Koncept radioaktivnosti. Zona radioaktivnog raspada

Radijacija, radioaktivnost i radio emisija su pojmovi koji čak zvuče prilično opasno. U ovom članku ćete naučiti zašto su neke tvari radioaktivne i što to znači. Zašto se svi toliko boje radijacije i koliko je to opasno? Gdje možemo pronaći radioaktivne tvari i šta nam prijeti?

Koncept radioaktivnosti

Radioaktivnošću nazivam “sposobnost” atoma nekih izotopa da se cijepaju i time stvaraju zračenje. Termin "radioaktivnost" nije se pojavio odmah. U početku se takvo zračenje nazivalo Becquerelovim zracima, u čast naučnika koji ga je otkrio u svom radu sa izotopom uranijuma. Već sada ovaj proces nazivamo terminom "radioaktivno zračenje".

U ovom prilično kompliciranom procesu, originalni atom se pretvara u atom potpuno drugačijeg kemijskog elementa. Zbog izbacivanja alfa ili beta čestica, maseni broj atoma se mijenja i, shodno tome, to ga pomiče po tablici D. I. Mendeljejeva. Vrijedi napomenuti da se maseni broj mijenja, ali sama masa ostaje gotovo ista.

Oslanjajući se na ove informacije, možemo malo preformulisati definiciju pojma. Dakle, radioaktivnost je i sposobnost nestabilnih jezgara atoma da se samostalno transformišu u druga, stabilnija i stabilnija jezgra.

Supstance - šta je to?

Prije nego što govorimo o tome šta su radioaktivne supstance, hajde da generalno definišemo šta se zove supstanca. Dakle, prije svega, to je neka vrsta stvari. Takođe je logično da se ova materija sastoji od čestica, a u našem slučaju to su najčešće elektroni, protoni i neutroni. Ovdje već možemo govoriti o atomima koji se sastoje od protona i neutrona. Pa, molekuli, ioni, kristali i tako dalje se dobijaju iz atoma.

Koncept hemijske supstance zasniva se na istim principima. Ako je jezgro nemoguće izolovati u materiji, onda se ono ne može klasifikovati kao hemijska supstanca.

O radioaktivnim supstancama

Kao što je gore spomenuto, da bi pokazao radioaktivnost, atom se mora spontano raspasti i pretvoriti u atom potpuno drugačijeg kemijskog elementa. Ako su svi atomi neke supstance nestabilni do te mere da se raspadaju na ovaj način, onda imate radioaktivnu supstancu. Više tehnički rečeno, definicija bi zvučala ovako: supstance su radioaktivne ako sadrže radionuklide, i to u visokoj koncentraciji.

Gdje su radioaktivne tvari u periodnom sistemu D. I. Mendeljejeva?

Prilično jednostavan i lak način da saznate da li je supstanca radioaktivna je da pogledate tabelu D. I. Mendeljejeva. Sve iza elementa olova su radioaktivni elementi, kao i prometijum i tehnecijum. Važno je zapamtiti koje su supstance radioaktivne, jer vam mogu spasiti život.

Postoji i niz elemenata koji imaju barem jedan radioaktivni izotop u svojim prirodnim mješavinama. Evo djelimične liste nekih od najčešćih elemenata:

Kalijum.
Kalcijum.
Vanadijum.
germanijum.
Selen.
Rubidijum.
Cirkonijum.
molibden.
Kadmijum.
Indija.

Radioaktivne supstance su one koje sadrže bilo koje radioaktivne izotope.

Vrste radioaktivnog zračenja

Postoji nekoliko vrsta radioaktivnog zračenja o kojima će sada biti riječi. Alfa i beta zračenje je već spomenuto, ali ovo nije cijela lista.

Alfa zračenje je najslabije zračenje, koje je opasno ako čestice uđu direktno u ljudsko tijelo. Takvo zračenje ostvaruju teške čestice, pa ga zato lako zaustavlja čak i list papira. Iz istog razloga, alfa zraci ne putuju više od 5 cm.

Beta zračenje je jače od prethodnog. Radi se o zračenju elektrona, koji su mnogo lakši od alfa čestica, pa mogu prodrijeti nekoliko centimetara u ljudsku kožu.

Gama zračenje ostvaruju fotoni, koji prilično lako prodiru i dalje do unutrašnjih organa osobe.

Najjače prodorno zračenje je neutronsko. Prilično je teško sakriti se od toga, ali u prirodi on, zapravo, ne postoji, osim možda u neposrednoj blizini nuklearnih reaktora.

Uticaj radijacije na ljude

Radioaktivne supstance često mogu biti fatalne za ljude. Osim toga, izlaganje radijaciji ima nepovratan učinak. Ako ste bili izloženi zračenju, onda ste osuđeni na propast. U zavisnosti od stepena štete, osoba umire u roku od nekoliko sati ili više meseci.

Uz to, mora se reći da su ljudi kontinuirano izloženi radioaktivnom zračenju. Hvala Bogu da je dovoljno slab da bude fatalan. Na primjer, gledanje fudbalske utakmice na TV-u daje vam 1 mikrorad zračenja. Do 0,2 rad godišnje - to je općenito prirodna pozadina zračenja naše planete. 3 poklon - Vaš deo zračenja tokom rendgenskih snimaka zuba. Pa, ekspozicija preko 100 rad je već potencijalno opasna.

Štetne radioaktivne supstance, primjeri i upozorenja

Najopasnija radioaktivna supstanca je polonijum-210. Zbog radijacije oko njega, čak možete vidjeti neku vrstu svjetleće "aure" plava boja. Vrijedi spomenuti da postoji stereotip da sve radioaktivne tvari svijetle. To uopće nije slučaj, iako postoje opcije kao što je Polonium-210. Većina radioaktivnih supstanci uopće nije sumnjiva spolja.

Livermorijum se trenutno smatra najradioaktivnijim metalom. Njegov izotop Livermorium-293 treba 61 milisekundu da se raspadne. Ovo je otkriveno još 2000. godine. Ununpentium je malo inferiorniji od njega. Vrijeme raspada Ununpentiuma-289 je 87 milisekundi.

Također zanimljiva činjenica je da ista supstanca može biti ili bezopasna (ako je njen izotop stabilan) ili radioaktivna (ako su jezgra njenog izotopa pred kolapsom).

Naučnici koji su proučavali radioaktivnost

Radioaktivne supstance se dugo nisu smatrale opasnim i stoga su se slobodno proučavale. nažalost, tužna smrt naučili su nas da je kod takvih supstanci potreban oprez i povećan nivo sigurnosti.

Jedan od prvih, kao što je već spomenuto, bio je Antoine Becquerel. Ovo je veliki francuski fizičar, koji posjeduje slavu otkrića radioaktivnosti. Za svoje zasluge nagrađen je članstvom u Kraljevskom društvu u Londonu. Zbog svog doprinosa na ovim prostorima, umro je prilično mlad, u 55. godini života. Ali njegov rad se pamti do danas. Sama jedinica radioaktivnosti, kao i krateri na Mjesecu i Marsu, nazvani su u njegovu čast.

Jednako velika osoba bila je i Marija Sklodovska-Kuri, koja je sa svojim mužem Pjerom Kirijem radila sa radioaktivnim supstancama. Marija je takođe bila Francuskinja, ali poljskih korena. Pored fizike, bavila se nastavom, pa čak i aktivnom društvenom aktivnošću. Marie Curie - prva žena laureat nobelova nagrada u dvije discipline odjednom: fiziku i hemiju. Otkriće takvih radioaktivnih elemenata kao što su radij i polonij je zasluga Marie i Pierre Curie.

Zaključak

Kao što vidimo, radioaktivnost je prilično složen proces koji ne ostaje uvijek pod kontrolom osobe. Ovo je jedan od onih slučajeva u kojima ljudi mogu biti apsolutno nemoćni pred opasnošću. Zato je važno zapamtiti da zaista opasne stvari mogu biti vrlo varljive spolja.

Da biste saznali je li neka tvar radioaktivna ili ne, najčešće se već možete podvrgnuti njenom utjecaju. Stoga, budite pažljivi i pažljivi. Radioaktivne reakcije nam pomažu na mnogo načina, ali isto tako ne treba zaboraviti da je to sila koja je praktički izvan naše kontrole.

