Направления использования радионуклидов и других источников ионизирующего излучения

Тема  номинации:

Применение радионуклидов  и других источников ионизирующего  излучения в практических целях.

Название  работы:

Направления использования  радионуклидов и других источников ионизирующего излучения. 
 
 

                                      Автор:

                                             Орлова Ольга Павловна,

                                             учащаяся 11 «Б» класса

                                             гимназии № 1,

                                             236000, г. Калининград,

                                             ул. Кропоткина,8/10

                                             Моб.тел. 89118620411

                                             Руководитель:

                                             Боженко Татьяна Витольдовна 

                             
 

Г. Калининград 2009 год

Аннотация:

В данной работе рассматриваются  общие вопросы изотопии химических элементов методы работы с радиоактивными изотопами, возможности и направления  их применения в хозяйстве, промышленности и жизни.

Целью данной работы явилось не только изучение радионуклидов  и других источников ионизирующего  излучения, но и систематизация основных направлений их применения.

Результатом данной работы было построение структурной  таблицы, которая наглядно показывает основные направления использования  радионуклидов и других источников ионизирующего излучения. 

                                       

   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Вступление. 

Ионизирующее излучение  — в самом общем смысле —  различные виды микрочастиц и  физических полей, способные ионизировать вещество. В более узком смысле к ионизирующему излучению не относят ультрафиолетовое излучение и излучение видимого диапазона света, которое в отдельных случаях также может быть ионизирующим. Излучение микроволнового и радиодиапазонов не является ионизирующим.

Природа ионизирующего  излучения  

Наиболее значимы  следующие типы ионизирующего излучения: коротковолновое электромагнитное излучение (рентгеновское и гамма-излучения), потоки заряжённых частиц: бета-частиц (электронов и позитронов), альфа-частиц (ядер атома гелия-4), протонов, других ионов, мюонов и др., а также нейтронов.

Источники ионизирующего  излучения  

В природе ионизирующее излучение обычно генерируется в  результате спонтанного радиоактивного распада радионуклидов, ядерных реакций (синтез и индуцированное деление ядер, захват протонов, нейтронов, альфа-частиц и др.), а также при ускорении заряженных частиц в космосе (природа такого ускорения космических частиц до конца не ясна). Искусственными источниками ионизирующего излучения являются искусственные радионуклиды (генерируют альфа-, бета- и гамма-излучения), ядерные реакторы (генерируют главным образом нейтронное и гамма-излучение), радионуклидные нейтронные источники, ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц, а также тормозное фотонное излучение), рентгеновские аппараты (генерируют тормозное рентгеновское излучение).

Физические свойства ионизирующих излучений  

По механизму взаимодействия с веществом выделяют непосредственно (потоки заряжённых частиц) и косвенно ионизирующее излучение (потоки нейтральных элементарных частиц — фотонов и нейтронов). По механизму образования — первичное (рождённое в источнике) и вторичное (образованное в результате взаимодействия излучения другого типа с веществом) ионизирующее излучение. 

Важными показателями взаимодействия ионизирующего излучения  с веществом служат такие величины, как линейная передача энергии (ЛПЭ), показывающая, какую энергию излучение передаёт среде на единице длины пробега при единичной плотности вещества, а также поглощённая доза излучения, показывающая, какая энергия излучения поглощается в единице массы вещества. В Международной системе единиц (СИ) единицей поглощённой дозы является грэй (Гр), численно равный отношению 1 Дж к 1 кг. Ранее широко применялась также экспозиционная доза излучения — величина, показывающая, какой заряд создаёт фотонное (гамма- или рентгеновское) излучение в единице объёма воздуха. Наиболее часто применяющейся единицей экспозиционной дозы был рентген (Р), численно равный 1 СГСЭ-единицы заряда к 1 см³ воздуха.

Биологическое действие ионизирующих излучений  

Ионизация, создаваемая  излучением в клетках, приводит к  образованию свободных радикалов. Свободные радикалы вызывают разрушения целостности цепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и канцерогенезу и мутагенезу. Наиболее подвержены воздействию ионизирующего излучения активно делящиеся (эпителиальные, стволовые, также эмбриональные) клетки.   

Из-за того, что разные типы ионизирующего излучения обладают разной ЛПЭ, одной и той же поглощённой  дозе соответствует разная биологическая  эффективность излучения. Поэтому для описания воздействия излучения на живые организмы вводят понятия относительной биологической эффективности (коэффициента качества) излучения по отношению к излучению с низкой ЛПЭ (коэффициент качества фотонного и электронного излучения принимают за единицу) и эквивалентной дозы ионизирующего излучения, численно равной произведению поглощённой дозы на коэффициент качества. 

• Целью данной работы является систематизация  знаний и сведений об областях науки, техники и хозяйства, в которых  применяются радиоактивные изотопы.

 

 

 

 
 
 
 
 

Авторадиография 

  Это исторически  самый первый и, по-прежнему, весьма  популярный метод детекции различных радионуклидов. Рентгеновские лучи уже давно используются для просвечивания различных предметов с целью обнаружения в них внутренних дефектов. Однако до недавнего времени применяемые для этих целей рентгеновские аппараты были сравнительно маломощны. Исключительно простой выход из положения был найден, когда для этих целей стали применять радиоактивные вещества, созданные в ядерных реакторах. Они гораздо дешевле рентгеновских установок и обладают достаточно мощным излучением. 

