6. táblázat. Gyorsítók alkalmazása a terápiában és a diagnosztikában

33.7. Az ionizáló sugárzás hatásának biofizikai alapjai

Amint fentebb megjegyeztük, a radioaktív sugárzás biológiai rendszerekre gyakorolt ​​hatása összefüggésbe hozható molekulák ionizációja. A sugárzás és a sejtekkel való kölcsönhatás folyamata három egymást követő szakaszra (szakaszra) osztható.

1. Fizikai állapot tartalmaz energiaátvitel sugárzás a molekulákra biológiai rendszer, ami ionizációjukat és gerjesztésüket eredményezi. Ennek a szakasznak az időtartama 10 -16 -10 -13 s.

2. Fizikai-kémiai a szakasz különböző típusú reakciókból áll, amelyek a gerjesztett molekulák és ionok energiafeleslegének újraelosztásához vezetnek. Ennek eredményeként nagyon aktív

termékek: gyökök és új ionok sokféle kémiai tulajdonsággal.

Ennek a szakasznak az időtartama 10 -13 -10 -10 s.

3. Kémiai szakasz - ez a gyökök és ionok kölcsönhatása egymással és a környező molekulákkal. Ebben a szakaszban különböző típusú szerkezeti károsodások alakulnak ki, amelyek a biológiai tulajdonságok megváltozásához vezetnek: a membránok szerkezete és funkciói megzavaródnak; léziók a DNS és RNS molekulákban fordulnak elő.

A kémiai szakasz időtartama 10 -6 -10 -3 s.

4. Biológiai szakasz. Ebben a szakaszban a molekulák és a szubcelluláris struktúrák károsodása különféle funkcionális zavarokhoz, apoptotikus mechanizmusok működése vagy nekrózis következtében idő előtti sejthalálhoz vezet. A biológiai stádiumban kapott károsodás örökölhető.

A biológiai szakasz időtartama néhány perctől több tíz évig terjed.

Jegyezzük meg a biológiai állapot általános mintázatait:

Nagy zavarok alacsony elnyelt energiával (az ember számára halálos dózisú sugárzás hatására a test csak 0,001 °C-kal melegszik fel);

Hatás a következő generációkra a sejt örökletes apparátusán keresztül;

Rejtett, látens időszak jellemzi;

A sejtek különböző részei eltérően érzékenyek a sugárzásra;

Mindenekelőtt az osztódó sejteket érintik, ami különösen veszélyes a gyermek testére;

Káros hatás a felnőtt szervezet szöveteire, amelyekben osztódás van;

A sugárzás változásainak hasonlósága a korai öregedés patológiájával.

33.8. Alapfogalmak és képletek

A táblázat folytatása

33.9. Feladatok

1. Mi a gyógyszer aktivitása, ha ennek az anyagnak 10 000 magja 10 percen belül elbomlik?

4. Az ősi faminták korát megközelítőleg a bennük lévő 14 6 C izotóp fajlagos tömegaktivitása határozza meg. Hány éve vágták ki azt a fát, amelyből tárgyat készítettek, ha a benne lévő szén fajlagos tömegaktivitása a növekvő fa fajlagos tömegaktivitásának 75%-a? A radon felezési ideje T = 5570 év.

9. Után Csernobili baleset helyenként a talaj radioaktív cézium-137-tel való szennyezettsége 45 Ci/km 2 volt.

Hány év múlva csökken az aktivitás ezeken a helyeken egy viszonylag biztonságos, 5 Ci/km 2 -es szintre? A cézium-137 felezési ideje T = 30 év.

10. A jód-131 megengedett aktivitása az emberi pajzsmirigyben nem lehet több, mint 5 nCi. Néhány embernél, akik a csernobili katasztrófa övezetében tartózkodtak, a jód-131 aktivitása elérte a 800 nCi-t. Hány nap múlva csökkent az aktivitás normálisra? A jód-131 felezési ideje 8 nap.

11. Egy állat vérmennyiségének meghatározásához a következő módszert alkalmazzuk. Az állatból kis mennyiségű vért vesznek, a vörösvérsejteket elválasztják a plazmától, és radioaktív foszforos oldatba helyezik, amelyet a vörösvértestek asszimilálnak. A jelölt vörösvérsejteket visszajuttatják az állat keringési rendszerébe, majd bizonyos idő elteltével meghatározzák a vérminta aktivitását.

