Undang-undang pereputan radioaktif. Peraturan mengimbangi. Undang-undang asas pereputan radioaktif radionuklid

1. Keradioaktifan. Undang-undang asas pereputan radioaktif. Aktiviti.

2. Jenis utama pereputan radioaktif.

3. Ciri kuantitatif interaksi sinaran mengion dengan jirim.

4. Keradioaktifan semula jadi dan buatan. Siri radioaktif.

5. Penggunaan radionuklid dalam perubatan.

6. Pemecut zarah bercas dan kegunaannya dalam perubatan.

7. Asas biofizikal tindakan sinaran mengion.

8. Konsep dan formula asas.

9. Tugasan.

Minat doktor dalam radioaktiviti semula jadi dan buatan adalah disebabkan oleh perkara berikut.

Pertama, semua makhluk hidup sentiasa terdedah kepada sinaran latar belakang semula jadi, yang terdiri daripada sinaran kosmik, sinaran daripada unsur radioaktif yang terletak di lapisan permukaan kerak bumi, dan sinaran unsur-unsur yang memasuki badan haiwan bersama udara dan makanan.

Kedua, sinaran radioaktif digunakan dalam perubatan itu sendiri untuk tujuan diagnostik dan terapeutik.

33.1. Keradioaktifan. Undang-undang asas pereputan radioaktif. Aktiviti

Fenomena radioaktiviti ditemui pada tahun 1896 oleh A. Becquerel, yang memerhatikan pelepasan spontan sinaran yang tidak diketahui daripada garam uranium. Tidak lama kemudian E. Rutherford dan Curies menetapkan bahawa semasa pereputan radioaktif He nukleus (α-zarah), elektron (β-zarah) dan keras radiasi elektromagnetik(sinar-γ).

Pada tahun 1934, pereputan dengan pelepasan positron (β + -reput) ditemui, dan pada tahun 1940 ia ditemui jenis baru radioaktiviti - pembelahan spontan nukleus: nukleus pembelahan berpecah kepada dua serpihan jisim yang setanding dengan pelepasan serentak neutron dan γ -kuanta. Radioaktiviti proton nukleus diperhatikan pada tahun 1982.

Radioaktiviti - kemampuan sesetengah orang nukleus atom secara spontan (spontan) berubah menjadi nukleus lain dengan pancaran zarah.

Nukleus atom terdiri daripada proton dan neutron, yang mempunyai nama umum - nukleon. Bilangan proton dalam nukleus menentukan sifat kimia atom dan dilambangkan dengan Z (ini ialah nombor siri unsur kimia). Bilangan nukleon dalam nukleus dipanggil nombor jisim dan menandakan A. Nukleus dengan nombor atom yang sama dan nombor jisim yang berbeza dipanggil isotop. Semua isotop satu unsur kimia mempunyai sama Sifat kimia. Sifat fizikal isotop boleh berbeza-beza. Untuk menetapkan isotop, gunakan simbol unsur kimia dengan dua indeks: A Z X. Indeks bawah ialah nombor siri, indeks atas ialah nombor jisim. Selalunya subskrip ditinggalkan kerana ia ditunjukkan oleh simbol elemen itu sendiri. Sebagai contoh, mereka menulis 14 C dan bukannya 14 6 C.

Keupayaan nukleus untuk mereput bergantung kepada komposisinya. Unsur yang sama boleh mempunyai kedua-dua isotop stabil dan radioaktif. Sebagai contoh, isotop karbon 12 C adalah stabil, tetapi isotop 14 C adalah radioaktif.

Pereputan radioaktif adalah fenomena statistik. Keupayaan isotop untuk mereput mencirikan pemalar pereputanλ.

Malar pereputan- kebarangkalian bahawa nukleus isotop tertentu akan mereput setiap unit masa.

Kebarangkalian pereputan nuklear dalam masa yang singkat dt ditemui oleh formula

Dengan mengambil kira formula (33.1), kita memperoleh ungkapan yang menentukan bilangan nukleus yang reput:

Formula (33.3) dipanggil utama undang-undang pereputan radioaktif.

Bilangan nukleus radioaktif berkurangan dengan masa mengikut undang-undang eksponen.

Dalam amalan, sebaliknya pemalar pereputanλ kuantiti lain sering digunakan, dipanggil separuh hayat.

Separuh hayat(T) - masa semasa ia mereput separuh nukleus radioaktif.

Hukum pereputan radioaktif menggunakan separuh hayat ditulis seperti berikut:

Graf pergantungan (33.4) ditunjukkan dalam Rajah. 33.1.

Separuh hayat boleh menjadi sangat panjang atau sangat pendek (dari pecahan sesaat hingga berbilion tahun). Dalam jadual Rajah 33.1 menunjukkan separuh hayat bagi sesetengah unsur.

nasi. 33.1. Pengurangan bilangan nukleus bahan asal semasa pereputan radioaktif

Jadual 33.1. Separuh hayat untuk beberapa unsur

Untuk kadar tahap keradioaktifan isotop menggunakan kuantiti khas yang dipanggil aktiviti.

Aktiviti - bilangan nukleus ubat radioaktif yang mereput setiap unit masa:

Unit aktiviti SI ialah becquerel(Bq), 1 Bq sepadan dengan satu peristiwa pereputan sesaat. Dalam amalan, lebih banyak lagi

unit aktiviti bukan sistemik kanak-kanak - curie(Ci), sama dengan aktiviti 1 g 226 Ra: 1 Ci = 3.7x10 10 Bq.

Dari masa ke masa, aktiviti berkurangan dengan cara yang sama seperti bilangan nukleus yang tidak reput berkurangan:

33.2. Jenis utama pereputan radioaktif

Dalam proses mengkaji fenomena radioaktiviti, 3 jenis sinar yang dipancarkan oleh nukleus radioaktif telah ditemui, yang dipanggil sinar α-, β- dan γ. Kemudian didapati bahawa α- dan β-zarah adalah hasil daripada dua pelbagai jenis pereputan radioaktif, dan sinar-γ adalah hasil sampingan daripada proses ini. Di samping itu, sinar-γ mengiringi transformasi nuklear yang lebih kompleks, yang tidak dipertimbangkan di sini.

Pereputan alfa terdiri daripada transformasi spontan nukleus dengan pelepasanα -zarah (nukleus helium).

Skim pereputan α ditulis sebagai

di mana X, Y ialah simbol nukleus ibu dan anak perempuan, masing-masing. Apabila menulis pereputan α, anda boleh menulis "Dia" dan bukannya "α".

Semasa pereputan ini, nombor atom Z unsur berkurangan sebanyak 2, dan nombor jisim A - sebanyak 4.

Semasa pereputan α, nukleus anak perempuan, sebagai peraturan, terbentuk dalam keadaan teruja dan, apabila peralihan ke keadaan dasar, memancarkan γ-kuantum. Sifat umum mikroobjek kompleks ialah ia mempunyai diskret satu set keadaan tenaga. Ini juga terpakai kepada kernel. Oleh itu, sinaran γ daripada nukleus teruja mempunyai spektrum diskret. Akibatnya, spektrum tenaga zarah-α ialah diskret.

