Активність радіоактивної речовини. Застосування радіоактивних ізотопів

 
 

Чи можна дізнатися, яке саме ядро в певній радіоактивній речовині розпадеться першим? Яке буде наступним? Яке розпадеться останнім? Фізики стверджують, що дізнатися про це неможливо: розпад того чи іншого ядра радіонукліда — подія випадкова. Разом із тим поведінка радіоактивної речовини в цілому підлягає чітко визначеним закономірностям.

Дізнаємося про період піврозпаду

Якщо взяти закриту скляну колбу, що містить певну кількість Ра-дону-220, то виявиться, що приблизно через 56 с кількість радону в колбі зменшиться вдвічі. Ще через 56 с із решти атомів знову залишиться половина і т. д. Отже, зрозуміло, чому інтервал часу 56 с був названий періодом піврозпаду Радону-220. період піврозпаду Т1/2 — це фізична величина, що характеризує радіонуклід і дорівнює часу, протягом якого розпадається половина наявної кількості ядер даного радіонукліда.

Одиниця періоду піврозпаду в СІ — секунда:

У кожного радіонукліда — свій період піврозпаду (див. таблицю).

Зразок містить 6,4 · 1020 атомів Йоду-131. Скільки атомів Йоду-131 буде в зразку через 32 доби?



 

Даємо означення активності радіоактивного джерела

І Уран-238, і Радій-226 є а-радіо-активними (їхні ядра можуть спонтанно розпадатися на а-частинку і відповідне дочірнє ядро). Якщо кількість атомів Урану-238 і Ра-дію-226 є однаковою, з якого зразка за 1 с вилетить більше а-частинок?

Сподіваємося, що ви правильно відповіли на подане запитання й, урахувавши, що періоди піврозпаду даних радіонуклідів відрізняються майже у 3 млн разів, визначили, що за той самий час у зразку радію відбудеться набагато більше а-розпадів, ніж у зразку урану.

Фізичну величину, яка чисельно дорівнює кількості розпадів, що відбуваються в певному радіоактивному джерелі за одиницю часу, називають активністю радіоактивного джерела.

Рис. 24.1. Графік залежності активності Радію-226 від часу. Період піврозпаду Радію-226 — 1600 років

Історія відкриття штучних радіоактивних ізотопів

Перший штучний радіоактивний ізотоп (^Р) був отриманий на початку 1934 р. подружжям Фредеріком і Ірен Жоліо-Кюрі. Опромінюючи а-частинками алюміній, вони спостерігали випромінювання нейтронів, тобто відбувалася така ядерна реакція:

Італійський фізик Енріко Фермі уславив своє ім’я кількома видатними досягненнями. Однак свою найвищу нагороду — Нобелівську премію — учений одержав за відкриття штучної радіоактивності, спричиненої опромінюванням речовини повільними нейтронами. Зараз метод опромінювання нейтронами широко застосовують у промисловості для отримання радіоактивних ізотопів.

Активність радіоактивного джерела позначають символом Л. Одиниця активності в СІ — бекерель.

1 Бк — це активність такого радіоактивного джерела, в якому за 1 с відбувається 1 акт розпаду:

1 Бк — це дуже мала активність, тому використовують позасистемну одиницю активності — кюрі (Кі):

На честь яких науковців названо зазначені одиниці? Які відкриття вони зробили?

Якщо зразок містить атоми лише одного радіонукліда, то активність цього зразка можна визначити за формулою:

де N — кількість атомів радіонукліда в зразку на даний час; 1 — стала радіоактивного розпаду радіонукліда (фізична величина, яка є характеристикою радіонукліда та пов’язана з періодом піврозпаду

співвідношенням:

Оскільки з плином часу в радіоактивному зразку кількість ядер радіонуклідів, що не розпалися, зменшується, то зменшується й активність зразка (рис. 24.1).


Дізнаємося про застосування радіоактивних ізотопів

Наявність у певному об’єкті радіонуклідів можна виявити за випромінюванням. Ви вже з’ясували, що активність випромінювання залежить від виду радіонукліда та його кількості, яка з часом зменшується. Все це покладено в основу використання радіоактивних ізотопів, які фізики навчилися отримувати штучно. Зараз для кожного хімічного елемента, що зустрічається в природі, отримано штучні радіоактивні ізотопи.

Можна визначити два напрями використання радіоактивних ізотопів.

1. Використання радіоактивних ізотопів як індикаторів. Радіоактивність є своєрідною міткою, за допомогою якої можна виявити наявність елемента, простежити за поведінкою елемента під час фізичних і біологічних процесів тощо (див., наприклад, рис. 24.2).