ΔV = 1 ml ilyen oldatot fecskendeztek valamelyik állat vérébe. Ennek a térfogatnak a kezdeti aktivitása A 0 = 7000 Bq volt. Egy állat vénájából egy nappal később vett 1 ml vér aktivitása percenként 38 impulzusnak felel meg. Határozza meg az állat vérmennyiségét, ha a radioaktív foszfor felezési ideje T = 14,3 nap.

Radioaktivitás fogalma

A radioaktív bomlás törvénye

A radioaktivitás és mértékegységeinek meghatározása

Ionizáló sugárzások, jellemzőik.

AI-források

1. Radioaktivitás fogalma

A radioaktivitás az atommagok spontán átalakulási (bomlási) folyamata, amelyet egy speciális sugárzás, az úgynevezett radioaktív kibocsátás kísér.

Ebben az esetben egyes elemek atomjai átalakulnak mások atomjaivá.

A radioaktív átalakulások csak az egyes anyagokra jellemzőek.

Egy anyag akkor tekinthető radioaktívnak, ha radionuklidokat tartalmaz és radioaktív bomláson megy keresztül.

Radionuklidok (izotópok) - a spontán bomlásra képes atommagokat radionuklidoknak nevezik.

Egy nuklid jellemzéséhez használja a kémiai elem szimbólumát, jelölje meg az atommag rendszámát (protonok számát) és tömegszámát (nukleonok számát, pl. teljes szám protonok és neutronok).

Például a 239 94 Pu azt jelenti, hogy egy plutónium atom magja 94 protont és 145 neutront tartalmaz, összesen 239 nukleont.

A következő típusú radioaktív bomlás létezik:

Béta-bomlás;

Alfa-bomlás;

Az atommagok spontán hasadása (neutronbomlás);

Proton radioaktivitás (protonfúzió);

Kétprotonos és klaszteres radioaktivitás.

Béta bomlás az a folyamat, amelyben egy proton neutronná vagy egy neutron protonná alakul egy atommagban egy béta részecske (pozitron vagy elektron) felszabadulásával

Alfa bomlás – jellemző a nehéz elemekre, amelyek magjai a D. I. Mengyelejev-táblázat 82-es számától kezdve a neutrontöbblet és a spontán bomlás ellenére instabilok. Ezen elemek magjai túlnyomórészt hélium atommagokat bocsátanak ki.

Az atommagok spontán hasadása (neutronbomlás) - ez a nehéz elemek egyes magjainak (urán-238, kalifornium 240,248, 249, 250, kúrium 244, 248 stb.) spontán hasadása. A spontán maghasadás valószínűsége elenyésző az alfa-bomláshoz képest. Ebben az esetben a mag két hasonló tömegű fragmentumra (magra) osztódik.

1. A radioaktív bomlás törvénye

Az atommagok stabilitása csökken a nukleonok összszámának növekedésével. Ez a neutronok és a protonok számának arányától is függ.

Az egymást követő nukleáris átalakulások folyamata általában a stabil magok kialakulásával végződik.

A radioaktív átalakulások betartják a radioaktív bomlás törvényét:

N = N 0 e λ t ,

ahol N, N 0 azoknak az atomoknak a száma, amelyek t és t 0 időpontokban nem bomlottak le;

λ a radioaktív bomlási állandó.

A λ értéknek megvan a maga egyedi értéke minden egyes radionuklidtípusra. A bomlás sebességét jellemzi, azaz. megmutatja, hány atommag bomlik le egységnyi idő alatt.

A radioaktív bomlás törvényének egyenlete szerint görbéje exponenciális.

1. A radioaktivitás és mértékegységeinek meghatározása

Azt az időt, amely alatt a magok fele spontán magtranszformációk következtében elbomlik, ún fél élet T 1/2 . A T 1/2 felezési idő a λ bomlási állandóhoz kapcsolódik a következő függéssel:

T 1/2 = ln2/λ = 0,693/λ.

A különböző radionuklidok felezési ideje T 1/2 eltérő és széles skálán mozog - a másodperc töredékeitől a több száz, sőt ezer évig.

Néhány radionuklid felezési ideje:

Jód-131 - 8,04 nap

Cézium-134 - 2,06 év

Stroncium-90 - 29,12 év

Cézium-137 - 30 év

Plutónium-239 - 24065 év

urán-235 - 7,038. 10 8 év

Kálium-40 - 1,4 10 9 év.

