Использование радиоактивных излучений в научных исследованиях кратко

Обновлено: 02.07.2024

В работе кратко описано явление радиоактивности, рассмотрены радиоактивные изотопы в природе, их биологическое действие, рассмотрены приборы, способные регистрировать и измерять поток ионизирующих излучений. Проведены исследования: 1) оценка уровня радиационной безопасности помещений, 2) определение уровня радиационной загрязненности продуктов питания.

Вложение	Размер
В работе проведена оценка уровня радиационной безопасности и определение уровня радиационной загрязненности продуктов питания.	146.5 КБ
radioaktivnost.ppt	2.29 МБ

Предварительный просмотр:

Городская конференция обучающихся муниципальных

Лекомцева Марина Михайловна,

Васина Лариса Валерьевна,

Глава 1. Радиоактивность 5

1.1. Что такое радиоактивность? 5

1.2. Радиоактивные изотопы в природе 6

1.3. Биологическое влияние малых доз излучения на человека 7

1.4.Прибор, способный регистрировать и измерять поток ионизирующих излучений

Глава 2. Радиационный мониторинг. 11

1.1. Оценка уровня радиационной безопасности. 11

1.2. Определение уровня радиационной загрязненности продуктов питания. 13

Список использованной литературы 15

В природе явление радиоактивности распространено довольно широко — больше половины элементов системы Менделеева имеют естественные радиоактивные изотопы. Они встречаются повсюду — в воде, воздухе, почве, в тканях растений и животных, в продуктах питания и в человеческом организме, куда поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Из космоса на поверхность Земли падают радиоактивные осадки (1,7%). Да и сам человек осваивает атомную энергетику, создает искусственную радиацию.

Совсем недавно ученые поняли, что наиболее весомым из всех естественных источников радиации является невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ радон, который тоже принадлежит радиоактивному семейству урана. Он образуется в результате альфа-распада радия-226. Поскольку радий содержится практически во всех почвах, повсюду из почвы в атмосферу выделяется радон.

Радон вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада ответственен примерно за 3/4 годовой индивидуальной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и примерно за половину этой дозы от всех естественных источников радиации. Радиоактивный радон и продукты его распада попадают в организм человека при дыхании, значит облучение радоном внутреннее, что наиболее опасно. Концентрация радона повышается в закрытых непроветриваемых помещениях, в подвалах и в нижних этажах зданий.

Человек с помощью своих органов чувств не способен обнаружить не только малые, но и опасные для него дозы радиоактивного излучения, важно изучать явление радиоактивности, уметь его регистрировать – это послужило основанием для актуальности нашего исследования.

Объектом исследования являются различные помещения, а также продукты питания.

Предметом исследования – уровень радиационного фона помещения, продуктов питания.

Цель исследования – измерить и сравнить уровень радиационного фона помещений и радиоактивной загрязненности продуктов питания.

Были поставлены следующие задачи :

узнать что такое радиоактивность;
рассмотреть радиоактивные изотопы в природе;
выяснить биологическое влияние малых доз излучения на человека;
рассмотреть прибор, который способен регистрировать и измерять поток ионизирующих излучений;
измерить уровень радиационного фона помещений, а также радиационного загрязнения продуктов питания.

Практическая значимость исследования состоит в том, что предложенный в работе радиационный мониторинг позволяет измерить уровень радиационного фона помещений и продуктов питания и выявить менее радиационные из них.

Глава 1. Радиоактивность .

Задачами 1 главы являются узнать про радиоактивность и радиоактивные изотопы в природе, а также рассмотреть влияние излучений на человека и познакомится с прибором, который предназначен для их регистрации и измерения.

1.1. Что такое радиоактивность?

Радиоактивность (от латинских radius — луч и activus — действенный) — самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием ядерных излучений (радиацией). В природе наиболее часто встречаются два типа радиоактивных превращений — альфа-распад и бета-распад. При альфа-распаде из радиоактивного ядра выбрасывается альфа-частица (ядро атома изотопа 4 Не). При бета-распаде из атомного ядра выбрасывается электрон и антинейтрино (электронный бета-распад) или позитрон и нейтрино (позитронный бета-распад).