2. Використання радіоактивних ізотопів як джерел у-випромінювання (див., наприклад, рис. 24.3).

Розглянемо кілька прикладів.

Застосовуємо радіоактивні ізотопи для діагностики захворювань

Організм людини має властивість накопичувати у своїх тканинах певні хімічні речовини. Відомо, наприклад, що щитоподібна залоза накопичує йод, кісткова тканина — фосфор, кальцій і стронцій, печінка — деякі барвники тощо. Швидкість накопичування речовин зале-жіть від стану здоров’я органа. Наприклад, відомо, що активність щитоподібної залози різко зростає у випадку базедової хвороби.

За кількістю йоду в щитоподібній залозі зручно стежити за допомогою його у-радіо-активного ізотопу. Хімічні властивості радіоактивного і стабільного йоду не відрізняються, тому радіоактивний Йод-131 буде накопичуватися так само, як і його стабільний ізотоп.

Якщо щитоподібна залоза в нормі, то через певний час після введення в організм Йоду-131 у-випромінювання від нього матиме певну оптимальну інтенсивність. А от якщо щитоподібна залоза функціонує з відхиленням від норми, то інтенсивність у-випромінювання буде аномально високою або, навпаки, низькою.


Аналогічний метод застосовують для досліджування обміну речовин в організмі, виявлення пухлин та ін.

Зрозуміло, що, використовуючи зазначені методи діагностики, необхідно ретельно дозувати кількість радіоактивного препарату, щоб внутрішнє опромінювання спричинило мінімальний негативний вплив на організм людини.

рис. 24.4. Отриманий з молодого дерева 1 г вуглецю має активність 14-15 Бк (випромінює 14-15 р-частинок за секунду). Через 5700 років після загибелі дерева кількість р-розпадів за секунду зменшується удвічі

рис. 24.5. Найбільш поширену медичну продукцію: шприци, системи переливання крові тощо — перед відправленням споживачеві ретельно стерилізують із використанням у-випромінювання

визначаємо вік стародавніх предметів

В атмосфері Землі завжди є певна кількість р-радіоактивного Карбону ^С , який утворюється з Нітрогену внаслідок ядерної реакції з нейтронами. Цей ізотоп у складі вуглекислого газу (С02) поглинається рослинами, а через них — тваринами. Поки тварина або рослина живі, вміст радіоактивного Карбону в них залишається незмінним. Після припинення життєдіяльності організму кількість радіоактивного Карбону починає зменшуватися, зменшується й активність р-випромінювання. Знаючи, що період піврозпаду Карбону ^С становить 5700 років, можна визначити вік археологічних знахідок (рис. 24.4).

Застосовуємо у-випромінювання в техніці

Особливе значення в техніці мають гамма-дефектоскопи, за допомогою яких перевіряють, наприклад, якість зварених з’єднань. Якщо майстер, приварюючи петлі до воріт, припустився браку, через деякий час петлі відваляться. Це, звісно, неприємно, але ситуацію можна виправити. А от якщо брак стався у зварюванні елементів конструкції моста або ядерного реактора, трагедія неминуча. Завдяки тому що у-промені по-різному поглинаються масивною сталлю і сталлю з порожнинами, гамма-дефектоскоп «бачить» тріщини всередині металу, а отже, виявляє брак ще на стадії виготовлення конструкції.

Знищуємо мікробів за допомогою радіації

Відомо, що певна доза опромінення вбиває організми. Але ж не всі вони корисні для людини. Так, медики невпинно працюють над тим, щоб позбутися хвороботворних мікробів. Згадайте: в лікарнях миють підлогу спеціальними розчинами, опромінюють приміщення ультрафіолетом, обробляють медичний інструмент і т. д. Такі процедури називають дезінфекцією та стерилізацією.

Поставити процес стерилізації на промислову основу дозволили особливості у-випро-мінювання (рис. 24.5). Така стерилізація

здійснюється у спеціально створених установках із надійним захистом від проникаючої радіації. Як джерело у-променів використовують штучно створені ізотопи Кобальту

Учимося розв'язувати задачі

Задача. Визначте масу Радію-226, якщо його активність становить 5 Кі. Стала радіоактивного розпаду Радію-226 дорівнює 1,37 · 10 11 с-1.

Аналіз фізичної проблеми, пошук математичної моделі Для розв’язання задачі скористаємося формулою для визначення активності: Л = XN. Знаючи активність, визначимо кількість N атомів Радію. Масу речовини можна визначити, якщо кількість атомів помножити на масу одного атома: т = N ■ т0 .