A bomlási állandó reciproka az hívottradioaktív atom átlagos élettartama t :

A bomlás sebességét az A anyag aktivitása határozza meg:

A = dN/dt = A 0 e λ t = λ N,

ahol A és A 0 az anyag aktivitása t és t 0 időpontokban.

Tevékenység– a radioaktivitás mértéke. A radioaktív atommagok egységnyi idő alatti bomlásának száma jellemzi.

A radionuklid aktivitása egyenesen arányos a radioaktív atommagok teljes számával a t időpontban, és fordítottan arányos a felezési idővel:

A = 0,693 N/T 1/2.

Az aktivitás SI mértékegysége a becquerel (Bq). Egy becquerel másodpercenként egy bomlásnak felel meg. A tevékenység rendszeren kívüli egysége a curie (Ku).

1 Ku = 3,7 10 10 Bq

1Bq = 2,7 10 -11 Ku.

A curie aktivitási egység 1 g rádium aktivitásának felel meg. A mérési gyakorlatban a térfogati A v (Bq/m 3, Ku/m 3), a felületi A s (Bq/m 2, Ku/m 2) és a fajlagos A m (Bq/m, Ku/m) fogalmak érvényesülnek. tevékenységet is használják.

A radioaktivitás jelenségét 1896-ban fedezte fel A. Becquerel, aki az uránsókból ismeretlen sugárzás spontán kibocsátását figyelte meg. Hamarosan E. Rutherford és Curieék megállapították, hogy a radioaktív bomlás során He-magok (α-részecskék), elektronok (β-részecskék) és kemény elektromágneses sugárzás (γ-sugarak) bocsátanak ki.

1934-ben felfedezték a pozitronok kibocsátásával járó bomlást (β + -bomlás), 1940-ben pedig egy új típusú radioaktivitást - az atommagok spontán hasadását: a hasadó mag két hasonló tömegű töredékre esik szét az egyidejű emisszióval. a neutronok és γ -quanta. Az atommagok proton radioaktivitását 1982-ben figyelték meg. Így a radioaktív bomlásnak a következő típusai vannak: α-bomlás; -hanyatlás; - bomlás; e - rögzítés.

Radioaktivitás- egyes atommagok azon képessége, hogy részecskék kibocsátásával spontán (spontán) átalakuljanak más atommagokká.

Az atommagok abból állnak protonok és neutronok, amelyeknek általános neve van - nukleonok. Az atommagban lévő protonok száma meghatározza az atom kémiai tulajdonságait, és meg van jelölve Z(cikk sorozatszáma). Nukleonok száma a kernelben az úgynevezett tömegszámés jelöljük A. Azonos sorozatszámú magokés különböző tömegszámokat neveznek izotópok. Egy kémiai elem minden izotópja azonos kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, és fizikai tulajdonságok eléggé változhat. Az izotópok jelölésére használja a kémiai elem szimbólumát két indexszel: A Z X. Az alsó index a sorozatszám, a felső index a tömegszám. Az alsó indexet gyakran kihagyják, mert maga az elem szimbóluma jelzi.

Például 14 6 C helyett 14 C-ot írnak.

Az atommag bomlási képessége az összetételétől függ. Ugyanazon elemnek lehetnek stabil és radioaktív izotópjai is.

Például a 12 C szénizotóp stabil, de a 14 C izotóp radioaktív.

A radioaktív bomlás statisztikai jelenség. Egy izotóp bomlási képességét a bomlási állandó jellemzi λ.

A λ bomlási állandó annak a valószínűsége, hogy egy adott izotóp magja egységnyi idő alatt elbomlik.

Jelöljük a radioaktív bomlási atommagok N számát a t időpontban, dN 1 - a dt idő alatt bomló atommagok számát. Mivel az atommagok száma az anyagban hatalmas, a törvény teljesül nagy számok. A dt rövid időn belüli magbomlás valószínűségét a dP = λdt képlet határozza meg, a gyakoriság megegyezik a valószínűséggel: d N 1 / N = dP = λdt. d N 1/N = λdt- egy képlet, amely meghatározza a bomlott magok számát.

Az egyenlet megoldása: , - a képletet a radioaktív bomlás törvényének nevezzük: A radioaktív atommagok száma egy exponenciális törvény szerint idővel csökken.