Osim toga, vrijedno je prisjetiti se doprinosa velikih naučnika proučavanju radioaktivnosti. Dali su nam nevjerovatnu količinu korisnog znanja koje sada spašava živote, obezbjeđuje energiju cijelim zemljama i pomaže u liječenju strašnih bolesti. radioaktivan hemijske supstance je opasnost i blagoslov za čovečanstvo.

slajd 2

Radioaktivnost - transformacija atomskih jezgara u druga jezgra, praćena emisijom različitih čestica i elektromagnetnim zračenjem. Otuda i naziv fenomena: na latinskom radiju - zračim, activus - efikasan. Ovu riječ je uvela Marie Curie. Prilikom raspada nestabilnog jezgra - radionuklida, oni izlete iz njega sa velika brzina jedna ili više čestica visoke energije. Protok ovih čestica naziva se radioaktivno zračenje ili jednostavno zračenje.

slajd 3

Vrste radioaktivnog zračenja

Kada su se u rukama istraživača pojavili moćni izvori zračenja, milione puta jači od uranijuma (to su bili preparati radijuma, polonija, aktinijuma), bilo je moguće bolje upoznati svojstva radioaktivnog zračenja. Ernest Rutherford, supružnici Maria i Pierre Curie, A. Becquerel i mnogi drugi uzeli su aktivno učešće u prvim studijama na ovu temu. Prije svega proučavana je prodorna moć zraka, kao i utjecaj na zračenje magnetsko polje. Ispostavilo se da je zračenje nehomogeno, ali da je mješavina "zraka". Pierre Curie je otkrio da kada magnetsko polje djeluje na radijumsko zračenje, neke zrake se odbijaju, a druge ne. Bilo je poznato da magnetsko polje odbija samo nabijene leteće čestice, pozitivne i negativne u različitim smjerovima. Po smjeru skretanja uvjerili smo se da su odbijeni?-zraci negativno nabijeni. Dalji eksperimenti su pokazali da ne postoji fundamentalna razlika između katodnih i ? zraka, iz čega je slijedilo da oni predstavljaju struju elektrona. Zrake koje odbijaju imale su jaču sposobnost prodiranja razni materijali, dok je one koje se ne odbijaju lako apsorbirala čak i tanka aluminijska folija - tako se ponašalo, na primjer, zračenje novog elementa polonija - njegovo zračenje nije prodiralo ni kroz kartonske stijenke kutije u kojoj je lijek bio pohranjen . Kod upotrebe jačih magneta pokazalo se da i ?-zraci odstupaju, samo mnogo slabije od?-zraka, i to u drugom smjeru. Iz ovoga je proizašlo da su pozitivno nabijene i da imaju mnogo veću masu (kako se kasnije saznalo, masa?-čestica je 7740 puta veća od mase elektrona). Ovaj fenomen su prvi otkrili 1899. A. Becquerel i F. Gisel. Kasnije se ispostavilo da su?-čestice jezgra atoma helijuma (nuklid 4He) sa nabojem od +2 i masom od 4 cu.-zraka, otkrio je u zračenju radijuma treću vrstu zraka koje ne odstupaju u najjačim magnetnim poljima, ovo otkriće je ubrzo potvrdio Becquerel. Ova vrsta zračenja, po analogiji sa alfa i beta zracima, nazvana je gama zracima, označavanje različitih zračenja prvim slovima grčke abecede predložio je Rutherford. Pokazalo se da su gama zraci slični rendgenskim zracima, tj. oni su elektromagnetno zračenje, ali sa kraćim talasnim dužinama i odgovarajućom višom energijom. Sve ove vrste zračenja opisala je M. Curie u svojoj monografiji "Radijum i radioaktivnost". Umjesto magnetnog polja za "cijepanje" zračenja, možete koristiti električno polje, samo će nabijene čestice u njemu odstupati ne okomito linije sile, a duž njih - prema otklonskim pločama. Dugo vremena nije bilo jasno odakle dolaze svi ovi zraci. Tokom nekoliko decenija, priroda radioaktivnog zračenja i njegova svojstva razjašnjeni su radom mnogih fizičara, a otkrivene su i nove vrste radioaktivnosti.? Alfa zraci emituju uglavnom jezgra najtežih i stoga manje stabilnih atoma (u periodni sistem nalaze se iza elektrode). To su čestice visoke energije. Postoji li obično više grupa? -čestice, od kojih svaka ima strogo definisanu energiju. Dakle, skoro sve? -čestice emitovane iz jezgara 226Ra imaju energiju od 4,78 MeV (megaelektron volti) i mali dio? -čestice sa energijom od 4,60 MeV. Još jedan izotop radijuma - 221Ra emituje četiri grupe? -čestice sa energijama od 6,76, 6,67, 6,61 i 6,59 MeV. Ovo ukazuje na prisustvo nekoliko jezgara nivoi energije, njihova razlika odgovara energiji koju emituje jezgro? -quanta. Poznati su i "čisti" alfa emiteri.

slajd 4

Utjecaj radioaktivnog zračenja na ljude

Radioaktivno zračenje svih vrsta (alfa, beta, gama, neutroni), kao i elektromagnetno zračenje (rendgensko zračenje) imaju veoma jak biološki efekat na žive organizme, koji se sastoji u procesima ekscitacije i jonizacije atoma i molekula koji čine žive ćelije. Pod dejstvom jonizujućeg zračenja uništavaju se složeni molekuli i ćelijske strukture, što dovodi do oštećenja organizma zračenjem. Stoga je pri radu sa bilo kojim izvorom zračenja potrebno poduzeti sve mjere za zaštitu od zračenja osoba koje mogu pasti u zonu zračenja. Međutim, osoba može biti izložena jonizujućem zračenju i uslove za život. Radon, inertni, bezbojni, radioaktivni gas, može predstavljati ozbiljnu opasnost po zdravlje ljudi.Kao što se vidi iz dijagrama prikazanog na slici 5, radon je proizvod α-raspada radijuma i ima vreme poluraspada T = 3,82 dana. Radijum se nalazi u malim količinama u zemljištu, stenama i raznim vrstama građevinske konstrukcije. Unatoč relativno kratkom vijeku trajanja, koncentracija radona se kontinuirano obnavlja zbog novih raspada jezgri radijuma, pa se radon može akumulirati u zatvorenim prostorima. Dolazeći u pluća, radon emituje?-čestice i pretvara se u polonijum, koji nije hemijski inertna supstanca. Nakon toga slijedi lanac radioaktivnih transformacija serije uranijuma (slika 5). Prema američkoj komisiji za sigurnost i kontrolu zračenja, prosječna osoba prima 55% jonizujućeg zračenja od radona i samo 11% od medicinske njege. Doprinos kosmičkih zraka je približno 8%. Ukupna doza zračenja koju osoba primi u životu višestruko je manja od maksimalno dozvoljene doze (MAD), koja se postavlja za osobe određenih profesija koje su izložene dodatnom izlaganju jonizujućem zračenju.