  Главное преимущество  авторадиографии — простота и  доступность. Выдержите образец  с рентгеновской пленкой, затем  проявите пленку в стандартных  условиях — и получите картину  распределения радионуклида по  поверхности образца: геля, тонкослойной  хроматограммы и т.д 

Очень полезной и  эффективной оказалась "электронная  авторадиография", возникшая сравнительно недавно, как результат развития микроэлектроники и компьютерной техники. 

Фосфоимиджер — прибор для "электронной авторадиографии" фосфора-32. Кассета с многократно используемым экраном экспонируется с плоским образцом: гелем, хроматографической пластинкой и т.п. Затем экран помещается в прибор, в котором с помощью лазерного сканирования определяется местоположение и активность радиоактивного материала, экспонировавшегося с экраном. 

Другая вариация на эту тему — это использование  газопроточных счетчиков для "электронной авторадиографии". Представьте себе щетку для одежды, каждый волосок которой диаметром 0,2 мм является индивидуальным газопроточным счетчиком. Если вы совместите такую "щетку" общим размером 18 х 24 см с исследуемым плоским образцом, то на экране компьютера в реальном времени вы сможете наблюдать количественную картинку распределения "радиоактивных веществ" на плоскости вашего образца. Разные модификации такого прибора позволяют работать практически со всеми радионуклидами, которые применяются в биологии. 

Эффективность счета  в этих приборах, конечно, не может  быть высокой, однако для практической работы в биологии этот недостаток с лихвой компенсируется быстротой  и удобством "электронной авторадиографии", а также возможностью получения  результата сразу в электронном  виде. 

  Защита от электрических зарядов.

  Под  действием  радиоактивных излучений происходит ионизация различных веществ, попадающих под эти излучения. В газах  при этом возникает проводимость – это свойство лежит в основе работы ряда измерительных приборов.

  Это же свойство радиоактивных изотопов используется и в устройствах, предназначенных  для устранения опасных электрических  зарядов.

  Если в двигателях внутреннего сгорания, окружённая металлическими стенками цилиндра, электрическая искра  в точно определённое время поджигает  сжатые пары бензина, делая тем самым  полезное дело, то в ряде случаев  эти невинные красивые искры могут  явиться причиной тяжёлых катастроф.

  А сколько  неприятностей создают трущиеся, а тем самым и заряжающиеся электричеством большие поверхности  в производстве, где изготовляются  или применяются листовые пластические материалы, обёрточная бумага, нитки  на ткацких станках! Если все эти  крошечные заряды не устранить, они  могут создать хаос в автоматически  работающих аппаратах и станках: заставят заряженные поверхности прочно слипаться или, наоборот, расходиться  в стороны, к ним будут притягиваться  частицы пыли и всевозможные соринки, превращая в брак изготовленный  материал.

  Достаточно, однако, поместить возле таких непрерывно электрически заряжающихся в работе материалов и изделий безопасный для окружающих радиоактивный источник - бета-излучатель (стронций-90, прометий-147 и др.), как картина тотчас же изменится.

  Бета-частицы, пронизывающие по всем направлениям окружающий воздух, ионизирует его, делают его проводящим, вследствие чего образующиеся электрические заряды сразу же стекают  на землю и не могут накопиться до величины, способный породить искру.

  Всё, что где-либо оказывается электрически заряженным, в присутствии источника радиоактивного излучения немедленно разряжается.

Определение толщины  предметов.

 Светлые и темные  места, получаемые на рентгеновских  снимках человеческого тела или  какого-либо предмета, означают, что  те или иные участки просвечиваемого  объекта пропускают или задерживают  эти лучи в большей или меньшей  степени. Общее правило в этом  случае гласит: чем плотнее, то  есть тяжелее, вещество, стоящее  на пути лучей, тем сильнее  оно их задерживает. Отсюда  рентгеновский снимок может служить  одновременно и мерой плотности  вещества. Путем сравнения самых  светлых и темных мест полученного  изображения с заранее промеренным  образцом можно определить толщину  облучаемого предмета.

В гамме-установке, сконструированной  для подобной цели, на место фотопленки ставят любой прибор, измеряющий интенсивность  дошедших до него гамма-лучей, например ионизационный счетчик.

Изменение электрического тока можно использовать и для  автоматического управления работой  станка, изготовляющего материал. Когда, например, толщина листа становится тоньше требуемой, этот ток приводит в действие специальный механизм, который немедленно разводит валки  станка — и прокатываемая пленка или лист утолщается. Таким же образом  можно и уменьшать толщину  проката. 

Применение радиоактивных  соединений в медицине. 

РАДИОИЗОТОПНАЯ ДИАГНОСТИКА  — применение радиоактивных изотопов и меченых соединений для исследования органов и систем человека с целью  распознавания болезней.

Основным методом  радиоизотопной диагностики является метод радиоактивной индикации, т. е. способ наблюдения за введенными в организм радиоактивными веществами.

Радиоактивные изотопы  ряда химических элементов являются источниками ионизирующих излучений, которые с помощью специальных  радиометрических и записывающих устройств  могут быть зарегистрированы после  введения изотопа в организм человека с большой степенью точности. Современная  радиологическая аппаратура позволяет  улавливать и изучать крайне малые  количества радиоактивных соединений (так называемые индикаторные количества), которые практически безвредны  для организма обследуемого. Регистрируя  распределение, перемещение, превращение  и выведение из организма радиоактивных  индикаторов, врач получает возможность  судить об участии соответствующих  элементов в биохимических и  физиологических процессах в  организме.