Itt N az el nem bomlott magok száma t időpontban; N o - az el nem bomlott magok kezdeti száma; λ a radioaktív bomlási állandó.

A gyakorlatban nem a bomlási állandót használják λ , és az elnevezett mennyiség felezési idő T.

A felezési idő (T) az az idő, amely alatt a radioaktív magok fele elbomlik.

A radioaktív bomlás törvénye a perióduson keresztül a felezési idő (T) a következőképpen alakul:

A felezési idő és a bomlási állandó közötti összefüggést a következő képlet adja meg: T = ln(2/λ) = 0,69/λ

A felezési idő lehet nagyon hosszú vagy nagyon rövid.

A radioaktív izotóp aktivitási fokának felmérésére az aktivitásnak nevezett mennyiséget használjuk.

Az egységnyi idő alatt lebomló radioaktív hatóanyag magjainak aktivitási száma: A = dN bomlás /dt

Az aktivitás SI mértékegysége 1 becquerel (Bq) = 1 szétesés/s - egy olyan gyógyszer aktivitása, amelyben 1 s alatt 1 szétesés következik be. Egy nagyobb aktivitási egység 1 rutherford (Rd) = Bq. Gyakran használnak rendszeren kívüli aktivitási egységet - a curie-t (Ci), amely megegyezik 1 g rádium aktivitásával: 1 Ci = 3,7 Bq.

Idővel az aktivitás ugyanazon exponenciális törvény szerint csökken, amely szerint maga a radionuklid bomlik:

= .
A gyakorlatban a képletet használják az aktivitás kiszámítására:

A = = λN = 0,693 N/T.

Ha az atomok számát tömeggel és tömeggel fejezzük ki, akkor az aktivitás kiszámításának képlete a következő lesz: A = = 0,693 (μT)

hol van Avogadro száma; μ - moláris tömeg.

A "radioaktivitás" kifejezés, amely a latin "radio" - "sugárzik" és "activus" - "aktív" szavakból kapta nevét, az atommagok spontán átalakulását jelenti, gamma-sugárzás, elemi részecskék vagy öngyújtó kibocsátásával. magok. A tudomány által ismert valamennyi típusú radioaktív átalakulás az atomot alkotó részecskék alapvető (erős és gyenge) kölcsönhatásain alapul. Az urán által kibocsátott áthatoló sugárzás egy eddig ismeretlen típusát 1896-ban fedezte fel Antoine Henri Becquerel francia tudós, a „radioaktivitás” fogalmát pedig a 20. század elején Marie Curie vezette be széles körben, aki a láthatatlan sugárzás tanulmányozásával. egyes ásványok által kibocsátott sugarak képes volt elkülöníteni a tiszta radioaktív elemet - rádiumot.

A radioaktív átalakulások közötti különbségek és kémiai reakciók

A radioaktív átalakulások fő jellemzője, hogy spontán módon mennek végbe, míg a kémiai reakciókhoz mindenképpen szükség van némi külső hatásra. Ezenkívül a radioaktív átalakulások folyamatosan mennek végbe, és mindig egy bizonyos mennyiségű energia felszabadulásával járnak, amely az atomi részecskék egymással való kölcsönhatásának erősségétől függ. Az atomokon belüli reakciók sebességét nem befolyásolja a hőmérséklet, az elektromos és mágneses mezők jelenléte, a leghatékonyabb kémiai katalizátor használata, a nyomás vagy az anyag aggregációs állapota. A radioaktív átalakulások nem függnek egyiktől sem külső tényezőés nem lehet sem gyorsítani, sem lassítani.

A radioaktív bomlás törvénye

A radioaktív bomlás sebességét, valamint az atomok számától és az időtől való függését a radioaktív bomlás törvénye fejezi ki, amelyet Ernest Rutherford és Frederick Soddy fedeztek fel 1903-ban. Bizonyos következtetések levonása érdekében, amelyek később az új törvényben is tükröződtek, a tudósok a következő kísérletet végezték el: elkülönítették az egyik radioaktív terméket, és külön vizsgálták annak független aktivitását annak az anyagnak a radioaktivitásától, amelyből izolálták. Ennek eredményeként kiderült, hogy bármely radioaktív termék aktivitása, függetlenül a kémiai elemtől, idővel csökken. geometriai progresszió. Ennek alapján a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy a radioaktív átalakulás sebessége mindig arányos azon rendszerek számával, amelyek még nem estek át átalakuláson.