slajd 5

Upotreba radioaktivnih izotopa

Jedna od najistaknutijih studija provedenih uz pomoć "označenih atoma" bila je proučavanje metabolizma u organizmima. Dokazano je da se u relativno kratkom vremenu tijelo gotovo potpuno obnavlja. Njegovi sastavni atomi su zamijenjeni novima. Samo je željezo, kao što su pokazali eksperimenti na izotopskom proučavanju krvi, izuzetak od ovog pravila. Gvožđe je deo hemoglobina u crvenim krvnim zrncima. Kada su radioaktivni atomi željeza uvedeni u hranu, otkriveno je da je slobodni kisik koji se oslobađa tokom fotosinteze izvorno bio dio vode, a ne ugljični dioksid. Radioaktivni izotopi se koriste u medicini i u dijagnostičke i u terapeutske svrhe. Radioaktivni natrijum, unešen u malim količinama u krv, koristi se za proučavanje cirkulacije krvi, jod se intenzivno deponuje u štitnoj žlezdi, posebno kod Gravesove bolesti. Praćenjem taloženja radioaktivnog joda pomoću brojača, dijagnoza se može brzo postaviti. Velike doze radioaktivnog joda uzrokuju djelomičnu destrukciju abnormalno razvijajućih tkiva, pa se radioaktivni jod koristi za liječenje Gravesove bolesti. Intenzivno kobalt gama zračenje se koristi u liječenju raka (kobalt pištolj). Ništa manje opsežna nije primjena radioaktivnih izotopa u industriji. Jedan primjer toga je sljedeća metoda za praćenje istrošenosti klipnih prstenova u motorima unutrašnjim sagorevanjem. Zračenjem klipnog prstena neutronima izazivaju nuklearne reakcije u njemu i čine ga radioaktivnim. Kada motor radi, čestice materijala prstena ulaze u ulje za podmazivanje. Ispitivanjem nivoa radioaktivnosti ulja nakon određenog vremena rada motora utvrđuje se istrošenost prstena. Radioaktivni izotopi omogućavaju suđenje o difuziji metala, procesima u visokim pećima itd. Moćno gama zračenje iz radioaktivnih preparata koristi se za proučavanje unutrašnje strukture metalnih odlivaka kako bi se otkrili defekti na njima. Radioaktivni izotopi se sve više koriste u poljoprivreda. Ozračenje sjemena biljaka (pamuk, kupus, rotkvica i dr.) malim dozama gama zraka iz radioaktivnih preparata dovodi do primjetnog povećanja prinosa. Velike doze "zračenja izazivaju mutacije u biljkama i mikroorganizmima, što u nekim slučajevima dovodi do pojave mutanata sa novim vrijednim svojstvima (radioselekcija). Tako su uzgojene vrijedne sorte pšenice, pasulja i drugih kultura, te korišteni visokoproduktivni mikroorganizmi u proizvodnji antibiotika su dobijeni Gama zračenje radioaktivnih izotopa se koristi i za suzbijanje štetnih insekata i za očuvanje prehrambeni proizvodi. „Označeni atomi“ se široko koriste u poljoprivrednoj tehnologiji. Na primjer, da saznate koje fosfatna đubriva bolje se apsorbira od strane biljke, razna gnojiva su označena radioaktivnim fosforom 15 32P. Ispitivanjem biljaka na radioaktivnost može se odrediti količina fosfora koju one apsorbuju iz različite sorteđubriva. Zanimljiva primjena radioaktivnosti je metoda datiranja arheoloških i geoloških nalaza koncentracijom radioaktivnih izotopa. Metoda koja se najčešće koristi je radiokarbonsko datiranje. Nestabilan izotop ugljika javlja se u atmosferi zbog nuklearnih reakcija uzrokovanih kosmičkim zracima. Mali postotak ovog izotopa nalazi se u zraku zajedno sa uobičajenim stabilnim izotopom. Biljke i drugi organizmi troše ugljik iz zraka i akumuliraju oba izotopa u istom omjeru kao i u zraku. Nakon odumiranja biljaka, one prestaju da troše ugljik, a nestabilni izotop, kao rezultat α-raspada, postepeno prelazi u dušik s vremenom poluraspada od 5730 godina. Preciznim mjerenjem relativne koncentracije radioaktivnog ugljika u ostacima drevnih organizama, moguće je odrediti vrijeme njihove smrti.

slajd 6

Primjena radioaktivnosti.

1. Biološka dejstva. Radioaktivno zračenje ima katastrofalan učinak na žive ćelije. Mehanizam ovog delovanja povezan je sa jonizacijom atoma i razgradnjom molekula unutar ćelija tokom prolaska brzo naelektrisanih čestica. Posebno su osjetljive na djelovanje zračenja ćelije koje su u stanju brz rast i uzgoj. Ova okolnost se koristi za liječenje kancerogenih tumora.U terapiji se koriste radioaktivni preparati koji emituju g-zračenje, jer ono prodire u organizam bez primjetnog slabljenja. Pri ne previsokim dozama zračenja ćelije raka umiru, dok tijelo pacijenta ne trpi značajnija oštećenja. Treba napomenuti da radioterapija raka, kao i radioterapija, nikako nije univerzalni lijek Prevelike doze radioaktivnog zračenja izazivaju teške bolesti kod životinja i ljudi (tzv. radijacionu bolest) i mogu dovesti do smrti. U vrlo malim dozama radioaktivno zračenje, uglavnom a-zračenje, naprotiv, djeluje stimulativno na organizam. S tim u vezi je i ljekovito djelovanje radioaktivnih mineralnih voda koje sadrže male količine radijuma ili radona.2. Svetleća jedinjenja Luminescentne supstance sijaju pod dejstvom radioaktivnog zračenja (uporedi § 213). Dodavanjem vrlo male količine soli radijuma u luminiscentnu supstancu (na primjer, cink sulfid), pripremaju se trajno svjetleće boje. Ove boje, kada se nanose na satove i kazaljke, nišane, itd., čine ih vidljivim u mraku.3. Određivanje starosti Zemlje. Atomska masa običnog olova, iskopanog iz ruda koje ne sadrže radioaktivne elemente, iznosi 207,2. Kao što se može vidjeti sa sl. 389, atomska masa olova nastala kao rezultat raspada uranijuma je 206. Atomska masa olova sadržana u nekim mineralima uranijuma pokazuje se vrlo blizu 206. Iz toga slijedi da su ovi minerali u vrijeme formiranja (kristalizacija iz taline ili rastvora) ne sadrži olovo; svo olovo dostupno u takvim mineralima akumulirano je kao rezultat raspadanja uranijuma. Koristeći zakon radioaktivnog raspada, moguće je odrediti njegovu starost iz odnosa količina olova i uranijuma u mineralu (vidi vježbu 32 na kraju poglavlja) Starost minerala različitog porijekla koji sadrže uranijum određena ova metoda se mjeri stotinama miliona godina. Starost najstarijih minerala prelazi 1,5 milijardi godina. Starošću Zemlje se smatra vreme proteklo od formiranja čvrste zemljine kore. Prema mnogim mjerenjima zasnovanim na radioaktivnosti uranijuma, kao i torijuma i kalijuma, starost Zemlje prelazi 4 milijarde godina.

Slajd 7

Pogledajte sve slajdove

Sadržaj

Uvod 3
1 Radioaktivnost 5
1.1 Vrste radioaktivnog raspada i zračenja 5
1.2 Zakon radioaktivnog raspada 7
1.3 Interakcija radioaktivnog zračenja sa materijom i brojačima
zračenje 8
1.4 Klasifikacija izvora zračenja i radioaktivnih izotopa 10
2 Metode analize zasnovane na mjerenju radioaktivnosti 12
2.1 Upotreba prirodne radioaktivnosti u analizi 12
2.2 Analiza aktivacije 12
2.3 Metoda izotopskog razrjeđivanja 14
2.4 Radiometrijska titracija 14
3 Upotreba radioaktivnosti 18
3.1 Primjena radioaktivnih markera u analitičkoj hemiji 18
3.2 Upotreba radioaktivnih izotopa 22
Zaključak 25
Spisak korištenih izvora 26

Uvod

Metode analize zasnovane na radioaktivnosti nastale su u eri razvoja nuklearne fizike, radiohemije i atomske tehnologije i trenutno se uspješno koriste u različitim analizama, uključujući industriju i geološku službu.
Glavne prednosti analitičkih metoda zasnovanih na mjerenju radioaktivnog zračenja su nizak prag detekcije analiziranog elementa i široka svestranost. Radioaktivaciona analiza ima apsolutno najniži prag detekcije od svih ostalih analitičkih metoda (10 -15 g). Prednost nekih radiometrijskih tehnika je analiza bez uništavanja uzorka, te metode zasnovane na mjerenju prirodne radioaktivnosti - brzine analize. Vrijedna karakteristika radiometrijske metode razrjeđivanja izotopa leži u mogućnosti analize mješavine elemenata sličnih kemijskih i analitičkih svojstava, kao što su cirkonij - hafnij, niobij - tantal, itd.
Dodatne komplikacije u radu sa radioaktivnim preparatima nastaju zbog toksičnih svojstava radioaktivnog zračenja, koja ne izazivaju trenutnu reakciju organizma i time otežavaju pravovremenu upotrebu. neophodne mere. Ovo pojačava potrebu za striktnim poštivanjem mera predostrožnosti pri radu sa radioaktivnim preparatima. U nužnim slučajevima rad sa radioaktivnim supstancama obavlja se uz pomoć takozvanih manipulatora u posebnim komorama, dok sam analitičar ostaje u drugoj prostoriji, pouzdano zaštićenoj od djelovanja radioaktivnog zračenja.
Radioaktivni izotopi se koriste u sljedećim metodama analize:

U laboratorijskoj praksi radiometrijska titracija se koristi relativno rijetko. Upotreba aktivacijske analize povezana je s korištenjem moćnih izvora toplinskih neutrona, te je stoga ova metoda još uvijek u ograničenoj upotrebi.
U ovom seminarski rad razmatraju se teorijske osnove metoda analize koje koriste fenomen radioaktivnosti i njihova praktična primjena.