Tenaga zarah α yang dipancarkan untuk hampir semua isotop α-aktif terletak dalam julat 4-9 MeV.

Pereputan beta terdiri daripada transformasi spontan nukleus dengan pelepasan elektron (atau positron).

Telah ditetapkan bahawa pereputan β sentiasa disertai dengan pelepasan zarah neutral - neutrino (atau antineutrino). Zarah ini boleh dikatakan tidak berinteraksi dengan jirim dan tidak akan dipertimbangkan lagi. Tenaga yang dibebaskan semasa pereputan beta diagihkan secara rawak antara zarah beta dan neutrino. Oleh itu, spektrum tenaga sinaran β adalah berterusan (Rajah 33.2).

nasi. 33.2. Spektrum tenaga pereputan β

Terdapat dua jenis pereputan β.

1. Elektronikβ - -reput terdiri daripada perubahan satu neutron nuklear kepada proton dan elektron. Dalam kes ini, zarah lain ν" muncul - antineutrino:

Elektron dan antineutrino terbang keluar dari nukleus. Skema pereputan β elektron ditulis dalam bentuk

Semasa pereputan β elektronik, nombor tertib unsur Z meningkat sebanyak 1, tetapi nombor jisim A tidak berubah.

Tenaga zarah-β terletak dalam julat 0.002-2.3 MeV.

2. Positronik Pereputan β + -melibatkan perubahan satu proton nuklear kepada neutron dan positron. Dalam kes ini, zarah lain ν muncul - neutrino:

Penangkapan elektron itu sendiri tidak menghasilkan zarah pengion, tetapi ia berlaku disertai dengan sinaran X-ray. Sinaran ini berlaku apabila ruang yang dikosongkan oleh penyerapan elektron dalaman diisi oleh elektron dari orbit luar.

Sinaran gamma mempunyai sifat elektromagnet dan mewakili foton dengan panjang gelombangλ ≤ 10 -10 m.

Sinaran gamma tidak spesies bebas pereputan radioaktif. Sinaran jenis ini hampir selalu mengiringi bukan sahaja pereputan α dan pereputan β, tetapi juga tindak balas nuklear yang lebih kompleks. Ia tidak terpesong oleh medan elektrik dan magnet, mempunyai pengionan yang agak lemah dan keupayaan penembusan yang sangat tinggi.

33.3. Ciri kuantitatif interaksi sinaran mengion dengan jirim

Kesan sinaran radioaktif ke atas organisma hidup dikaitkan dengan pengionan, yang ia menyebabkan dalam tisu. Keupayaan zarah untuk mengion bergantung kepada kedua-dua jenis dan tenaganya. Apabila zarah bergerak lebih dalam ke dalam jirim, ia kehilangan tenaganya. Proses ini dipanggil perencatan pengionan.

Untuk mencirikan secara kuantitatif interaksi zarah bercas dengan jirim, beberapa kuantiti digunakan:

Sebaik sahaja tenaga zarah jatuh di bawah tenaga pengionan, kesan pengionannya terhenti.

Perbatuan linear purata(R) zarah pengion bercas - laluan yang dilalui olehnya dalam bahan sebelum kehilangan keupayaan mengionnya.

Mari lihat beberapa ciri-ciri interaksi pelbagai jenis sinaran dengan jirim.

Sinaran alfa

Zarah alfa secara praktikalnya tidak menyimpang dari arah awal pergerakannya, kerana jisimnya berkali-kali lebih besar

nasi. 33.3. Kebergantungan ketumpatan pengionan linear pada laluan yang dilalui oleh zarah-α dalam medium

jisim elektron yang berinteraksi dengannya. Apabila ia menembusi jauh ke dalam bahan, ketumpatan pengionan mula-mula meningkat, dan apabila selesai larian (x = R) menurun secara mendadak kepada sifar (Rajah 33.3). Ini dijelaskan oleh fakta bahawa apabila kelajuan pergerakan berkurangan, masa yang dihabiskan berhampiran molekul (atom) medium meningkat. Kebarangkalian pengionan meningkat dalam kes ini. Selepas tenaga zarah α menjadi setanding dengan tenaga gerakan terma molekul, ia menangkap dua elektron dalam bahan dan bertukar menjadi atom helium.

Elektron yang terbentuk semasa proses pengionan, sebagai peraturan, bergerak menjauhi landasan zarah α dan menyebabkan pengionan sekunder.

Ciri-ciri interaksi zarah-α dengan air dan tisu lembut dibentangkan dalam jadual. 33.2.

Jadual 33.2. Kebergantungan ciri-ciri interaksi dengan jirim pada tenaga zarah-α

Sinaran beta

Untuk pergerakan β -zarah dalam jirim dicirikan oleh trajektori yang tidak dapat diramalkan melengkung. Ini disebabkan oleh kesamaan jisim zarah yang berinteraksi.

Ciri-ciri Interaksi β -zarah dengan air dan tisu lembut dibentangkan dalam jadual. 33.3.

Jadual 33.3. Kebergantungan ciri-ciri interaksi dengan jirim pada tenaga zarah-β

Seperti zarah α, keupayaan pengionan zarah β meningkat dengan tenaga yang berkurangan.

Sinaran gamma

Penyerapan γ -radiasi oleh jirim mematuhi undang-undang eksponen yang serupa dengan undang-undang penyerapan sinaran sinar-X:

Proses utama yang bertanggungjawab untuk penyerapan γ -radiasi ialah kesan fotoelektrik dan serakan Compton. Ini menghasilkan bilangan elektron bebas yang agak kecil (pengionan primer), yang mempunyai tenaga yang sangat tinggi. Mereka menyebabkan proses pengionan sekunder, yang jauh lebih tinggi daripada yang primer.

33.4. Semulajadi dan tiruan

radioaktiviti. Siri radioaktif

Syarat semula jadi Dan tiruan radioaktiviti adalah bersyarat.

Semulajadi dipanggil radioaktiviti isotop yang wujud dalam alam semula jadi, atau radioaktiviti isotop yang terbentuk hasil daripada proses semula jadi.

Sebagai contoh, keradioaktifan uranium adalah semula jadi. Keradioaktifan karbon 14 C, yang terbentuk dalam lapisan atas atmosfera di bawah pengaruh sinaran suria.

tiruan dipanggil radioaktiviti isotop yang timbul akibat aktiviti manusia.

Ini adalah radioaktiviti semua isotop yang dihasilkan dalam pemecut zarah. Ini juga termasuk keradioaktifan tanah, air dan udara yang berlaku semasa letupan atom.