Если атомное ядро после распада оказывается в возбужденном состоянии, оно очень быстро переходит в основное состояние. При этом самопроизвольном переходе испускается квант электромагнитного излучения, называемый гамма-квантом.

Установлено, что радиоактивны все химические элементы с порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута), и многие более лёгкие элементы (прометий и технеций не имеют стабильных изотопов, а у некоторых элементов, таких как индий, калий или кальций, часть природных изотопов стабильны, другие же радиоактивны).

Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе.

Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.

Некоторые изотопы могут испытывать одновременно два или более видов распада. Например, висмут-212 распадается с вероятностью 64 % в таллий-208 (посредством альфа-распада) и с вероятностью 36 % в полоний-212 (посредством бета-распада).

Образовавшееся в результате радиоактивного распада дочернее ядро иногда оказывается также радиоактивным и через некоторое время тоже распадается. Процесс радиоактивного распада будет происходить до тех пор, пока не появится стабильное, то есть нерадиоактивное ядро, а последовательность возникающих при этом нуклидов называется радиоактивным рядом. В частности, для радиоактивных рядов, начинающихся с урана-238, урана-235 и тория-232, конечными (стабильными) нуклидами являются соответственно свинец-206, свинец-207 и свинец-208.

1.2. Радиоактивные изотопы в природе.

Явление радиоактивности в природе далеко не так редко и исключительно, как это обычно принято считать. Больше половины элементов таблицы Менделеева имеют естественные радиоактивные изотопы. Если все радиоактивные ядра сами собой распадаются, то возникают вопросы: почему же на Земле, возраст которой не менее 4—5 млрд. лет, до сих пор встречаются радиоактивные изотопы? Почему все радиоактивные ядра давно не распались?

Но в природе встречаются радиоактивные изотопы со значительно более короткими периодами полураспада. Так, период полураспада радия 226 Ra около 1600 лет, радона 222 Rn — 3,82 дня, а полония 218 Ро всего лишь 3 мин. И все же эти изотопы можно обнаружить и сегодня, и завтра; и через 50 лет их будет примерно такое же количество. Для ответа на эту загадку придется подробнее познакомиться с тем, что происходит при радиоактивных распадах ядер урана и тория.

Продукты распада урана и тория не являются стабильными изотопами. Они, в свою очередь, испытывают радиоактивный распад, распадаются продукты их распада и т. д. Цепь радиоактивных превращений включает до 14—15 звеньев. Конечными продуктами радиоактивных превращений урана и тория являются стабильные изотопы свинца. Вся совокупность радиоактивных изотопов, возникающих в результате радиоактивных превращений урана, называется радиоактивным семейством урана. Торий и продукты его радиоактивных превращений образуют радиоактивное семейство тория. Убыль ядер этих изотопов в природе в результате радиоактивного распада постоянно пополняется за счет распадов новых ядер урана.

Уран, торий и члены их радиоактивных семейств, а также радиоактивный изотоп калия 40 К играют серьезную роль в геологических процессах. Как известно, внутренние области земного шара довольно сильно разогреты. По мере углубления от поверхности Земли к ее центру температура в земной коре повышается в среднем на 30 °С на каждый километр. На глубине 1000 км температура поднимается примерно до 3000 К. Общий тепловой поток, излучаемый Землей в мировое пространство составляет 1,2*10 2 Дж в год (т. е. 3,8*10 10 кВт).

Источник внутренней энергии Земли долгое время был неизвестен. Лишь после открытия радиоактивности и определения содержания радиоактивных веществ в земной коре стало ясно, что одним из основных источников внутренней энергии Земли

является энергия радиоактивного распада урана и тория с членами их радиоактивных семейств. Процессы горообразования и движения материков, извержения вулканов и землетрясения связаны с наличием разогретых внутренних слоев Земли. Следовательно, эти великие и грозные явления природы обусловлены в конечном счете естественной радиоактивностью земных пород.