1 Radioaktivnost

1.1 Vrste radioaktivnog raspada i zračenja

Radioaktivnost je spontana transformacija (raspad) jezgra atoma nekog hemijskog elementa, koja dovodi do promjene njegovog atomskog broja ili promjene masenog broja. Tokom ove transformacije jezgra, emituje se radioaktivno zračenje.
Otkriće radioaktivnosti datira iz 1896. godine, kada je A. Becquerel otkrio da uranijum spontano emituje zračenje, koje je nazvao radioaktivnim (od radio - emitujem i activas - efikasan).
Radioaktivno zračenje nastaje spontanim raspadom atomsko jezgro. Nekoliko vrsta radioaktivnog raspada i radioaktivnosti
zračenje.
1) ?-Dezintegracija. Raspad jezgra sa oslobađanjem? - čestica, koje su jezgra He 2+. Na primjer,
Ra > Rn + He;
U > Th + ? (On).

U skladu sa zakonom radioaktivnog pomeranja, tokom?-raspada se dobija atom čiji je redni broj dve jedinice, a atomska masa četiri jedinice manja od originalnog atoma.
2) ?-Dezintegracija. Postoji nekoliko tipova ?-raspada: elektronski?-raspad; pozitron?-raspad; K-hvatanje. U elektronskom raspadu, na primjer,

Sn > Y + ? - ;
P > S + ? - .

Neutron unutar jezgra pretvara se u proton. Kada se emituje negativno nabijena?-čestica, atomski broj elementa se povećava za jedan, a atomska masa se praktično ne mijenja.
U raspadu pozitrona, pozitron (? + -čestica) se oslobađa iz atomskog jezgra, a zatim se unutar jezgra pretvara u neutron. Na primjer:

Životni vijek pozitrona je kratak, jer kada se sudari sa elektronom, dolazi do anihilacije, praćene emisijom ?-kvanta.
U K-hvatanju, jezgro atoma hvata elektron iz obližnje elektronske ljuske (iz K-ljuske) i jedan od protona jezgra pretvara se u neutron.
Na primjer,
Cu>Ni+n
K + e - = Ar + hv

Jedan od elektrona vanjske ljuske prelazi na slobodno mjesto u K-ljusci, što je praćeno emisijom tvrdih rendgenskih zraka.
3) Spontana podjela. Karakteristično je za elemente periodični sistem D. I. Mendeljejev sa Z > 90. Tokom spontane fisije, teški atomi se dele na fragmente, koji su obično elementi sredine tabele L. I. Mendeljejeva. Spontana fisija i?-raspad ograničavaju proizvodnju novih transuranskih elemenata.
Flow? i?-čestice su imenovane respektivno? i zračenje. Osim toga, poznato?-zračenje. Ovo su elektromagnetski talasi sa veoma kratkom talasnom dužinom. U principu, α-zračenje je blisko tvrdom rendgenskom zračenju i razlikuje se od njega po svom intranuklearnom poreklu. Rendgensko zračenje tokom prelaza u elektronskom omotaču atoma, a? zračenje emituje pobuđene atome koji su rezultat radioaktivnog raspada (? i?).
Kao rezultat radioaktivnog raspada dobijaju se elementi koji se prema nuklearnom naboju (serijskom broju) moraju smjestiti u već zauzete ćelije periodnog sistema sa elementima istog serijskog broja, ali različite atomske mase. To su takozvani izotopi. By hemijska svojstva općenito se smatra da se ne mogu razlikovati, tako da se mješavina izotopa obično tretira kao jedan element. Nepromjenjivost izotopskog sastava u velikoj većini kemijskih reakcija ponekad se naziva zakonom konstantnosti izotopskog sastava. Na primjer, kalijum u prirodnim jedinjenjima je mješavina izotopa, 93,259% od 39 K, 6,729% od 41 K i 0,0119% od 40 K (K-hvatanje i?-raspad). Kalcijum ima šest stabilnih izotopa maseni brojevi 40, 42, 43, 44, 46 i 48. U hemijsko-analitičkim i mnogim drugim reakcijama ovaj omjer ostaje praktično nepromijenjen, stoga se kemijske reakcije obično ne koriste za odvajanje izotopa. Najčešće se u tu svrhu koriste različiti fizički procesi - difuzija, destilacija ili elektroliza.
Jedinica aktivnosti izotopa je bekerel (Bq), koji je jednak aktivnosti nuklida u radioaktivnom izvoru u kojem se jedan događaj raspada događa u vremenu od 1 s.

1.2 Zakon radioaktivnog raspada

Radioaktivnost uočena u jezgrama koje postoje u prirodnim uvjetima naziva se prirodna, a radioaktivnost jezgara dobivena nuklearnim reakcijama naziva se umjetna.
Ne postoji suštinska razlika između vještačke i prirodne radioaktivnosti. Proces radioaktivne transformacije u oba slučaja ima iste zakone - zakon radioaktivne transformacije:

Ako je t = 0, onda i, prema tome, const = -lg N 0 . Konačno

gdje je A aktivnost u trenutku t; I 0 - aktivnost na t = 0.
Jednačine (1.3) i (1.4) karakterišu zakon radioaktivnog raspada. U kinetici su poznate kao jednadžbe reakcije prvog reda. Kao karakteristika brzine radioaktivnog raspada obično se navodi poluživot T 1/2, što je, kao i ?, osnovna karakteristika procesa koja ne zavisi od količine supstance.
Poluživot je vremenski period tokom kojeg se određena količina radioaktivne tvari smanji za polovicu.
Poluživot različitih izotopa značajno varira. To je od otprilike 10 10 godina do malog djelića sekunde. Naravno, supstance sa poluživotom od 10 - 15 minuta. i manji, teški za upotrebu u laboratoriji. Izotopi s vrlo dugim poluraspadom također su nepoželjni u laboratoriji, jer će u slučaju slučajne kontaminacije okolnih predmeta ovim tvarima biti potreban poseban rad na dekontaminaciji prostorije i uređaja.

1.3 Interakcija radioaktivnog zračenja sa materijom i brojačima

zračenje

Kao rezultat interakcije radioaktivnog zračenja sa materijom, dolazi do ionizacije i ekscitacije atoma i molekula tvari kroz koju ono prolazi. Zračenje takođe proizvodi svetlosne, fotografske, hemijske i biološke efekte. Radioaktivno zračenje izaziva veliki broj hemijskih reakcija u gasovima, rastvorima, čvrstim materijama. Obično se kombinuju u grupu radijaciono-hemijskih reakcija. To uključuje, na primjer, razgradnju (radiolizu) vode sa stvaranjem vodika, vodikovog peroksida i raznih radikala koji ulaze u redoks reakcije s otopljenim tvarima.
Radioaktivno zračenje izaziva niz radiohemijskih transformacija različitih organskih jedinjenja - aminokiselina, kiselina, alkohola, estera itd. Intenzivno radioaktivno zračenje uzrokuje sjaj staklenih cijevi i niz drugih efekata čvrste materije. Na osnovu proučavanja interakcije radioaktivnog zračenja sa materijom razne načine detekcija i mjerenje radioaktivnosti.
U zavisnosti od principa rada, brojači zračenja se dele u nekoliko grupa.
Ionizacijski brojači. Njihovo djelovanje zasniva se na pojavi jonizacije ili plinskog pražnjenja uzrokovanog jonizacijom kada radioaktivne čestice ili ?-kvant uđu u brojač. Među desetinama uređaja koji koriste jonizaciju, tipični su jonizaciona komora i Geiger-Muller brojač, koji se najviše koriste u hemijsko-analitičkim i radiohemijskim laboratorijama.
Za radiohemijske i druge laboratorije industrija proizvodi posebne jedinice za brojanje.
scintilacioni brojači. Rad ovih brojača zasniva se na pobuđivanju atoma scintilatora pomoću β-kvanta ili radioaktivne čestice koja prolazi kroz brojač. Pobuđeni atomi, prelazeći u normalno stanje, daju bljesak svjetlosti.
U početnom periodu proučavanja nuklearnih procesa, vizualni broj scintilacija je igrao važnu ulogu, ali je kasnije zamijenjen naprednijim Geiger-Mullerovim brojačem. Trenutno je metoda scintilacije ponovo postala široko rasprostranjena već uz upotrebu fotomultiplikatora.
Čerenkov kontri. Djelovanje ovih brojača zasniva se na upotrebi Čerenkovljevog efekta, koji se sastoji u emisiji svjetlosti kada se nabijena čestica kreće u providnoj tvari, ako brzina čestica premašuje brzinu svjetlosti u ovoj sredini. Činjenica o superluminalnoj brzini čestice u datom mediju, naravno, nije u suprotnosti s teorijom relativnosti, budući da je brzina svjetlosti u bilo kojoj sredini uvijek manja nego u vakuumu. Brzina čestice u supstanci može biti veća od brzine svjetlosti u ovoj supstanci, a pritom ostati manja od brzine svjetlosti u vakuumu, u potpunom skladu s teorijom relativnosti. Čerenkovljevi brojači se koriste za istraživački rad sa vrlo brzim česticama, za istraživanja u svemiru itd., jer se pomoću njih mogu odrediti niz drugih važnih karakteristika čestica (njihova energija, smjer kretanja itd.).