Radioaktiviti semula jadi

Dalam tempoh awal mengkaji radioaktiviti, penyelidik hanya boleh menggunakan radionuklid semula jadi (isotop radioaktif) yang terkandung dalam batuan bumi dalam kuantiti yang cukup besar: 232 Th, 235 U, 238 U. Tiga siri radioaktif bermula dengan radionuklid ini, berakhir dengan isotop stabil Pb. Selepas itu, satu siri ditemui bermula dengan 237 Np, dengan nukleus stabil terakhir 209 Bi. Dalam Rajah. Rajah 33.4 menunjukkan baris bermula dengan 238 U.

nasi. 33.4. Siri uranium-radium

Elemen siri ini adalah sumber utama sinaran dalaman manusia. Sebagai contoh, 210 Pb dan 210 Po memasuki badan dengan makanan - ia tertumpu pada ikan dan kerang. Kedua-dua isotop ini terkumpul dalam lichen dan oleh itu terdapat dalam daging rusa. Yang paling ketara daripada semua sumber sinaran semula jadi ialah 222 Rn - gas lengai berat yang terhasil daripada pereputan 226 Ra. Ia menyumbang kira-kira separuh daripada dos sinaran semula jadi yang diterima oleh manusia. Membentuk dalam kerak bumi, gas ini bocor ke atmosfera dan masuk ke dalam air (ia sangat larut).

Isotop radioaktif kalium 40 K sentiasa terdapat dalam kerak bumi, yang merupakan sebahagian daripada kalium semula jadi (0.0119%). Unsur ini berasal dari tanah melalui sistem akar tumbuhan dan dengan makanan tumbuhan (bijirin, sayur-sayuran dan buah-buahan segar, cendawan) - ke dalam badan.

Satu lagi sumber sinaran semula jadi ialah sinaran kosmik (15%). Keamatannya meningkat di kawasan pergunungan kerana penurunan kesan perlindungan atmosfera. Sumber sinaran latar belakang semula jadi disenaraikan dalam Jadual. 33.4.

Jadual 33.4. Komponen latar belakang radioaktif semula jadi

33.5. Penggunaan radionuklid dalam perubatan

Radionuklid dipanggil isotop radioaktif unsur kimia dengan separuh hayat yang pendek. Isotop sedemikian tidak wujud dalam alam semula jadi, jadi ia diperoleh secara buatan. Dalam perubatan moden, radionuklid digunakan secara meluas untuk tujuan diagnostik dan terapeutik.

Aplikasi Diagnostik berdasarkan pengumpulan terpilih unsur kimia tertentu oleh organ individu. Iodin, sebagai contoh, tertumpu pada kelenjar tiroid, dan kalsium dalam tulang.

Pengenalan radioisotop unsur-unsur ini ke dalam badan memungkinkan untuk mengesan kawasan kepekatannya dengan sinaran radioaktif dan dengan itu mendapatkan maklumat diagnostik yang penting. Kaedah diagnostik ini dipanggil dengan kaedah atom berlabel.

Penggunaan Terapeutik radionuklid adalah berdasarkan kesan pemusnahan sinaran mengion pada sel tumor.

1. Terapi gamma- penggunaan sinaran γ bertenaga tinggi (sumber 60 Co) untuk memusnahkan tumor dalam. Untuk mengelakkan tisu dan organ dangkal daripada tertakluk kepada kesan berbahaya, pendedahan kepada sinaran mengion dijalankan dalam sesi yang berbeza dalam arah yang berbeza.

2. Terapi alfa- kegunaan perubatan zarah α. Zarah-zarah ini mempunyai ketumpatan pengionan linear yang ketara dan diserap oleh walaupun lapisan kecil udara. Oleh itu terapeutik

Penggunaan sinar alfa adalah mungkin melalui sentuhan langsung dengan permukaan organ atau apabila ditadbir secara dalaman (menggunakan jarum). Untuk pendedahan permukaan, terapi radon (222 Rn) digunakan: pendedahan kepada kulit (mandi), organ pencernaan (minum), dan organ pernafasan (penyedutan).

Dalam beberapa kes, penggunaan ubat α -zarah dikaitkan dengan penggunaan fluks neutron. Dengan kaedah ini, unsur-unsur mula-mula dimasukkan ke dalam tisu (tumor), nukleusnya, di bawah pengaruh neutron, memancarkan α -zarah. Selepas ini, organ yang berpenyakit disinari dengan aliran neutron. Dengan cara ini α -zarah terbentuk terus di dalam organ yang sepatutnya mempunyai kesan yang merosakkan.

Jadual 33.5 menunjukkan ciri-ciri beberapa radionuklid yang digunakan dalam perubatan.

Jadual 33.5. Ciri-ciri isotop

33.6. Pemecut zarah bercas dan penggunaannya dalam perubatan

Pemecut- pemasangan di mana, di bawah pengaruh medan elektrik dan magnet, rasuk terarah zarah bercas dengan tenaga tinggi (daripada ratusan keV hingga ratusan GeV) dihasilkan.

Pemecut mencipta sempit rasuk zarah dengan tenaga tertentu dan keratan rentas kecil. Ini membolehkan anda menyediakan diarahkan kesan pada objek yang disinari.

Penggunaan pemecut dalam perubatan

Elektron dan pemecut proton digunakan dalam perubatan untuk terapi sinaran dan diagnostik. Dalam kes ini, kedua-dua zarah dipercepatkan itu sendiri dan sinaran X-ray yang disertakan digunakan.

X-ray Bremsstrahlung diperoleh dengan mengarahkan pancaran zarah ke sasaran khas, yang merupakan sumber sinar-X. Sinaran ini berbeza daripada tiub sinar-X dengan tenaga kuantum yang jauh lebih tinggi.

Sinar-X Syncrotron berlaku semasa pecutan elektron dalam pemecut gelang - synchrotrons. Radiasi sedemikian mempunyai darjat tinggi arah.

Kesan langsung zarah pantas dikaitkan dengan keupayaan menembusi yang tinggi. Zarah tersebut melalui tisu dangkal tanpa menyebabkan kerosakan yang serius dan mempunyai kesan pengionan pada penghujung perjalanan mereka. Dengan memilih tenaga zarah yang sesuai, adalah mungkin untuk memusnahkan tumor pada kedalaman tertentu.

Kawasan penggunaan pemecut dalam perubatan ditunjukkan dalam Jadual. 33.6.

Jadual 33.6. Penggunaan pemecut dalam terapi dan diagnostik

33.7. Asas biofizik tindakan sinaran mengion

Seperti yang dinyatakan di atas, kesan sinaran radioaktif ke atas sistem biologi dikaitkan dengan pengionan molekul. Proses interaksi sinaran dengan sel boleh dibahagikan kepada tiga peringkat berturut-turut (peringkat).

1. Peringkat fizikal terdiri daripada pemindahan tenaga sinaran kepada molekul sistem biologi, mengakibatkan pengionan dan pengujaan mereka. Tempoh peringkat ini ialah 10 -16 -10 -13 s.

2. Fiziko-kimia peringkat terdiri daripada pelbagai jenis tindak balas yang membawa kepada pengagihan semula tenaga berlebihan molekul dan ion teruja. Akibatnya, sangat aktif

produk: radikal dan ion baru dengan pelbagai sifat kimia.