Естественные радиоактивные изотопы имеются в заметных количествах в почве и стенах зданий, в воздухе и в воде, в пище и в тканях человеческого организма, однако содержание их в природе во много раз меньше тех количеств, которые могут представлять опасность для здоровья человека.

1.3. Биологическое влияние малых доз излучения на человека

Приносят ли дозы ионизирующего излучения, сравнимые с естественным фоном, какой-то ущерб здоровью человека? На этот вопрос невозможно дать точный и однозначный ответ, подобно тому как нельзя дать однозначный ответ на вопрос о влиянии на организм человека обычного солнечного света. Солнечный свет, безусловно, необходим человеку, без него жизнь на Земле невозможна. Но ультрафиолетовое излучение Солнца может вызвать ожог кожи, быть причиной заболеваний кожи и крови.

Аналогична картина и с естественным фоном ионизирующей радиации. С одной стороны, человек как вид появился на Земле в результате эволюции живой природы. Необходимыми условиями эволюции являются изменчивость и естественный отбор. Изменчивость есть следствие мутаций генов, а одним из факторов, вызывающих мутации, является естественный фон ионизирующей радиации. По современным представлениям, без участия естественного радиационного фона, вероятно, не было бы и жизни на Земле в настоящем ее виде. Поэтому нет оснований сетовать на судьбу, что нам досталась планета, содержащая в себе радиоактивные изотопы. Не будь радиоактивности и космического излучения, видимо, не было бы и человека на Земле.

Но может быть, естественный фон ионизирующей радиации был полезным для эволюции жизни на ранних этапах ее развития, но вреден сейчас? Против такого предположения свидетельствует ряд фактов. Опыты с растениями показали, что если их практически полностью защитить от внешнего ионизирующего излучения, удалить из почвы естественные радиоактивные изотопы, то развитие растений замедляется, их продуктивность снижается. Многократно повторенные опыты показали, что небольшие дозы излучения, сравнимые с уровнем естественного фона, стимулируют развитие растений. Сходные результаты получены и в опытах на животных. Безвредность малых доз облучения для человеческого организма подтверждается исследованиями средней продолжительности жизни людей в зависимости от уровня естественного фона ионизирующей радиации.

Предельно допустимой дозой (ПДД) облучения для лиц, профессионально связанных с использованием источников ионизирующей радиации, является 50 мЗв за год. Этот уровень облучения был принят за допустимый на том основании, что он близок к уровню естественного радиационного фона в некоторых местах на Земле и никаких отрицательных последствий для человека при действии таких доз не обнаружено. Санитарными нормами установлен допустимый уровень разового аварийного облучения для населения — 0,1 Зв. Это примерно равно дозе фонового облучения человека за всю жизнь.

В качестве предельно допустимой дозы систематического облучения населения установлена эквивалентная доза облучения 5 мЗв за год, т. е. 0,1 ПДД.

За все время жизни человека (70 лет) допустимая доза облучения для населения составляет 5 мЗв/год-70 лет = 350 мЗв = 0,35 Зв = 35 бэр.

Согласно оценкам, полученным при первом подходе, доза в 1 Гр., полученная при низком уровне радиации только особями мужского пола, индуцирует появление от 1000 до 2000 мутаций, приводящих к серьезным последствиям, и от 30 до 1000 хромосомных аберраций на каждый миллион живых новорожденных. Оценки, полученные для особей женского пола, гораздо менее определенны, но явно ниже; это объясняется тем, что женские половые клетки менее чувствительны к действию радиации. Согласно ориентировочным оценкам, частота мутаций составляет от 0 до 900, а частота хромосомных аберраций от 0 до 300 случаев на миллион живых новорожденных.