1.4 Klasifikacija izvora zračenja i

radioaktivnih izotopa

Izvori radioaktivnog zračenja dijele se na zatvorene i otvorene. Zatvoreno - mora biti zapečaćeno. Otvoreni - svi izvori radijacije koji propuštaju zrak koji mogu stvoriti radioaktivnu kontaminaciju zraka, opreme, površina stolova, zidova itd.
Prilikom rada sa zatvorenim izvorima, potrebne mjere opreza su ograničene na zaštitu od vanjskog zračenja.
Zatvoreni izvori zračenja sa aktivnošću iznad 0,2 g-ekv. treba staviti radijum zaštitnih uređaja sa daljinskim upravljanjem i instaliran u posebno opremljenim prostorijama.
Pri radu sa zatvorenim izvorima slabije aktivnosti treba koristiti ekrane koji su po debljini i materijalu primjereni vrsti i energiji zračenja iz radioaktivnog izvora, kao i daljinski alat čijom primjenom treba smanjiti dozu na maksimalno dozvoljenu . Laboratorije kada rade sa zatvorenim izvorima mogu biti konvencionalne.
Pri radu sa otvorenim izvorima potrebno je uzeti u obzir: relativnu radiotoksičnost nekog izotopa, koja zavisi od njegovog poluraspada, vrste i energije zračenja; aktivnost na radnom mjestu; fizičko stanje materije; karakteristika rada.
Za svaki radioaktivni izotop utvrđuje se maksimalno dozvoljena koncentracija (MAC) u zraku radnih prostorija.
Prema opadajućem stepenu radiotoksičnosti, radioaktivni izotopi se dijele u četiri grupe maksimalno dopuštenih koncentracija:
Grupa A - izotopi posebno visoke radiotoksičnosti (maksimalna granica koncentracije ne više od
1 10 -13 curie/l): 90 Sr, 226 Ra, 239 Pu, itd.
Grupa B - izotopi visoke radiotoksičnosti (maksimalna granica koncentracije od 1 10 -13 do 1 10 -11 kirija/l): 22 Na, 45 Ca, 60 Co, 89 Sr, 110 Ag, 131 I, 137 Cs, l41 Ce, 210 Pb, U (jesti) itd.
Grupa B - izotopi srednje radiotoksičnosti (MPC od 1 10 -11 do 1 10 -9 curie/l): 24 Na, 32 P, 35 S, 36 C1, 42 K, 56 Mn, 55, 59 Fe, 69 Zn, 76 As, 82 Br, 124, 125 Sb, 140 Ba, itd.
Grupa D - izotopi najniže radiotoksičnosti (maksimalna granica koncentracije od 1 10 -9 curie/l): 3 H, 14 C, itd.

2 Metode analize zasnovane na mjerenju radioaktivnosti

2.1 Upotreba prirodne radioaktivnosti u analizi

Elementi koji su prirodno radioaktivni mogu se kvantificirati ovim svojstvom. To su U, Th, Ra, Ac, itd., ukupno više od 20 elemenata. Na primjer, kalij se može odrediti po njegovoj radioaktivnosti u otopini u koncentraciji od 0,05 M. Određivanje različitih elemenata prema njihovoj radioaktivnosti obično se provodi pomoću kalibracionog grafikona koji pokazuje ovisnost aktivnosti o postotku elementa koji se utvrđuje, ili metodom sabiranja.
Radiometrijske metode su od velikog značaja u traženje posla geolozi, na primjer, u istraživanju nalazišta uranijuma.

2.2 Analiza aktivacije

Kada su zračeni neutronima, protonima i drugim česticama visoke energije, mnogi neradioaktivni elementi postaju radioaktivni. Aktivaciona analiza zasniva se na mjerenju ove radioaktivnosti. Općenito, bilo koje čestice se mogu koristiti za zračenje, proces ozračivanja neutronima je od najveće praktične važnosti. Upotreba naelektrisanih čestica u tu svrhu uključuje prevazilaženje značajnijih tehničkih poteškoća nego u slučaju neutrona. Glavni izvori neutrona za aktivacionu analizu su nuklearni reaktor i tzv. prijenosni izvori (radij-berilij, itd.). U potonjem slučaju,?-čestice nastale raspadom bilo kojeg?-aktivnog elementa (Ra, Rn, itd.) stupaju u interakciju s jezgrima berilija, oslobađajući neutrone:
9 Be + 4 He > 12 C + n

Neutroni ulaze u nuklearnu reakciju sa komponentama analiziranog uzorka, na primjer:
55 Mn + n = 56 Mn ili Mn (n,?) 56 Mn
Radioaktivni 56 Mn se raspada s vremenom poluraspada od 2,6 sati:

56 Mn > 56 Fe +

Da bi se dobila informacija o sastavu uzorka, neko vrijeme se mjeri njegova radioaktivnost i analizira se rezultirajuća kriva (slika 2.1). Prilikom provođenja takve analize potrebno je imati pouzdane podatke o poluraspadima različitih izotopa kako bi se dešifrirala zbirna kriva.

Slika 2.1 – Smanjenje radioaktivnosti tokom vremena

Druga varijanta aktivacione analize je metoda?-spektroskopije, zasnovana na mjerenju spektra?-zračenja uzorka. Energija?-zračenja je kvalitativna, a brzina brojanja je kvantitativna karakteristika izotopa. Mjerenja se vrše pomoću višekanalnih ?-spektrometara sa scintilacijskim ili poluvodičkim brojačima. Ovo je mnogo brža i specifičnija, iako nešto manje osjetljiva metoda analize od radiohemijske.
Važna prednost aktivacijske analize je njena niska granica detekcije. Uz njegovu pomoć, pod povoljnim uslovima, može se otkriti do 10 -13 - 10 -15 g supstance. U nekim posebnim slučajevima postignute su čak niže granice detekcije. Na primjer, koristi se za kontrolu čistoće silicija i germanija u industriji poluprovodnika, detektujući sadržaj nečistoća do 10 -8 - 10 -9%. Takav sadržaj se ne može odrediti bilo kojom drugom metodom osim aktivacijskom analizom. Prilikom dobijanja teških elemenata periodnog sistema, kao što su mendelevij i kurhatovij, istraživači su bili u mogućnosti da izbroje skoro svaki atom rezultirajućeg elementa.
Glavni nedostatak aktivacione analize je glomaznost izvora neutrona, kao i često trajanje procesa dobijanja rezultata.

2.3 Metoda izotopskog razrjeđivanja

Za kvantitativno određivanje komponenata sličnih svojstava u teško odvojivim smešama preporučljivo je primeniti metodu razblaživanja izotopa.U ovoj metodi je potrebno izolovati ne ceo analit, već samo njegov deo u najčistijem obliku. moguće stanje. Metoda izotopskog razblaživanja otvara nove mogućnosti u analizi složenih smeša i elemenata sličnih hemijsko-analitičkih svojstava. Na primjer, kada se analiziraju mješavine cirkonij - hafnij ili niobij - tantal, može se dobiti čisti talog jedne od komponenti, ali taloženje neće biti potpuno. Ako se postigne potpuna precipitacija, tada će nastali talog biti kontaminiran analognim elementom. U metodi izotopskog razrjeđivanja vrši se nepotpuna precipitacija i pomoću mjerenja aktivnosti se sadržaj analiziranog elementa nalazi s dovoljnom tačnošću. Slična tehnika se također koristi u analizi različitih mješavina organskih tvari.