Tempoh peringkat ini ialah 10 -13 -10 -10 s.

3. Peringkat kimia - ini adalah interaksi radikal dan ion antara satu sama lain dan dengan molekul sekeliling. Pada peringkat ini, kerosakan struktur pelbagai jenis terbentuk, yang membawa kepada perubahan dalam sifat biologi: struktur dan fungsi membran terganggu; lesi berlaku dalam molekul DNA dan RNA.

Tempoh peringkat kimia ialah 10 -6 -10 -3 s.

4. Peringkat biologi. Pada peringkat ini, kerosakan pada molekul dan struktur subselular membawa kepada pelbagai gangguan fungsi, kepada kematian sel pramatang akibat tindakan mekanisme apoptosis atau akibat nekrosis. Kerosakan yang diterima pada peringkat biologi boleh diwarisi.

Tempoh peringkat biologi adalah dari beberapa minit hingga puluhan tahun.

Mari kita perhatikan corak umum peringkat biologi:

Gangguan besar dengan tenaga yang diserap rendah (dos radiasi yang mematikan untuk manusia menyebabkan badan memanaskan hanya 0.001°C);

Kesan pada generasi seterusnya melalui alat keturunan sel;

Dicirikan oleh tempoh yang tersembunyi dan terpendam;

Bahagian sel yang berbeza mempunyai sensitiviti yang berbeza terhadap sinaran;

Pertama sekali, pembahagian sel terjejas, yang amat berbahaya untuk badan kanak-kanak;

Kesan memudaratkan pada tisu organisma dewasa di mana terdapat pembahagian;

Persamaan perubahan sinaran dengan patologi penuaan awal.

33.8. Konsep dan formula asas

Sambungan jadual

33.9. Tugasan

1. Apakah aktiviti dadah jika 10,000 nukleus bahan ini mereput dalam masa 10 minit?

4. Umur sampel kayu purba boleh ditentukan lebih kurang oleh aktiviti jisim khusus isotop 14 6 C di dalamnya. Berapa tahun yang lalu pokok itu ditebang yang digunakan untuk membuat objek, jika aktiviti jisim tertentu karbon di dalamnya adalah 75% daripada aktiviti jisim tertentu pokok yang sedang tumbuh itu? Separuh hayat radon ialah T = 5570 tahun.

9. Selepas Kemalangan Chernobyl di sesetengah tempat, pencemaran tanah dengan radioaktif cesium-137 berada pada tahap 45 Ci/km 2 .

Selepas berapa tahun aktiviti di tempat-tempat ini akan berkurangan kepada tahap yang agak selamat iaitu 5 Ci/km 2? Separuh hayat cesium-137 ialah T = 30 tahun.

10. Aktiviti yang dibenarkan iodin-131 dalam kelenjar tiroid manusia hendaklah tidak lebih daripada 5 nCi. Dalam sesetengah orang yang berada di zon bencana Chernobyl, aktiviti iodin-131 mencapai 800 nCi. Selepas berapa hari aktiviti menurun kepada normal? Separuh hayat iodin-131 ialah 8 hari.

11. Untuk menentukan isipadu darah haiwan, kaedah berikut digunakan. Sebilangan kecil darah diambil dari haiwan, sel darah merah dipisahkan dari plasma dan diletakkan dalam larutan dengan fosforus radioaktif, yang diasimilasikan oleh sel darah merah. Sel darah merah yang dilabelkan dimasukkan semula ke dalam sistem peredaran darah haiwan, dan selepas beberapa ketika aktiviti sampel darah ditentukan.

ΔV = 1 ml larutan sedemikian disuntik ke dalam darah haiwan. Aktiviti awal isipadu ini adalah sama dengan A 0 = 7000 Bq. Aktiviti 1 ml darah yang diambil dari vena haiwan sehari kemudian adalah sama dengan 38 denyutan seminit. Tentukan isipadu darah haiwan itu jika separuh hayat fosforus radioaktif ialah T = 14.3 hari.

Konsep radioaktiviti

Hukum Pereputan Radioaktif

Kuantifikasi radioaktiviti dan unitnya

Sinaran mengion, ciri-ciri mereka.

Sumber AI

1. Konsep radioaktiviti

Radioaktiviti ialah proses spontan transformasi (pereputan) nukleus atom, disertai dengan pancaran jenis sinaran khas yang dipanggil radioaktif.

Dalam kes ini, perubahan atom beberapa unsur kepada atom lain berlaku.

Transformasi radioaktif adalah ciri-ciri bahan individu sahaja.

Sesuatu bahan dianggap radioaktif jika ia mengandungi radionuklid dan mengalami pereputan radioaktif.

Radionuklid (isotop) - nukleus atom yang mampu mereput secara spontan dipanggil radionuklid.

Untuk mencirikan nuklida, gunakan simbol unsur kimia, nyatakan nombor atom (bilangan proton) dan nombor jisim nukleus (bilangan nukleon, i.e. jumlah nombor proton dan neutron).

Contohnya, 239 94 Pu bermaksud nukleus atom plutonium mengandungi 94 proton dan 145 neutron, dengan jumlah 239 nukleon.

Jenis pereputan radioaktif berikut wujud:

Pereputan beta;

Pereputan alfa;

Pembelahan spontan nukleus atom (pereputan neutron);

Keradioaktifan proton (pelaburan proton);

Radioaktiviti dua proton dan kelompok.

Pereputan beta ialah proses perubahan proton kepada neutron atau neutron kepada proton dalam nukleus atom dengan pembebasan zarah beta (positron atau elektron)

Pereputan alfa - ciri unsur berat, nukleusnya, bermula dari nombor 82 jadual D.I. Mendeleev, tidak stabil, walaupun terdapat lebihan neutron dan reput secara spontan. Nukleus unsur-unsur ini kebanyakannya memancarkan nukleus atom helium.

Pembelahan spontan nukleus atom (pereputan neutron) - ini adalah pembelahan spontan beberapa nukleus unsur berat (uranium-238, californium 240,248, 249, 250, kurium 244, 248, dll.). Kebarangkalian pembelahan nuklear spontan adalah tidak ketara berbanding dengan pereputan alfa. Dalam kes ini, nukleus terbahagi kepada dua serpihan (nukleus) jisim yang sama.

1. Hukum Pereputan Radioaktif

Kestabilan nukleus berkurangan apabila jumlah nukleon bertambah. Ia juga bergantung kepada nisbah bilangan neutron dan proton.

Proses transformasi nuklear berturut-turut, sebagai peraturan, berakhir dengan pembentukan nukleus yang stabil.

Transformasi radioaktif mematuhi undang-undang pereputan radioaktif:

N = N 0 e λ t ,

di mana N, N 0 ialah bilangan atom yang tidak reput pada masa t dan t 0 ;

λ ialah pemalar pereputan radioaktif.

Nilai λ mempunyai nilai individu tersendiri untuk setiap jenis radionuklid. Ia mencirikan kadar pereputan, i.e. menunjukkan berapa banyak pereputan nukleus setiap unit masa.