A radioaktív bomlás törvényének képlete a következő:

amely szerint a dt (nagyon rövid intervallum) időtartam alatt bekövetkező −dN bomlások száma arányos az N atomok számával. A radioaktív bomlás törvényének képletében van egy másik fontos mennyiség - a bomlási állandó ( vagy kölcsönös felezési idő) λ, amely az egységnyi idő alatt bekövetkező magbomlás valószínűségét jellemzi.

Milyen kémiai elemek radioaktívak?

A kémiai elemek atomjainak instabilitása inkább kivétel, mint minta; többnyire stabilak és nem változnak az idő múlásával. Létezik azonban a kémiai elemek egy bizonyos csoportja, amelyek atomjai hajlamosabbak a bomlásra, mint mások, és bomlásuk során energiát bocsátanak ki, és új részecskéket is felszabadítanak. A leggyakoribb kémiai elemek a rádium, az urán és a plutónium, amelyek képesek több elemmel átalakulni egyszerű atomok(például az urán ólommá alakul).

Az atommagok radioaktív bomlásának törvényei

Az atommagok azon képességét, hogy spontán lebomlanak, részecskéket bocsátanak ki, radioaktivitásnak nevezzük. A radioaktív bomlás statisztikai folyamat. Mindegyik radioaktív mag bármelyik pillanatban elbomolhat, és a mintázat csak átlagosan figyelhető meg, bomlás esetén ez elég nagy mennyiség magok.
Bomlási állandóλ a magbomlás valószínűsége egységnyi idő alatt.
Ha a t időpontban N radioaktív mag van a mintában, akkor a dt idő alatt elbomló dN magok száma arányos N-nel.

dN = -λNdt. (13.1)

Integrálva (1) megkapjuk a radioaktív bomlás törvényét

N(t) = N 0 e-λt. (13.2)

N 0 a radioaktív atommagok száma t = 0 időpontban.
Átlagos élettartam τ –

. (13.3)

Fél élet T 1/2 - az az idő, amely alatt a radioaktív magok kezdeti száma felére csökken

T 1/2 = ln2/λ=0,693/λ = τln2. (13.4)

Tevékenység A - az egységnyi idő alatt lebomló magok átlagos száma

A(t) = λN(t). (13.5)

Az aktivitást curie-ben (Ci) és becquerelben (Bq) mérik.

1 Ki = 3,7*10 10 bomlás/s, 1 Bq = 1 bomlás/s.

Az eredeti 1-es mag bomlását a 2-es magba, majd a 3-as magba bomlását differenciálegyenlet-rendszer írja le.

(13.6)

ahol N 1 (t) és N 2 (t) az atommagok száma, λ 1 és λ 2 pedig az 1. és 2. atommagok bomlási állandói. A (6) rendszer megoldása N 1 (0) = N 10 kezdeti feltételekkel; N 2 (0) = 0 lesz

, (13.7a)

. (13,7b)

13. 1. ábra

A magok száma 2 eléri a maximális értéket nál nél .

Ha λ 2< λ 1 (), суммарная активностьN 1 (t)λ 1 + N 2 (t)λ 2 будет монотонно уменьшаться.
Ha λ 2 >λ 1 ()), a teljes aktivitás kezdetben a 2-es magok felhalmozódása miatt növekszik.
Ha λ 2 >> λ 1, akkor kellően hosszú időkben a második exponenciális hozzájárulása a (7b)-ben elhanyagolhatóvá válik az első hozzájárulásához és a második aktivitásához képest A 2 = λ 2 N 2 és az első izotópok A 1 = λ 1 N 1 majdnem egyenlő. A jövőben az első és a második izotóp aktivitása is ugyanúgy változik az idő múlásával.

A 1 (t) = N 10 λ 1 = N 1 (t)λ 1 = A 2 (t) = N 2 (t)λ 2.(13.8)

Vagyis az ún régi egyensúly, amelyben a bomlási lánc izotópmagjainak számát a bomlási állandókhoz (felezési időkhöz) viszonyítják egy egyszerű összefüggéssel.