2.4 Radiometrijska titracija

Kod radiometrijske titracije indikator su radioaktivni izotopi elemenata. Na primjer, prilikom titriranja fosfata magnezijem, mala količina fosfata koji sadrži radioaktivni P* se unosi u analiziranu otopinu.

Promjena aktivnosti tokom ove titracije može se vidjeti na slici 2.2, a. Ovdje je također prikazana grafička definicija točke ekvivalencije. Prije točke ekvivalencije, aktivnost otopine će se naglo smanjiti, jer će radioaktivni dio otopine preći u talog. Nakon točke ekvivalencije, aktivnost rješenja će ostati gotovo konstantna i vrlo mala.
Kao što se može vidjeti na slici 2.2, b, dodavanje hidrogen fosfata u otopinu do točke ekvivalencije praktično neće uzrokovati povećanje aktivnosti otopine, jer će se radioaktivni izotop precipitirati. Nakon točke ekvivalencije, aktivnost otopine počinje rasti proporcionalno koncentraciji hidrogen fosfata.

A) - promena aktivnosti rastvora fosfata koji sadrži rastvor tokom titracije; b) - promjena aktivnosti rastvora tokom titracije sa sadržajem fosfata.
Slika 2.2 – Tipovi radiometrijskih krivulja titracije

Reakcije radiometrijske titracije moraju ispunjavati zahtjeve koji se obično postavljaju za reakcije titrimetrijske analize (brzina i potpunost reakcije, konstantnost sastava produkta reakcije, itd.). Očigledan uslov za primenu reakcije u ovoj metodi je i prelazak produkta reakcije iz analiziranog rastvora u drugu fazu kako bi se eliminisale smetnje u određivanju aktivnosti rastvora. Ova druga faza je često rezultujući talog. Poznate su metode gdje se proizvod reakcije ekstrahuje organskim rastvaračem. Na primjer, u titraciji mnogih kationa ditizonom, kloroform ili ugljik tetrahlorid se koristi kao ekstraktant. Upotreba ekstraktanta omogućava preciznije utvrđivanje tačke ekvivalencije, jer se u ovom slučaju njegovim određivanjem može mjeriti aktivnost obje faze.

2.5 Mössbauerov efekat

Efekat je 1958. otkrio R.P. Mössbauer. Pod ovim imenom, fenomeni emisije, apsorpcije i rasipanja ?-kvanta od strane jezgara atoma se često kombinuju bez utroška energije za povratak jezgara. Obično se proučava apsorpcija β-zračenja, pa se Mössbauerov efekat često naziva i α-rezonantna spektroskopija (GRS).
Prilikom emitiranja ?-kvanta, jezgro atoma se vraća u svoje normalno stanje. Međutim, energija emitovanog zračenja će biti određena ne samo razlikom između energetskih stanja jezgra u pobuđenom i normalnom stanju. Zbog zakona održanja impulsa, jezgro doživljava takozvani trzaj. To dovodi do činjenice da će u slučaju plinovitog atoma energija emitiranog zračenja biti manja nego u slučaju kada je emiter u čvrstom tijelu. U potonjem slučaju, gubici energije zbog trzanja se smanjuju na zanemarljivu vrijednost. Dakle, ?-kvantne zračenja koje se emituju bez trzaja mogu apsorbovati nepobuđeni atomi istog elementa. Međutim, razlika u hemijskom okruženju emitivnog jezgra i apsorbirajućeg jezgra uzrokuje određenu razliku u energetskim stanjima jezgara, što je dovoljno da spriječi rezonantnu apsorpciju α-kvanta. Razlika u energetskim stanjima jezgara se kvantitativno kompenzuje pomoću Doplerovog efekta, prema kojem frekvencija zračenja (u ovaj slučaj energija?-kvanta) zavisi od brzine kretanja. Pri određenoj brzini kretanja emitera (ili apsorbera, jer je bitna samo njihova relativna brzina kretanja), dolazi do rezonantne apsorpcije. Zavisnost intenziteta apsorpcije ?-kvanta od brzine kretanja naziva se Mössbauerov spektar. Tipičan Mössbauerov spektar prikazan je na slici 2.3, gdje je obrnuto proporcionalna stopa brojanja prikazana kao mjera intenziteta apsorpcije.

Slika 2.3 - Mössbauer apsorpcioni spektar

Brzina kretanja uzorka ili emitera obično ne prelazi nekoliko centimetara u sekundi. Mössbauerov spektar je vrlo važna karakteristika materije. Omogućava da se proceni priroda hemijske veze u jedinjenjima koja se proučavaju, njihova elektronska struktura i druga svojstva i svojstva.

3 Upotreba radioaktivnosti

3.1 Primjena radioaktivnih tragova u analitičkoj hemiji

Upotreba radionuklida u analitičkoj hemiji je veoma raznolika. Metoda kvantitativne analize ima široku praktičnu primenu, zasnovanu na činjenici da je u različitim hemijskim procesima specifična radioaktivnost

Gdje je radioaktivnost uzorka, izražena u bekerelima, i masa uzorka analita, u kojem je radionuklid jednoliko raspoređen, ostaje konstantna kako za cijeli uzorak, tako i za bilo koji njegov dio.
Razmotrimo eksperiment u određivanju tlaka pare tako izuzetno teškog za letenje i vatrostalnog metala kao što je volfram. Vještački proizveden?-radioaktivni volfram-185 može se koristiti kao oznaka. Pripremimo metalni volfram koji sadrži ovu oznaku i odredimo njegovu specifičnu aktivnost. Zatim skupimo metalnu paru koja je isparila sa površine volframa na odabranoj temperaturi i sadržana u određenoj zapremini pare. U istim uslovima u kojima je određena, nalazimo aktivnost ovih para. Očigledno, masa pare

Dalje, znajući zapreminu para, može se pronaći njihova gustina na temperaturi eksperimenta, a zatim, koristeći informacije o sastavu pare, i njihovom pritisku.
Slično, pomoću radioaktivne oznake, možete pronaći koncentraciju tvari u otopini i odrediti, na primjer, njenu koncentraciju u zasićenoj otopini. Slično, može se pronaći masa supstance koja ostaje nakon ekstrakcije vodena sredina, i prešao u organsku fazu. Nadalje, moguće je izračunati koeficijente distribucije između faza tvari koja se može ekstrahirati (ovdje je upotreba radioaktivnih tragača važna kada su koeficijenti raspodjele vrlo visoki i ne postoje druge analitičke metode za određivanje ultra-niskih količina ekstrahiranog tvar koja ostaje u vodenoj fazi).
Upotreba radioaktivnih tragova u metodi razrjeđivanja izotopa je originalna. Neka je potrebno odrediti sadržaj bilo koje aminokiseline u mješavini aminokiselina sličnih svojstava, a nemoguće je izvršiti potpuno (kvantitativno) odvajanje aminokiselina kemijskim metodama, ali postoji metoda koja vam omogućava da izolovati iz smjese u čista forma mali dio ove aminokiseline (na primjer, pomoću hromatografije). Sličan problem nastaje pri određivanju sadržaja bilo kojeg lantanida u mješavini lantanida i pri određivanju u kojim kemijskim oblicima se taj ili onaj element nalazi u prirodi, na primjer, u riječnoj ili morskoj vodi.
Koristit ćemo se za određivanje ukupnog sadržaja joda u morska voda udio jodidnih jona prema masi i aktivnosti. Ove obilježene jodidne jone unosimo u analizirani uzorak i zagrijavamo ga tako da se radioaktivna oznaka ravnomjerno raspoređuje na sve hemijske oblike koji sadrže jod u morskoj vodi (takvi oblici su u ovom slučaju jodidni, jodatni i perjodatni joni). Zatim, pomoću srebrnog nitrata, izolujemo mali dio jodidnih iona u obliku taloga AgI i odredimo njegovu masu i radioaktivnost. Ako je ukupan sadržaj joda u uzorku jednak, ispada da je tako

Koristeći malo drugačiju tehniku, sadržaj joda u morskoj vodi može se pronaći u obliku jodidnih jona. Da bi se to postiglo, nakon unošenja radioaktivne oznake u uzorak, treba stvoriti uslove pod kojima ne dolazi do izmjene izotopa (razmjena atoma joda) između jodidnih jona i drugih oblika koji sadrže jod (jodat i perjodat ioni) (za to je hladno rešenje sa neutralnom okolinom). Daljnjim izolovanjem malog dijela jodidnih jona iz morske vode uz pomoć taložnika - srebrnog nitrata u obliku AgI (porcija mase) i mjerenjem njegove radioaktivnosti, pomoću formule (3.5), može se pronaći sadržaj jodidnih jona u uzorak.