Mengikut persamaan undang-undang pereputan radioaktif, lengkungnya adalah eksponen.

1. Kuantifikasi radioaktiviti dan unitnya

Masa di mana separuh daripada nukleus mereput akibat transformasi nuklear spontan dipanggil separuh hayat T 1/2 . Separuh hayat T 1/2 berkaitan dengan pemalar pereputan λ oleh pergantungan:

T 1/2 = ln2/λ = 0.693/λ.

Separuh hayat T 1/2 radionuklid berbeza adalah berbeza dan berbeza secara meluas - daripada pecahan sesaat hingga ratusan dan bahkan ribuan tahun.

Separuh hayat beberapa radionuklid:

Iodin-131 - 8.04 hari

Cesium-134 - 2.06 tahun

Strontium-90 - 29.12 tahun

Cesium-137 - 30 tahun

Plutonium-239 - 24065 tahun

Uranium-235 - 7.038. 10 8 tahun

Kalium-40 - 1.4 10 9 tahun.

Timbal balik pemalar reputan ialah dipanggiljangka hayat purata atom radioaktif t :

Kadar pereputan ditentukan oleh aktiviti bahan A:

A = dN/dt = A 0 e λ t = λ N,

di mana A dan A 0 ialah aktiviti bahan pada masa t dan t 0 .

Aktiviti– ukuran radioaktiviti. Ia dicirikan oleh bilangan pereputan nukleus radioaktif setiap unit masa.

Aktiviti radionuklid adalah berkadar terus dengan jumlah nukleus atom radioaktif pada masa t dan berkadar songsang dengan separuh hayat:

A = 0.693 N/T 1/2.

Unit aktiviti SI ialah becquerel (Bq). Satu becquerel bersamaan dengan satu pereputan sesaat. Unit aktiviti ekstrasistemik ialah kurie (Ku).

1 Ku = 3.7 10 10 Bq

1Bq = 2.7 10 -11 Ku.

Unit aktiviti curie sepadan dengan aktiviti 1 g radium. Dalam amalan pengukuran, konsep isipadu A v (Bq/m 3, Ku/m 3), permukaan A s (Bq/m 2, Ku/m 2), dan A m spesifik (Bq/m, Ku/m) aktiviti juga digunakan.

Fenomena radioaktiviti ditemui pada tahun 1896 oleh A. Becquerel, yang memerhatikan pelepasan spontan sinaran yang tidak diketahui daripada garam uranium. Tidak lama kemudian E. Rutherford dan Curies menetapkan bahawa semasa pereputan radioaktif He nukleus (α-zarah), elektron (β-zarah) dan sinaran elektromagnet keras (γ-sinar) dipancarkan.

Pada tahun 1934, pereputan dengan pelepasan positron (β + -reput) ditemui, dan pada tahun 1940, jenis radioaktiviti baru ditemui - pembelahan nukleus spontan: nukleus fisil terpecah menjadi dua serpihan jisim yang setanding dengan pelepasan serentak daripada neutron dan γ -kuanta. Keradioaktifan proton nukleus diperhatikan pada tahun 1982. Oleh itu, terdapat jenis pereputan radioaktif berikut: α-reputan; -reput; - pereputan; e - tangkap.

Radioaktiviti- keupayaan beberapa nukleus atom untuk secara spontan (spontan) berubah menjadi nukleus lain dengan pelepasan zarah.

Nukleus atom terdiri daripada proton dan neutron, yang mempunyai nama umum - nukleon. Bilangan proton dalam nukleus menentukan sifat kimia atom dan ditetapkan Z(nombor siri item). Bilangan nukleon dalam kernel dipanggil nombor jisim dan menandakan A. Nukleus dengan nombor siri yang sama dan nombor jisim yang berbeza dipanggil isotop. Semua isotop satu unsur kimia mempunyai sifat kimia yang sama, dan ciri-ciri fizikal boleh berbeza-beza agak banyak. Untuk menetapkan isotop, gunakan simbol unsur kimia dengan dua indeks: A Z X. Indeks bawah adalah nombor siri, indeks atas adalah nombor jisim. Selalunya subskrip ditinggalkan kerana ia ditunjukkan oleh simbol elemen itu sendiri.

Sebagai contoh, mereka menulis 14 C dan bukannya 14 6 C.

Keupayaan nukleus untuk mereput bergantung kepada komposisinya. Unsur yang sama boleh mempunyai kedua-dua isotop stabil dan radioaktif.

Sebagai contoh, isotop karbon 12 C adalah stabil, tetapi isotop 14 C adalah radioaktif.

Pereputan radioaktif adalah fenomena statistik. Keupayaan isotop untuk mereput dicirikan oleh pemalar pereputan λ.

Pemalar pereputan λ ialah kebarangkalian bahawa nukleus isotop tertentu akan mereput setiap unit masa.

Mari kita nyatakan nombor N nukleus pereputan radioaktif pada masa t, dN 1 - bilangan nukleus pereputan semasa dt. Oleh kerana bilangan nukleus dalam jirim adalah besar, undang-undang berpuas hati bilangan yang besar. Kebarangkalian pereputan nuklear dalam masa yang singkat dt didapati dengan formula dP = λdt Frekuensi adalah sama dengan kebarangkalian: d N 1 / N = dP = λdt. d N 1 / N = λdt- formula yang menentukan bilangan nukleus reput.

Penyelesaian kepada persamaan ialah: , - formula dipanggil hukum pereputan radioaktif: Bilangan nukleus radioaktif berkurangan dengan masa mengikut undang-undang eksponen.

Di sini N ialah bilangan nukleus tidak reput pada masa t; N o - bilangan awal nukleus tidak reput; λ ialah pemalar pereputan radioaktif.

Dalam amalan, ia bukan pemalar pereputan yang digunakan λ , dan kuantiti yang dipanggil separuh hayat T.

Separuh hayat (T) ialah masa di mana separuh daripada nukleus radioaktif mereput.

Hukum pereputan radioaktif melalui tempoh separuh hayat (T) mempunyai bentuk:

Hubungan antara separuh hayat dan pemalar pereputan diberikan oleh formula: T = ln(2/λ) = 0.69/λ

Separuh hayat boleh sama ada sangat panjang atau sangat pendek.

Untuk menilai tahap aktiviti isotop radioaktif, kuantiti yang dipanggil aktiviti digunakan.

Nombor aktiviti nukleus ubat radioaktif yang mereput seunit masa: A = dN pereputan /dt

Unit aktiviti SI ialah 1 becquerel (Bq) = 1 pereraian/s - aktiviti ubat di mana 1 pereraian berlaku dalam 1 s. Unit aktiviti yang lebih besar ialah 1 rutherford (Rd) = Bq. Unit aktiviti luar sistem sering digunakan - curie (Ci), sama dengan aktiviti 1 g radium: 1 Ci = 3.7 Bq.

Dari masa ke masa, aktiviti berkurangan mengikut undang-undang eksponen yang sama mengikut mana radionuklid itu sendiri mereput:

= .
Dalam amalan, formula digunakan untuk mengira aktiviti:

A = = λN = 0.693 N/T.