Підбиваємо підсумки

Час, протягом якого розпадається половина наявної кількості ядер даного радіонукліда, називають періодом піврозпаду Т1/2 . Період півроз-паду є характеристикою радіонукліда.

Фізичну величину, яка чисельно дорівнює кількості розпадів, що відбуваються в певному радіоактивному джерелі за одиницю часу, називають активністю радіоактивного джерела. Якщо джерело містить атоми тільки одного радіонукліда, активність Л джерела можна визначити за формулою: Л = XN, де N — кількість атомів радіонукліда в зразку; 1 — стала радіоактивного розпаду радіонукліда. Одиниця активності в СІ — бекерель (Бк).

Із часом активність радіонуклідів зменшується, і цю властивість застосовують для визначення віку археологічних знахідок. Штучно створені ізотопи використовують для стерилізації одноразових медичних виробів, діагностики та лікування захворювань, виявлення дефектів у металах та ін.

Контрольні запитання —

1. Дайте означення періоду піврозпаду. Що характеризує ця фізична величина? 2. Що таке активність радіоактивного джерела? 3. Яка одиниця активності в СІ? 4. Як активність радіонукліда пов’язана зі сталою його розпаду?

5. Чи змінюється з часом активність радіонукліда? Якщо змінюється, то чому

і як? 6. Наведіть приклади використання радіоактивних ізотопів.

вправа № 24

1. Є однакова кількість ядер Йоду-131, Радону-220 і Урану-235. Який радіонуклід має найбільший період піврозпаду? Активність якого радіонукліда на даний момент часу є найбільшою? Обґрунтуйте свою відповідь.

2. У зразку міститься 2 · 1020 атомів Йоду-131. Визначте, скільки ядер Йоду розпадеться в зразку протягом години. Активність Йоду-31 протягом цього часу вважайте незмінною. Стала радіоактивного розпаду Йоду-131 дорівнює 9,98 · 10-7 с-1.

3. Період піврозпаду радіоактивного Карбону-14 становіть 5700 років. У скільки разів зменшилася кількість атомів Карбону-14 у сосні, яку зрубали 17 100 років тому?

4. Визначте період піврозпаду радіонукліда, якщо за інтервал часу 1,2 с кількість ядер, що розпалися, складає 75 % їхньої початкової кількості.

5. На даний момент часу в радіоактивному зразку міститься 0,05 моль Ра-дону-220. Визначте активність Радону-220 у цьому зразку.

6. На сьогодні одними з найбільш значущих є дослідження обміну речовин в організмі людини за допомогою радіоактивних ізотопів. Зокрема, виявлено, що за порівняно невеликий час організм майже повністю відновлюється. Скористайтеся додатковими джерелами інформації та дізнайтеся про ці дослідження більше.

Фізика і техніка в Україні

національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут»

(ННЦ ХФТІ) — всесвітньо відомий науковий центр у галузі фізичних наук. Установу створено в 1928 р. за ініціативою академіка А. Ф. Йоффе як Український фізико-технічний інститут із метою досліджень у галузі ядерної фізики та фізики твердого тіла.

Уже в 1932 р. в інституті було отримано видатний результат — здійснено розщеплення ядра атома Літію. Пізніше в лабораторних умовах отримано рідкі водень і гелій, збудовано перший трикоординатний радіолокатор, проведено перші дослідження ви-соковакуумної техніки, що дало поштовх розвиткові нового фізико-технологічного напряму — вакуумної металургії. У повоєнні часи вчені інституту відігравали вагому роль у вирішенні проблем використання атомної енергії.

У різні роки в ННЦ ХФТІ працювали видатні фізики: І. В. Обреімов, Л. Д. Ландау, І. В. Кур-чатов, К. Д. Синельников, Л. В. Шубников, О. І. Лейпунський, Є. М. Ліфшиць, І. М. Ліф-шиць, А. К. Вальтер, Б. Г. Лазарєв, Д. Д. Іваненко, А. І. Ахієзер, В. Є. Іванов, Я. Б. Файнберг, Д. В. Волков та ін. Наукові школи, створені в інституті, відомі в усьому світі.

У ННЦ ХФТІ розташований найпотужніший у СНД лінійний прискорювач електронів, а також сукупність термоядерних комплексів «Ураган».

Генеральний директор центру — відомий український фізик, академік НАНУ Микола Федорович Шульга.

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Фізики за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.