Takva univerzalna izuzetno osjetljiva metoda analitičke kemije kao što je aktivacijska analiza također se zasniva na upotrebi radioaktivnih atoma. Prilikom izvođenja aktivacijske analize potrebno je koristiti odgovarajući nuklearna reakcija aktivirati atome elementa koji se određuje u uzorku, odnosno učiniti ih radioaktivnim. Najčešće se aktivaciona analiza izvodi pomoću izvora neutrona. Ako je, na primjer, potrebno pronaći sadržaj elementa rijetke zemlje disprozijuma Dy u čvrstoj stijeni, postupite na sljedeći način.
Prvo se priprema serija uzoraka koji sadrže različite poznate količine Dy (uzete, na primjer, u obliku DyF 3 ili Dy 2 O 3 - atomi kisika i fluora se ne aktiviraju neutronima). Ovi uzorci su ozračeni pod istim uslovima sa istim neutronskim fluksom. Izvor neutrona potrebnih za ove eksperimente je mala ampula (veličine olovke) koja sadrži materijal koji emituje neutrone (na primjer, mješavina americija-241 i berilija). Takav izvor neutrona može se bezbedno skladištiti postavljanjem u rupu napravljenu u centru parafinskog bloka veličine kante za vodu.
Za zračenje, uzorci sa poznatim sadržajem disprozijuma stavljaju se u jažice prisutne u parafinskom bloku i nalaze se na istoj udaljenosti od izvora (slika 3.1).

1 – parafinski blok, 2 – izvor neutrona ampule,
3 – ozračeni uzorci.
Slika 3.1 - Šema analize neutronske aktivacije

U iste bušotine stavljaju se uzorci analizirane stijene. Pod utjecajem neutrona u uzorcima se odvija nuklearna reakcija 164 Dy(n, g) 165 Dy. Nakon određenog vremena (na primjer, nakon 6 sati), svi uzorci se uklanjaju iz bunara i mjere njihove aktivnosti pod istim uvjetima. Prema mjerenjima aktivnosti lijekova, u koordinatama "sadržaj disprozijuma u uzorku - aktivnost lijeka" gradi se kalibracijski grafikon, a iz njega se nalazi sadržaj disprozijuma u analiziranom materijalu (slika 3.2.). ).

Slika 3.2 - Grafikon zavisnosti snimljene aktivnosti / neutronom aktiviranih uzoraka od mase m disprozijuma u uzorcima. U analiziranom uzorku oko 3 μg disprozijuma

Metoda aktivacijske analize dobra je ne samo zbog svoje visoke osjetljivosti. S obzirom da se zračenje koje nastaje tokom aktiviranja radionuklida razlikuje po vrsti i energiji, korišćenjem spektrometrijske radiometrijske opreme moguće je istovremeno odrediti do 10-15 elemenata u uzorku nakon njegove aktivacije.
I još jedna bitna prednost aktivacijske analize: radionuklidi koji često nastaju kao rezultat aktivacije neutronima brzo se raspadaju, tako da se nakon nekog vremena analizirani objekt ispostavi da nije radioaktivan. Stoga je u mnogim slučajevima aktivaciona analiza analiza koja nije povezana sa uništenjem analiziranog objekta. Ovo je posebno važno kada je u pitanju određivanje sastava arheološki nalazi, meteoriti i drugi jedinstveni primjerci.

3.2 Upotreba radioaktivnih izotopa

Radioaktivno zračenje (ili jonizujuće) je energija koju oslobađaju atomi u obliku čestica ili talasa elektromagnetne prirode. Čovjek je izložen takvom utjecaju kako kroz prirodne tako i kroz antropogene izvore.

Korisna svojstva zračenja omogućila su njegovu uspješnu upotrebu u industriji, medicini, naučni eksperimenti i istraživanje, poljoprivredu i druge oblasti. Međutim, sa širenjem upotrebe ovog fenomena, nastala je prijetnja ljudskom zdravlju. Mala doza izlaganja zračenju može povećati rizik od dobijanja ozbiljnih bolesti.

Razlika između zračenja i radioaktivnosti

Zračenje, u širem smislu, znači zračenje, odnosno širenje energije u obliku talasa ili čestica. Radioaktivno zračenje se deli na tri vrste:

alfa zračenje - struja jezgara helijuma-4;
beta zračenje - protok elektrona;
gama zračenje je tok fotona visoke energije.

Karakterizacija radioaktivnih emisija zasniva se na njihovoj energiji, transmisijskim svojstvima i vrsti emitovanih čestica.

Alfa zračenje, koje je tok pozitivno nabijenih čestica, može se blokirati zrakom ili odjećom. Ova vrsta praktički ne prodire u kožu, ali kada uđe u tijelo, na primjer, kroz posjekotine, vrlo je opasna i štetno djeluje na unutrašnje organe.

Beta zračenje ima više energije - elektroni se kreću velikom brzinom, a njihova veličina je mala. Dakle ovu vrstu zračenje prodire kroz tanku odjeću i kožu duboko u tkiva. Možete zaštititi beta zračenje sa aluminijumski lim nekoliko milimetara ili debela drvena daska.

Gama zračenje je visokoenergetsko zračenje elektromagnetne prirode, koje ima jaku prodornu moć. Da biste se zaštitili od toga, morate koristiti debeli sloj betona ili ploču teški metali kao što su platina i olovo.

Fenomen radioaktivnosti otkriven je 1896. Do otkrića je došao francuski fizičar Becquerel. Radioaktivnost - sposobnost predmeta, jedinjenja, elemenata da emituju jonizujuće proučavanje, odnosno zračenje. Razlog za ovaj fenomen je nestabilnost atomskog jezgra, koje oslobađa energiju prilikom raspadanja. Postoje tri vrste radioaktivnosti:

prirodan - karakterističan za teške elemente, čiji je serijski broj veći od 82;
umjetni - pokrenuti posebno uz pomoć nuklearnih reakcija;
inducirani - karakterističan za objekte koji sami postaju izvor zračenja ako su jako ozračeni.

Elementi koji su radioaktivni nazivaju se radionuklidi. Svaki od njih karakteriše:

poluživot;
vrsta emitovanog zračenja;
energija zračenja;
i druga svojstva.

Izvori zračenja

Ljudsko tijelo je redovno izloženo radioaktivnom zračenju. Otprilike 80% godišnjeg primljenog iznosa dolazi od kosmičke zrake. Vazduh, voda i tlo sadrže 60 radioaktivnih elemenata koji su izvori prirodnog zračenja. Main prirodni izvor radijacijom se smatra inertni gas radon koji se oslobađa iz zemlje i stijena. Radionuklidi takođe ulaze u ljudski organizam sa hranom. Dio jonizujućeg zračenja kojem su ljudi izloženi dolazi iz antropogenih izvora, u rasponu od nuklearnih generatora energije i nuklearnih reaktora do zračenja koje se koristi za liječenje i dijagnozu. Do danas, uobičajeni umjetni izvori zračenja su:

medicinska oprema (glavni antropogeni izvor zračenja);
radiohemijska industrija (rudarstvo, obogaćivanje nuklearnog goriva, prerada nuklearnog otpada i njihova oporaba);
radionuklidi koji se koriste u poljoprivredi, lakoj industriji;
nesreće u radiohemijskim postrojenjima, nuklearne eksplozije, ispuštanje radijacije
Građevinski materijali.

Izloženost zračenju prema načinu prodiranja u tijelo dijeli se na dvije vrste: unutrašnje i vanjsko. Ovo posljednje je tipično za radionuklide raspršene u zraku (aerosol, prašina). Dolaze na kožu ili odjeću. U tom slučaju izvori zračenja se mogu ukloniti ispiranjem. Spoljašnje zračenje uzrokuje opekotine sluzokože i kože. At interni tip radionuklid ulazi u krvotok, na primjer, injekcijom u venu ili kroz ranu, a uklanja se izlučivanjem ili terapijom. Takvo zračenje izaziva maligne tumore.