Jika kita menyatakan bilangan atom melalui jisim dan jisim, maka formula untuk mengira aktiviti akan mengambil bentuk: A = = 0.693 (μT)

di manakah nombor Avogadro; μ - jisim molar.

Istilah "radioaktiviti", yang mendapat namanya dari perkataan Latin "radio" - "radio" dan "activus" - "aktif", bermaksud transformasi spontan nukleus atom, disertai dengan pancaran sinaran gamma, zarah asas atau lebih ringan. nukleus. Semua jenis transformasi radioaktif yang diketahui sains adalah berdasarkan interaksi asas (kuat dan lemah) zarah-zarah yang membentuk atom. Jenis sinaran penembusan yang tidak diketahui sebelum ini yang dipancarkan oleh uranium telah ditemui pada tahun 1896 oleh saintis Perancis Antoine Henri Becquerel, dan konsep "radioaktiviti" telah diperkenalkan kepada penggunaan meluas pada awal abad ke-20 oleh Marie Curie, yang, dengan mengkaji halimunan. sinar yang dipancarkan oleh beberapa mineral, dapat mengasingkan unsur radioaktif tulen - radium.

Perbezaan antara transformasi radioaktif dan tindak balas kimia

Ciri utama transformasi radioaktif ialah ia berlaku secara spontan, manakala tindak balas kimia dalam apa jua keadaan memerlukan beberapa pengaruh luar. Di samping itu, transformasi radioaktif berlaku secara berterusan dan sentiasa disertai dengan pembebasan sejumlah tenaga, yang bergantung kepada kekuatan interaksi zarah atom antara satu sama lain. Kadar tindak balas di dalam atom tidak dipengaruhi oleh suhu, kehadiran medan elektrik dan magnet, penggunaan pemangkin kimia yang paling berkesan, tekanan, atau keadaan pengagregatan sesuatu bahan. Transformasi radioaktif tidak bergantung kepada mana-mana faktor luaran dan tidak boleh dipercepatkan atau diperlahankan.

Hukum Pereputan Radioaktif

Kadar pereputan radioaktif, serta pergantungannya pada bilangan atom dan masa, dinyatakan dalam Undang-undang Pereputan Radioaktif, yang ditemui oleh Ernest Rutherford dan Frederick Soddy pada tahun 1903. Untuk membuat kesimpulan tertentu, yang kemudiannya dicerminkan dalam undang-undang baru, saintis menjalankan eksperimen berikut: mereka memisahkan salah satu produk radioaktif dan mengkaji aktiviti bebasnya secara berasingan daripada radioaktiviti bahan dari mana ia diasingkan. Hasilnya, didapati bahawa aktiviti mana-mana produk radioaktif, tanpa mengira unsur kimia, berkurangan dari semasa ke semasa. janjang geometri. Berdasarkan ini, saintis membuat kesimpulan bahawa kadar transformasi radioaktif sentiasa berkadar dengan bilangan sistem yang belum mengalami transformasi.

Formula bagi Hukum Pereputan Radioaktif adalah seperti berikut:

mengikut mana bilangan pereputan −dN berlaku dalam tempoh masa dt (selang yang sangat singkat) adalah berkadar dengan bilangan atom N. Dalam formula Undang-undang Pereputan Radioaktif terdapat satu lagi kuantiti penting - pemalar pereputan ( atau timbal balik separuh hayat) λ, yang mencirikan kebarangkalian pereputan nuklear per unit masa.

Apakah unsur kimia radioaktif?

Ketidakstabilan atom unsur kimia agak pengecualian daripada corak; untuk sebahagian besar mereka stabil dan tidak berubah dari semasa ke semasa. Walau bagaimanapun, terdapat sekumpulan unsur kimia tertentu yang atomnya lebih terdedah kepada pereputan daripada yang lain dan, apabila reput, mengeluarkan tenaga dan juga membebaskan zarah baru. Unsur kimia yang paling biasa ialah radium, uranium dan plutonium, yang mempunyai keupayaan untuk berubah menjadi unsur lain dengan lebih atom ringkas(contohnya, uranium bertukar menjadi plumbum).

Undang-undang pereputan radioaktif nukleus

Keupayaan nukleus untuk mereput secara spontan, mengeluarkan zarah, dipanggil radioaktiviti. Pereputan radioaktif adalah proses statistik. Setiap nukleus radioaktif boleh mereput pada bila-bila masa dan corak diperhatikan hanya secara purata; dalam kes pereputan, ia cukup Kuantiti yang besar teras.
Malar pereputanλ ialah kebarangkalian pereputan nuklear per unit masa.
Jika terdapat N nukleus radioaktif dalam sampel pada masa t, maka bilangan nukleus dN yang mereput semasa dt adalah berkadar dengan N.

dN = -λNdt. (13.1)

Mengintegrasikan (1) kita memperoleh undang-undang pereputan radioaktif

N(t) = N 0 e -λt . (13.2)

N 0 ialah bilangan nukleus radioaktif pada masa t = 0.
Masa hidup purata τ –

. (13.3)

Separuh hayat T 1/2 - masa di mana bilangan awal nukleus radioaktif akan berkurangan separuh

T 1/2 = ln2/λ=0.693/λ = τln2. (13.4)

Aktiviti A - purata bilangan nukleus yang mereput setiap unit masa

A(t) = λN(t). (13.5)

Aktiviti diukur dalam kueri (Ci) dan becquerels (Bq)

1 Ki = 3.7*10 10 pereputan/s, 1 Bq = 1 pereputan/s.

Pereputan nukleus asal 1 menjadi nukleus 2, diikuti oleh pereputannya menjadi nukleus 3, diterangkan oleh sistem persamaan pembezaan

(13.6)

di mana N 1 (t) dan N 2 (t) ialah bilangan nukleus, dan λ 1 dan λ 2 ialah pemalar pereputan nukleus 1 dan 2, masing-masing. Penyelesaian kepada sistem (6) dengan keadaan awal N 1 (0) = N 10 ; N 2 (0) = 0 akan menjadi

, (13.7a)

. (13.7b)

Rajah 13. 1

Bilangan teras 2 mencapai nilai maksimum di .

Jika λ 2< λ 1 (), суммарная активностьN 1 (t)λ 1 + N 2 (t)λ 2 будет монотонно уменьшаться.
Jika λ 2 >λ 1 ()), jumlah aktiviti pada mulanya meningkat disebabkan oleh pengumpulan nukleus 2.
Jika λ 2 >> λ 1 , pada masa yang cukup lama sumbangan eksponen kedua dalam (7b) menjadi diabaikan berbanding dengan sumbangan pertama dan aktiviti kedua A 2 = λ 2 N 2 dan isotop pertama A 1 = λ 1 N 1 hampir sama . Pada masa hadapan, aktiviti kedua-dua isotop pertama dan kedua akan berubah mengikut masa dengan cara yang sama.