. (13.9)

Ezért természetes állapotban a radioaktív sorozatokban genetikailag rokon összes izotóp általában bizonyos mennyiségi arányban megtalálható, felezési idejüktől függően.
Általános esetben, ha van egy 1→2→...n bomlási lánc, a folyamatot differenciálegyenlet-rendszer írja le.

dN i /dt = -λ i N i +λ i-1 N i-1.(13.10)

A (10) rendszer megoldása N 1 (0) = N 10 kezdeti feltételekkel végzett tevékenységekre; N i (0) = 0 lesz

(13.12)

A prím azt jelenti, hogy a nevezőben szereplő szorzatból az i = m-es tényező kimarad.

Izotópok

IZOTÓPOK– ugyanazon kémiai elem fajtái, amelyek hasonlóak fizikai kémiai tulajdonságok, de eltérő atomtömegűek. Az "izotópok" elnevezést 1912-ben Frederick Soddy angol radiokémikus javasolta, aki két elemből alkotta meg. görög szavak: isos – ugyanaz és topos – hely. Az izotópok ugyanazt a helyet foglalják el a Mengyelejev-féle elemperiódusos rendszer cellájában.

Bármely kémiai elem atomja egy pozitív töltésű atommagból és az azt körülvevő negatív töltésű elektronok felhőjéből áll. cm.Is ATOMmag). Egy kémiai elem helyzetét Mengyelejev periódusos rendszerében (sorszáma) az atommag töltése határozza meg. Az izotópokat ezért ugyanazon kémiai elem fajtáinak nevezzük, amelyek atomjainak azonos a magtöltése (és ezért gyakorlatilag azonos elektronikus héjak), de a magtömeg értékekben különböznek. F. Soddy figuratív kifejezése szerint az izotópok atomjai „kint” ugyanazok, de „belül” különbözőek.

A neutront 1932-ben fedezték fel – töltés nélküli részecske, amelynek tömege közel van a hidrogénatom atommagjának tömegéhez - proton , és létrejött az atommag proton-neutron modellje, melynek eredményeként a tudomány kialakította az izotóp fogalmának végső modern definícióját: az izotópok olyan anyagok, amelyek atommagja ugyanaz a szám protonok, és csak a neutronok számában különböznek az atommagban . Az egyes izotópokat általában egy szimbólumkészlettel jelöljük, ahol X a kémiai elem szimbóluma, Z az atommag töltése (a protonok száma), A az izotóp tömegszáma (a nukleonok teljes száma). - protonok és neutronok az atommagban, A = Z + N). Mivel úgy tűnik, hogy az atommag töltése egyedülállóan kapcsolódik a kémiai elem szimbólumához, egyszerűen az A X jelölést használják a rövidítésre.

Az összes általunk ismert izotóp közül csak a hidrogénizotópoknak van saját neve. Így a 2H és 3H izotópokat deutériumnak és tríciumnak nevezik, és D-nek, illetve T-nek nevezik (az 1H izotópot néha protiumnak is nevezik).

A természetben stabil izotópként fordul elő , és instabil - radioaktív, amelyek atommagjai különböző részecskék kibocsátásával (vagy úgynevezett radioaktív bomlási folyamatok) spontán átalakulásnak vannak kitéve más atommagokká. Körülbelül 270 stabil izotóp ismeretes, stabil izotópok pedig csak a Z Ј 83 rendszámú elemekben találhatók. Az instabil izotópok száma meghaladja a 2000-et, túlnyomó többségüket mesterségesen nyerték el különféle kísérletek eredményeként. nukleáris reakciók. Számos elem radioaktív izotópjainak száma igen nagy, és meghaladhatja a két tucatnyit. A stabil izotópok száma lényegesen kisebb, egyes kémiai elemek csak egy stabil izotópból állnak (berillium, fluor, nátrium, alumínium, foszfor, mangán, arany és számos egyéb elem). A legtöbb stabil izotóp - 10 - az ónban található, például a vasban 4, a higanyban pedig - 7.

Izotópok felfedezése, történelmi háttér. 1808-ban John Dalton angol természettudós először vezette be a kémiai elem meghatározását, mint azonos típusú atomokból álló anyagot. 1869-ben a vegyész D.I. Mengyelejev felfedezte a kémiai elemek periodikus törvényét. Az elem, mint a periódusos rendszer cellájában meghatározott helyet elfoglaló anyag fogalmának alátámasztásának egyik nehézségét az elemek kísérletileg megfigyelt nem egész atomsúlya okozta. 1866-ban Sir William Crookes angol fizikus és kémikus azt a hipotézist terjesztette elő, hogy minden természetes kémiai elem olyan anyagok keveréke, amelyek tulajdonságaiban azonosak, de eltérő atomtömegűek, de akkoriban még nem volt ilyen feltevés. kísérleti megerősítést, és ezért nem tartott sokáig észre.