1.4. Прибор, способный регистрировать и измерять поток ионизирующих излучений

Дозиметр измеряет мощность дозы ионизирующего излучения непосредственно в том месте, где он находится. Основное предназначение бытового дозиметра - измерение мощности дозы в том месте, где этот дозиметр находится (в руках человека, на грунте и т.д.) и проверка тем самым на радиоактивность подозрительных предметов. Однако скорее всего, Вам удастся заметить только достаточно серьезные повышения мощности дозы.

Поэтому индивидуальный дозиметр поможет прежде всего тем, кто часто бывает в районах, загрязненных в результате аварии на ЧАЭС (как правило, все эти места хорошо известны).

Кроме того, такой прибор может быть полезен в незнакомой удаленной от цивилизации местности (на пример при сборе ягод и грибов в достаточно "диких" местах), при выборе места для строительства дома, для предварительной проверки привозного грунта при ландшафтном благоустройстве. Повторим, однако, что в этих случаях полезен он будет только при весьма существенных радиоактивных загрязнениях, которые встречаются нечасто.

Не очень сильные, но тем не менее небезопасные загрязнения бытовым дозиметром обнаружить очень трудно. Для этого нужны совершенно другие методы, которые могут использовать только специалисты.

Относительно возможности проверять с помощью бытового дозиметра соответствие радиационных параметров установленным нормам можно сказать следующее.

Дозовые показатели (мощность дозы в помещениях, мощность дозы на местности) для отдельных точек проверить можно. Однако бытовым дозиметром очень трудно обследовать все помещение и добиться уверенности в том, что не пропущен локальный источник радиоактивности.

Почти бесполезно пытаться измерять радиоактивность продуктов питания или стройматериалов с помощью бытового дозиметра. Дозиметр способен выявить разве что ОЧЕНЬ СИЛЬНО загрязненные продукты или строительные материалы, содержание радиоактивности в которых в десятки раз превосходит допустимые нормы. Напомним, что для продуктов и строительных материалов нормируется не мощность дозы, а содержание радионуклидов, а дозиметр принципиально не позволяет измерять этот параметр. Здесь опять же нужны другие методы и работа специалистов.

Бытовые дозиметры в основном различаются по следующим параметрам:

типы регистрируемых излучений - только гамма, или гамма и бета;
тип блока детектирования - газоразрядный счетчик (также известен как счетчик Гейгера) или сцинтилляционный кристалл/пластмасса; количество газоразрядных счетчиков варьируется от 1 до 4-х;
размещение блока детектирования - выносной или встроенный;
наличие цифрового и/или звукового индикатора;
время одного измерения - от 3 до 40 секунд;
наличие тех или иных режимов измерения и самодиагностики;
габариты и вес;
цена, в зависимости от комбинации вышеперечисленных параметров.

В нашей работе мы будем использовать дозиметр "QUARTEX Model RD 8901", который разработан и производится Международным научно-технологическим парком "Технопарк в Москворечье". Детектор радиационного излучения "QUARTEX Model RD 8901" предназначен для измерения мощности поглощенной дозы гамма-излучения и зараженности объектов источниками бета-частиц.

Позволяет оперативно контролировать радиационную обстановку в помещениях и на местности.

Прибор калиброван по цезию-137, прошел Государственную регистрацию, имеет сертификат качества.

Глава 2. Радиационный мониторинг.

Задачей 2 главы является измерение уровня радиационного фона помещений, а также радиационного загрязнения продуктов питания.

1.1.Оценка уровня радиационной безопасности.

Цель работы: измерить уровень радиационного фона помещений.

Приборы и материалы: дозиметр бытовой

Подготовим к работе дозиметр.
Поместим прибор в первой контрольной точке и произведите замеры мощности дозы радиационного излучения 5~6 раз. Результаты запишите в таблице 1.
Рассчитаем среднее значение мощности дозы. Результат запишите в таблице 1. Повторите действия п.2-3 в других контрольных точках.
Сравним полученные в работе значения мощности дозы излучения с предельно допустимым уровнем фоновой радиации (10-20 мкР/час). Сделаем вывод об уровне радиационной безопасности местности.