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

Iaitu, yang dipanggil keseimbangan lama, di mana bilangan nukleus isotop dalam rantaian pereputan berkaitan dengan pemalar pereputan (separuh hayat) melalui hubungan mudah.

. (13.9)

Oleh itu, dalam keadaan semula jadi, semua isotop yang berkaitan secara genetik dalam siri radioaktif biasanya ditemui dalam nisbah kuantitatif tertentu, bergantung pada separuh hayatnya.
Dalam kes umum, apabila terdapat rantaian pereputan 1→2→...n, proses itu diterangkan oleh sistem persamaan pembezaan

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

Penyelesaian kepada sistem (10) untuk aktiviti dengan keadaan awal N 1 (0) = N 10 ; N i (0) = 0 akan menjadi

(13.12)

Perdana bermaksud bahawa dalam hasil darab dalam penyebut, faktor dengan i = m diketepikan.

Isotop

ISOTOP– jenis unsur kimia yang sama yang serupa dengan unsur kimianya fizikal sifat kimia, tetapi mempunyai jisim atom yang berbeza. Nama "isotop" telah dicadangkan pada tahun 1912 oleh ahli radiokimia Inggeris Frederick Soddy, yang membentuknya daripada dua perkataan Yunani: isos – sama dan topos – tempat. Isotop menduduki tempat yang sama dalam sel jadual unsur berkala Mendeleev.

Atom bagi mana-mana unsur kimia terdiri daripada nukleus bercas positif dan awan elektron bercas negatif mengelilinginya ( cm.Juga NUKLEUS ATOM). Kedudukan unsur kimia dalam jadual berkala Mendeleev (nombor sirinya) ditentukan oleh cas nukleus atomnya. Oleh itu, isotop dipanggil varieti unsur kimia yang sama, atom-atomnya mempunyai cas nuklear yang sama (dan, oleh itu, hampir sama cengkerang elektronik), tetapi berbeza dalam nilai jisim teras. Menurut ungkapan kiasan F. Soddy, atom isotop adalah sama "di luar", tetapi berbeza "di dalam".

Neutron ditemui pada tahun 1932 – zarah yang tidak mempunyai cas, dengan jisim yang hampir dengan jisim nukleus atom hidrogen - proton , dan model proton-neutron nukleus telah dicipta. Hasilnya, sains mewujudkan takrif moden terakhir bagi konsep isotop: isotop ialah bahan yang nukleus atomnya terdiri daripada nombor yang sama proton dan berbeza hanya dalam bilangan neutron dalam nukleus . Setiap isotop biasanya dilambangkan dengan satu set simbol, di mana X ialah simbol unsur kimia, Z ialah cas nukleus atom (bilangan proton), A ialah nombor jisim isotop (jumlah bilangan nukleon - proton dan neutron dalam nukleus, A = Z + N). Oleh kerana cas nukleus nampaknya dikaitkan secara unik dengan simbol unsur kimia, hanya tatatanda A X sering digunakan untuk singkatan.

Daripada semua isotop yang kita ketahui, hanya isotop hidrogen mempunyai nama mereka sendiri. Oleh itu, isotop 2 H dan 3 H dipanggil deuterium dan tritium dan ditetapkan D dan T, masing-masing (isotop 1 H kadangkala dipanggil protium).

Berlaku di alam semula jadi sebagai isotop stabil , dan tidak stabil - radioaktif, nukleus atom yang tertakluk kepada perubahan spontan kepada nukleus lain dengan pelepasan pelbagai zarah (atau proses yang dipanggil pereputan radioaktif). Kira-kira 270 isotop stabil kini diketahui, dan isotop stabil hanya terdapat dalam unsur dengan nombor atom Z Ј 83. Bilangan isotop tidak stabil melebihi 2000, sebahagian besar daripadanya diperoleh secara buatan hasil daripada pelbagai tindak balas nuklear. Bilangan isotop radioaktif bagi banyak unsur adalah sangat besar dan boleh melebihi dua dozen. Bilangan isotop stabil adalah jauh lebih kecil. Sesetengah unsur kimia hanya terdiri daripada satu isotop stabil (berilium, fluorin, natrium, aluminium, fosforus, mangan, emas dan beberapa unsur lain). Bilangan terbesar isotop stabil - 10 - ditemui dalam timah, contohnya dalam besi terdapat 4, dan dalam merkuri - 7.

Penemuan isotop, latar belakang sejarah. Pada tahun 1808, ahli naturalis Inggeris John Dalton mula-mula memperkenalkan definisi unsur kimia sebagai bahan yang terdiri daripada atom jenis yang sama. Pada tahun 1869, ahli kimia D.I. Mendeleev menemui hukum berkala unsur kimia. Salah satu kesukaran dalam mengesahkan konsep unsur sebagai bahan yang menduduki tempat tertentu dalam sel jadual berkala ialah berat atom unsur bukan integer yang diperhatikan secara eksperimen. Pada tahun 1866, ahli fizik dan kimia Inggeris Sir William Crookes mengemukakan hipotesis bahawa setiap unsur kimia semula jadi adalah campuran tertentu bahan yang sama sifatnya, tetapi mempunyai jisim atom yang berbeza, tetapi pada masa itu andaian sedemikian belum lagi mempunyai. pengesahan eksperimen dan oleh itu tidak bertahan lama perasan.

Satu langkah penting Dalam perjalanan ke penemuan isotop, penemuan fenomena radioaktiviti dan hipotesis pereputan radioaktif yang dirumuskan oleh Ernst Rutherford dan Frederick Soddy: radioaktiviti tidak lebih daripada pereputan atom menjadi zarah bercas dan atom unsur lain. , berbeza dalam sifat kimianya daripada yang asal. Akibatnya, idea siri radioaktif atau keluarga radioaktif timbul , pada permulaannya terdapat unsur induk pertama, iaitu radioaktif, dan pada akhirnya - unsur stabil terakhir. Analisis rantaian transformasi menunjukkan bahawa semasa perjalanannya, unsur radioaktif yang sama, hanya berbeza dalam jisim atom, boleh muncul dalam satu sel jadual berkala. Malah, ini bermakna pengenalan konsep isotop.

Pengesahan bebas tentang kewujudan isotop stabil unsur kimia kemudiannya diperolehi dalam eksperimen J. J. Thomson dan Aston pada tahun 1912–1920 dengan rasuk zarah bercas positif (atau dipanggil rasuk saluran ) terpancar daripada tiub pelepasan.

Pada tahun 1919, Aston mereka bentuk alat yang dipanggil spektrograf jisim (atau spektrometer jisim). . Tiub nyahcas masih digunakan sebagai sumber ion, tetapi Aston menemui kaedah di mana pesongan berurutan bagi rasuk zarah dalam elektrik dan medan magnet membawa kepada pemfokusan zarah dengan nisbah cas-ke-jisim yang sama (tanpa mengira kelajuannya) pada titik yang sama pada skrin. Bersama Aston, spektrometer jisim dengan reka bentuk yang sedikit berbeza telah dicipta pada tahun yang sama oleh American Dempster. Hasil daripada penggunaan seterusnya dan penambahbaikan spektrometer jisim melalui usaha ramai penyelidik, pada tahun 1935 satu jadual hampir lengkap komposisi isotop semua unsur kimia yang diketahui pada masa itu telah disusun.