Fontos lépésÚtban az izotópok felfedezéséhez, a radioaktivitás jelenségének felfedezéséhez és a radioaktív bomlás hipotéziséhez, amelyet Ernst Rutherford és Frederick Soddy fogalmazott meg: a radioaktivitás nem más, mint egy atom bomlása töltött részecskévé és egy másik elem atomjává. , kémiai tulajdonságaiban különbözik az eredetitől. Ennek eredményeként felmerült a radioaktív sorozatok vagy radioaktív családok ötlete , amelynek elején van az első szülőelem, amely radioaktív, és a végén - az utolsó stabil elem. Az átalakulások láncolatainak elemzése kimutatta, hogy lefutásuk során a periódusos rendszer egy cellájában ugyanazok a radioaktív elemek jelenhetnek meg, amelyek csak atomtömegben különböznek egymástól. Valójában ez az izotóp fogalmának bevezetését jelentette.

A kémiai elemek stabil izotópjainak létezésére vonatkozó független megerősítést kaptak J. J. Thomson és Aston 1912–1920-ban végzett kísérletei pozitív töltésű részecskék nyalábjaival (vagy úgynevezett csatornanyalábokkal). ) a kisülőcsőből kiáramló.

1919-ben az Aston egy tömegspektrográfnak (vagy tömegspektrométernek) nevezett műszert tervezett. . Ionforrásként továbbra is kisülőcsövet használtak, de az Aston talált egy olyan módszert, amellyel a részecskenyaláb szekvenciális eltérítése az elektromos ill. mágneses mezők azonos töltés/tömeg arányú részecskék (sebességüktől függetlenül) fókuszálásához vezetett a képernyő ugyanazon pontján. Az Aston mellett egy kicsit más kialakítású tömegspektrométert is megalkotott ugyanezekben az években az amerikai Dempster. A tömegspektrométerek utólagos használatának és fejlesztésének eredményeként, számos kutató erőfeszítésével, 1935-re elkészült az összes addig ismert kémiai elem izotópösszetételének szinte teljes táblázata.

Izotóp-elválasztási módszerek. Az izotópok tulajdonságainak tanulmányozásához és különösen tudományos és alkalmazott célú felhasználásához többé-kevésbé észrevehető mennyiségben kell beszerezni őket. A hagyományos tömegspektrométerekben gyakorlatilag teljes elválasztás izotópokat, de számuk elenyésző. Ezért a tudósok és mérnökök erőfeszítései arra irányultak, hogy másokat keressenek lehetséges módszerek izotóp szétválasztás. Mindenekelőtt elsajátították az elválasztás fizikai-kémiai módszereit, amelyek ugyanazon elem izotópjainak olyan tulajdonságaiban mutatkozó különbségeken alapulnak, mint a párolgási sebesség, az egyensúlyi állandók, a kémiai reakciók sebessége stb. Ezek közül a leghatékonyabbak a rektifikáció és az izotópcsere módszerei voltak, amelyek megállapították széles körű alkalmazás könnyű elemek izotópjainak ipari előállításában: hidrogén, lítium, bór, szén, oxigén és nitrogén.