Radioaktivna pozadina značajno ovisi o geografskoj lokaciji - u nekim regijama nivo radijacije može stotinama puta premašiti prosjek.

Utjecaj zračenja na ljudsko zdravlje

Radioaktivno zračenje zbog jonizujućeg efekta dovodi do stvaranja slobodnih radikala u ljudskom tijelu – kemijski aktivnih agresivnih molekula koji uzrokuju oštećenje i smrt stanica.

Na njih su posebno osjetljive ćelije gastrointestinalnog trakta, reproduktivnog i hematopoetskog sistema. Radioaktivno izlaganje remeti njihov rad i uzrokuje mučninu, povraćanje, poremećaj stolice i groznicu. Djelujući na tkiva oka, može dovesti do radijacijske katarakte. Posljedice jonizujućeg zračenja također uključuju oštećenja kao što su vaskularna skleroza, oslabljen imunitet i oštećenje genetskog aparata.

Sistem prenosa nasljednih podataka ima finu organizaciju. Slobodni radikali i njihovi derivati mogu poremetiti strukturu DNK – nosioca genetske informacije. To dovodi do mutacija koje utiču na zdravlje budućih generacija.

Priroda utjecaja radioaktivnog zračenja na tijelo određena je brojnim faktorima:

vrsta zračenja;
intenzitet zračenja;
individualne karakteristike organizma.

Rezultati izlaganja radijaciji se možda neće pojaviti odmah. Ponekad njegovi efekti postaju vidljivi nakon dužeg vremenskog perioda. Istovremeno, velika pojedinačna doza zračenja je opasnija od dugotrajnog izlaganja malim dozama.

Apsorbovanu količinu zračenja karakteriše vrednost koja se zove Sievert (Sv).

Normalna pozadina zračenja ne prelazi 0,2 mSv/h, što odgovara 20 mikrorentgena na sat. Prilikom rendgenskog snimanja zuba osoba dobije 0,1 mSv.

Smrtonosna pojedinačna doza je 6-7 Sv.

Primena jonizujućeg zračenja

Radioaktivno zračenje ima široku primenu u tehnologiji, medicini, nauci, vojnoj i nuklearnoj industriji i drugim oblastima ljudske delatnosti. Fenomen je u osnovi takvih uređaja kao što su detektori dima, generatori struje, alarmi za zaleđivanje, jonizatori zraka.

U medicini se radioaktivno zračenje koristi u terapiji zračenjem za liječenje onkološke bolesti. Jonizujuće zračenje omogućilo je stvaranje radiofarmaka. Koriste se za dijagnostičke testove. Na osnovu jonizujućeg zračenja uređeni su instrumenti za analizu sastava jedinjenja i sterilizaciju.

Otkriće radioaktivnog zračenja bilo je, bez pretjerivanja, revolucionarno - upotreba ovog fenomena dovela je čovječanstvo do novi nivo razvoj. Međutim, on je također postao prijetnja okolišu i ljudskom zdravlju. U tom smislu, održavanje radijacijske sigurnosti važan je zadatak našeg vremena.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod

Studenti, postdiplomci, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu biće vam veoma zahvalni.

Hostirano na http://allbest.ru

Rad na kursu

Na temu: "Radioaktivnost. Upotreba radioaktivnih izotopa u tehnologiji"

Uvod

1. Vrste radioaktivnog zračenja

2. Druge vrste radioaktivnosti

3. Alfa raspad

4.Beta raspad

5. Gama raspad

6. Zakon radioaktivnog raspada

7. Radioaktivni redovi

9. Primjena radioaktivnih izotopa

Uvod

Radioaktivnost - transformacija atomskih jezgara u druga jezgra, praćena emisijom različitih čestica i elektromagnetnim zračenjem. Otuda i naziv fenomena: na latinskom radiju - zračim, activus - efikasan. Ovu riječ je uvela Marie Curie. Prilikom raspada nestabilnog jezgra - radionuklida, iz njega velikom brzinom izleti jedna ili više čestica visoke energije. Protok ovih čestica naziva se radioaktivno zračenje ili jednostavno zračenje.

X-zrake. Otkriće radioaktivnosti bilo je direktno povezano s otkrićem Rentgena. Štaviše, neko vrijeme se smatralo da se radi o jednoj te istoj vrsti zračenja. Krajem 19. vijeka općenito, bio je bogat otkrićima raznih vrsta do tada nepoznatih "zračenja". 1880-ih engleski fizičar Joseph John Thomson počeo je proučavati elementarne nosioce negativnog naboja; 1891. godine irski fizičar George Johnston Stoney (1826-1911) nazvao je ove čestice elektronima. Konačno, u decembru, Wilhelm Konrad Roentgen je najavio otkriće nove vrste zraka, koje je nazvao X-zracima. Do sada su se u većini zemalja tako zvali, ali u Njemačkoj i Rusiji prihvaćen je prijedlog njemačkog biologa Rudolfa Alberta von Köllikera (1817-1905) da se pozove X-zrake. Ove zrake nastaju kada se elektroni (katodni zraci) koji brzo putuju u vakuumu sudare sa preprekom. Bilo je poznato da kada katodni zraci udare u staklo, ono emituje vidljivo svjetlo - zelenu luminiscenciju. Roentgen je otkrio da u isto vrijeme neke druge nevidljive zrake izlaze iz zelene mrlje na staklu. Desilo se slučajno: tamna soba obližnji ekran prekriven barijevim tetracijanoplatinatom Ba je svijetlio, dodano 03.05.2014.

Informacije o radioaktivnim emisijama. Interakcija alfa, beta i gama čestica sa materijom. Struktura atomskog jezgra. Koncept radioaktivnog raspada. Osobine interakcije neutrona sa materijom. Faktor kvaliteta za razne vrste zračenje.

sažetak, dodan 30.01.2010

Struktura materije, vrste nuklearnog raspada: alfa raspad, beta raspad. Zakoni radioaktivnosti, interakcija nuklearnog zračenja sa materijom, biološki efekat jonizujućeg zračenja. Radijaciona pozadina, kvantitativne karakteristike radioaktivnosti.

sažetak, dodan 04.02.2012

Nuklearno-fizička svojstva i radioaktivnost teški elementi. Alfa i beta transformacije. Suština gama zračenja. radioaktivna transformacija. Spektri raspršenog gama zračenja medija sa različitim serijskim brojevima. Fizika nuklearne magnetne rezonancije.

prezentacija, dodano 15.10.2013

Nuklearni jonizujuće zračenje, njihovi izvori i biološki efekti na organe i tkiva živog organizma. Karakterizacija morfoloških promjena na sistemskom i ćelijskom nivou. Klasifikacija posljedica izlaganja ljudi, radioprotektivna sredstva.

prezentacija, dodano 24.11.2014

Djela Ernesta Rutherforda. Planetarni model atoma. Otkriće alfa i beta zračenja, kratkotrajnog izotopa radona i stvaranje novih hemijski elementi tokom raspada teških hemijskih radioaktivnih elemenata. Utjecaj zračenja na tumore.

prezentacija, dodano 18.05.2011

X-zrake su elektromagnetski valovi čiji se spektar nalazi između ultraljubičastog i gama zračenja. Istorija otkrića; laboratorijski izvori: rendgenske cijevi, akceleratori čestica. Interakcija sa supstancom, biološki efekat.

prezentacija, dodano 26.02.2012

Pojam i klasifikacija radioaktivnih elemenata. Osnovne informacije o atomu. Karakteristike vrsta radioaktivnog zračenja, njegova prodorna moć. Poluživot nekih radionuklida. Shema procesa nuklearne fisije izazvane neutronom.

prezentacija, dodano 02.10.2014

Gama zračenje je kratkotalasno elektromagnetno zračenje. Na skali elektromagnetnih talasa graniči se sa tvrdim rendgenskim zracima, zauzimajući područje više visoke frekvencije. Gama zračenje ima izuzetno kratku talasnu dužinu.

sažetak, dodan 07.11.2003

Karakterizacija korpuskularnog, fotonskog, protonskog, rendgenskog tipa zračenja. Značajke interakcije alfa, beta, gama čestica s jonizujućim tvarima. Suština Comptonovog raspršenja i efekat formiranja para elektron-pozitron.