Kaedah untuk pemisahan isotop. Untuk mengkaji sifat isotop dan terutamanya untuk kegunaannya untuk tujuan saintifik dan gunaan, adalah perlu untuk mendapatkannya dalam kuantiti yang lebih atau kurang ketara. Dalam spektrometer jisim konvensional, secara praktikal pemisahan sepenuhnya isotop, tetapi bilangannya boleh diabaikan. Oleh itu, usaha para saintis dan jurutera bertujuan untuk mencari yang lain kaedah yang mungkin pemisahan isotop. Pertama sekali, kaedah pemisahan fizikokimia dikuasai, berdasarkan perbezaan dalam sifat isotop unsur yang sama seperti kadar penyejatan, pemalar keseimbangan, kadar tindak balas kimia, dll. Yang paling berkesan di antara mereka ialah kaedah pembetulan dan pertukaran isotop, yang dijumpai aplikasi yang luas dalam pengeluaran industri isotop unsur cahaya: hidrogen, litium, boron, karbon, oksigen dan nitrogen.

Satu lagi kumpulan kaedah terdiri daripada kaedah kinetik molekul yang dipanggil: resapan gas, resapan haba, resapan jisim (resapan dalam aliran wap), sentrifugasi. Kaedah resapan gas, berdasarkan kadar resapan komponen isotop yang berbeza dalam media berliang yang sangat tersebar, telah digunakan semasa Perang Dunia Kedua untuk mengatur pengeluaran industri pengasingan isotop uranium di Amerika Syarikat sebagai sebahagian daripada apa yang dipanggil Projek Manhattan untuk mencipta bom atom. Untuk mendapatkan kuantiti yang diperlukan uranium diperkaya hingga 90% dengan isotop ringan 235 U, komponen utama "mudah terbakar" bom atom, loji dibina, menduduki kawasan seluas kira-kira empat ribu hektar. Lebih daripada 2 bilion dolar diperuntukkan untuk penciptaan pusat atom dengan tumbuhan untuk pengeluaran uranium yang diperkaya. Selepas perang, loji untuk pengeluaran uranium yang diperkaya untuk tujuan ketenteraan, juga berdasarkan kaedah resapan pemisahan, telah dibangunkan dan dibina di USSR. DALAM tahun lepas kaedah ini memberi laluan kepada kaedah sentrifugasi yang lebih cekap dan lebih murah. Dalam kaedah ini, kesan pemisahan campuran isotop dicapai disebabkan oleh kesan berbeza daya emparan pada komponen campuran isotop yang mengisi pemutar emparan, iaitu silinder berdinding nipis terhad di bahagian atas dan bawah, berputar pada kelajuan yang sangat tinggi. kelajuan tinggi dalam kebuk vakum. Beratus-ratus ribu emparan disambungkan dalam lata, pemutar setiap satunya membuat lebih daripada seribu pusingan sesaat, kini digunakan dalam loji pemisahan moden di Rusia dan di negara lain. negara maju kedamaian. Emparan digunakan bukan sahaja untuk menghasilkan uranium yang diperkaya, yang diperlukan untuk memastikan operasi reaktor nuklear loji tenaga nuklear, tetapi juga untuk pengeluaran isotop kira-kira tiga puluh unsur kimia di bahagian tengah jadual berkala. Unit pemisahan elektromagnet dengan sumber ion berkuasa juga digunakan untuk memisahkan pelbagai isotop; dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kaedah pemisahan laser juga telah meluas.

Penggunaan isotop. Pelbagai isotop unsur kimia digunakan secara meluas dalam penyelidikan saintifik, dalam pelbagai bidang industri dan pertanian, dalam tenaga nuklear, biologi moden dan perubatan, dalam penyelidikan persekitaran dan kawasan lain. Penyelidikan saintifik (cth. analisis kimia) biasanya memerlukan sejumlah kecil isotop yang jarang ditemui pelbagai elemen, dikira dalam gram dan juga miligram setahun. Pada masa yang sama, untuk beberapa isotop yang digunakan secara meluas dalam tenaga nuklear, perubatan dan industri lain, keperluan untuk pengeluarannya boleh berjumlah banyak kilogram dan juga tan. Oleh itu, berkaitan dengan penggunaan air berat D 2 O in reaktor nuklear pengeluaran globalnya pada awal 1990-an abad yang lalu adalah kira-kira 5,000 tan setahun. Isotop hidrogen deuterium, yang merupakan sebahagian daripada air berat, mempunyai kepekatan campuran semula jadi hidrogen hanya 0.015%, bersama-sama dengan tritium ia akan menjadi pada masa hadapan, menurut saintis, komponen utama bahan api tenaga reaktor termonuklear, beroperasi berdasarkan tindak balas pelakuran nuklear. Dalam kes ini, keperluan untuk pengeluaran isotop hidrogen akan menjadi sangat besar.

Dalam penyelidikan saintifik, isotop stabil dan radioaktif digunakan secara meluas sebagai penunjuk isotop (tag) dalam kajian pelbagai jenis proses yang berlaku di alam semula jadi.

DALAM pertanian isotop (“atom berlabel”) digunakan, sebagai contoh, untuk mengkaji proses fotosintesis, kebolehcernaan baja, dan untuk menentukan kecekapan penggunaan tumbuhan nitrogen, fosforus, kalium, unsur surih dan bahan lain.

Teknologi isotop digunakan secara meluas dalam perubatan. Oleh itu, di Amerika Syarikat, mengikut statistik, lebih daripada 36 ribu prosedur perubatan dilakukan setiap hari dan kira-kira 100 juta ujian makmal menggunakan isotop. Prosedur yang paling biasa melibatkan tomografi yang dikira. Isotop karbon C13, diperkaya hingga 99% (kandungan semula jadi kira-kira 1%), digunakan secara aktif dalam apa yang dipanggil "kawalan pernafasan diagnostik". Intipati ujian adalah sangat mudah. Isotop yang diperkaya dimasukkan ke dalam makanan pesakit dan, selepas mengambil bahagian dalam proses metabolik dalam pelbagai organ badan, dilepaskan semasa dihembus oleh pesakit. karbon dioksida CO 2 yang dikumpul dan dianalisis menggunakan spektrometer. Perbezaan dalam kadar proses yang berkaitan dengan pembebasan jumlah karbon dioksida yang berbeza, yang dilabelkan dengan isotop C 13, memungkinkan untuk menilai keadaan pelbagai organ pesakit. Di AS, bilangan pesakit yang akan menjalani ujian ini dianggarkan 5 juta setahun. Kini untuk penghasilan isotop C 13 in yang sangat diperkaya skala industri kaedah pemisahan laser digunakan.

Maklumat berkaitan.