A módszerek másik csoportját az úgynevezett molekuláris kinetikai módszerek alkotják: gázdiffúzió, termikus diffúzió, tömegdiffúzió (diffúzió gőzáramban), centrifugálás. Az izotópkomponensek nagymértékben diszpergált porózus közegekben történő diffúziójának különböző sebességén alapuló gázdiffúziós módszereket a második világháborúban alkalmaztak a szervezéshez. ipari termelés az uránizotópok szétválasztása az USA-ban az úgynevezett Manhattan Project részeként atombomba. Megszerzéséért szükséges mennyiségeket az atombomba fő „éghető” komponensével, a 235 U könnyű izotóppal 90%-ra dúsított uránt mintegy négyezer hektáros területen építettek üzemeket. Több mint 2 milliárd dollárt különítettek el egy dúsított uránt előállító üzemekkel rendelkező atomközpont létrehozására A háború után szintén a diffúziós elválasztási módszeren alapuló, katonai célú dúsított uránt gyártó üzemeket fejlesztettek ki, ill. a Szovjetunióban épült. BAN BEN utóbbi évek ez a módszer átadta helyét a hatékonyabb és olcsóbb centrifugálási módszernek. Ennél a módszernél az izotópkeverék elválasztásának hatását a centrifugális erők eltérő hatásai révén érik el a centrifuga rotorját kitöltő izotópkeverék összetevőire gyakorolt ​​eltérő hatások miatt. Ez egy vékony falú henger, amely felül és alul korlátozott, és egy körben forog. nagyon nagy sebesség. Magassebesség vákuumkamrában. Jelenleg több százezer kaszkádba kapcsolt centrifugát használnak, amelyek mindegyike több mint ezer fordulatot tesz másodpercenként, mind Oroszországban, mind más országokban a modern elválasztó üzemekben. fejlett országok béke. A centrifugákat nem csak dúsított urán előállítására használják, ami szükséges az atomreaktorok működésének biztosításához atomerőművek, hanem megközelítőleg harminc kémiai elem izotópjainak előállítására is a periódusos rendszer középső részében. Különféle izotópok elkülönítésére is használják az erős ionforrású elektromágneses elválasztó egységeket, az utóbbi években a lézeres elválasztási módszerek is elterjedtek.

Izotópok alkalmazása. A kémiai elemek különféle izotópjait széles körben használják a tudományos kutatásban, az ipar és a mezőgazdaság különböző területein, az atomenergiában, a modern biológiában és az orvostudományban, a kutatásban. környezetés más területeken. A tudományos kutatáshoz (pl. kémiai elemzés) jellemzően kis mennyiségű ritka izotóp szükséges különféle elemek, grammban, sőt milligrammban számolva évente. Ugyanakkor számos, az atomenergiában, az orvostudományban és más iparágakban széles körben használt izotópok előállítására több kilogrammra, sőt tonnára is szükség van. Így nehézvíz felhasználása kapcsán D 2 O be atomreaktorok globális termelése a múlt század 1990-es éveinek elejére körülbelül évi 5000 tonna volt. A deutérium hidrogén-izotóp, amely a nehézvíz része, koncentrációja természetes keverék A hidrogén csak 0,015%, a tríciummal együtt a tudósok szerint a jövőben az energiahordozó fő összetevőjévé válik termonukleáris reaktorok, magfúziós reakciók alapján működik. Ebben az esetben óriási szükség lesz a hidrogénizotópok előállítására.

A tudományos kutatásban a stabil és radioaktív izotópokat széles körben használják izotóp indikátorként (tagként) a természetben előforduló folyamatok legkülönbözőbb vizsgálatai során.

BAN BEN mezőgazdaság Az izotópokat ("jelölt" atomokat) például a fotoszintézis folyamatainak, a műtrágyák emészthetőségének vizsgálatára, valamint a növények nitrogén-, foszfor-, kálium-, nyomelem- és egyéb anyagok felhasználásának hatékonyságának meghatározására használják.

Az izotóptechnológiákat széles körben alkalmazzák az orvostudományban. Így az USA-ban a statisztikák szerint naponta több mint 36 ezer orvosi eljárást és körülbelül 100 millió laboratóriumi vizsgálatot végeznek izotópok segítségével. A leggyakoribb eljárások a számítógépes tomográfia. A 99%-ra dúsított C13 szénizotópot (természetes tartalom kb. 1%) aktívan használják az úgynevezett „diagnosztikai légzésszabályozásban”. A teszt lényege nagyon egyszerű. A dúsított izotóp bekerül a beteg táplálékába, és miután részt vesz a test különböző szerveiben zajló anyagcsere-folyamatokban, a beteg kilégzése során felszabadul. szén-dioxid CO 2, amelyet összegyűjtünk és spektrométerrel analizálunk. A C 13 izotóppal jelölt, különböző mennyiségű szén-dioxid kibocsátásával összefüggő folyamatok sebességének különbségei lehetővé teszik a páciens különböző szerveinek állapotának megítélését. Az Egyesült Államokban évente 5 millióra becsülik azoknak a betegeknek a számát, akiknek alávetik ezt a tesztet. Most a nagymértékben dúsított C 13 in izotóp előállításához ipari mérleg lézeres elválasztási módszereket alkalmaznak.

Kapcsolódó információ.