Определение уровня радиационной загрязнённости продуктов питания

Цель работы: измерить уровень радиоактивной загрязнённости продуктов питания.

Приборы и материалы: дозиметр бытовой

1. Подготовим к работе дозиметр.

2. Поместим прибор в первой контрольной точке и произведите замеры мощности дозы радиационного излучения проб продуктов питания 5~6 раз.

3. Рассчитаем среднее значение мощности дозы от пробы. Результат запишем в таблицу 2.

4. Уберем пробу и определим фоновое излучение. Результат запишем в таблицу 2.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Описание презентации по отдельным слайдам:

Открытие рентгеновских лучей дало толчок новым исследованиям. Их изучение привело к новым открытиям, одним из которых явилось открытие радиоактивности. Примерно с середины XIX стали появляться экспериментальные факты, которые ставили под сомнение представления о неделимости атомов. Результаты этих экспериментов наводили на мысль о том, что атомы имеют сложную структуру и что в их состав входят электрически заряженные частицы. Наиболее ярким свидетельством сложного строения атома явилось открытие явления радиоактивности, сделанное французским физиком Анри Беккерелем в 1896 году.

Уран, торий и некоторые другие элементы обладают свойством непрерывно и без каких-либо внешних воздействий (т.е. под влиянием внутренних причин) испускать невидимое излучение, которое подобно рентгеновскому излучению способно проникать сквозь непрозрачные экраны и оказывать фотографическое и ионизационное действие. Свойство самопроизвольного испускания подобного излучения получило название радиоактивности.

Радиоактивность являлась привилегией самых тяжелых элементов периодической системы Д.И.Менделеева. Среди элементов, содержащихся в земной коре, радиоактивными являются все, с порядковыми номерами более 83, т. е. расположенные в таблице Менделеева после висмута.

В 1898 году французские ученые Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри выделили из уранового минерала два новых вещества, радиоактивных в гораздо более сильной степени, чем уран и торий. Так были открыты два неизвестных ранее радиоактивных элемента – полоний и радий.

Ученые пришли к выводу, что радиоактивность представляет собой самопроизвольный процесс, происходящий в атомах радиоактивных элементов. Теперь это явления определяют как самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента; при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия (α-частиц).

Мария и Пьер Кюри в лаборатории За 10 лет совместной работы они сделали очень многое для изучения явления радиоактивности. Это был беззаветный труд во имя науки – в плохо оборудованной лаборатории и при отсутствии необходимых средств.

РАДИОИЗОТОПЫ НА СЛУЖБЕ У ЧЕЛОВЕКА

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Я считаю, что моя исследовательская работа актуальна именно сегодня. Появившаяся в конце XIX века ядерная физика, бурное развитие которой привело к созданию атомного и водородного оружия, уже в середине XX века заставила общественность во весь голос заговорить об угрозе самого существования человечества. Но ведь энергию деления ядра и радиоактивность можно использовать и для созидания. Например, радиоизотопы используются в различных производствах, при научных исследованиях и в медицине.

Промышленное использование включает дефектоскопию и процессы контроля в металлургической (литейной), бумажной, химической промышленности и в дорожном строительстве.

В современной медицине получило развитие новое направление – ядерная медицина, использующее радиоактивные вещества и свойства атомного ядра для диагностики и терапии в различных областях научной и практической медицины. Ядерная медицина обогатилась новыми методами изучения жизненных процессов, диагностики и лечения болезней. На ее нужды расходуется более 50% годового производства радионуклидов во всем мире. Радионуклиды применяются в ядерной медицине в основном в виде радиофармацевтических препаратов (РФП).

Люди должны понимать, что радиоактивное излучение – это не есть что-то невероятно опасное и непостижимое, а наоборот, чем больше ведется изучения радиоактивных явлений, тем более осознанно с ними можно обращаться, используя их свойства на благо человека.

Проблема исследования. Обучающиеся старших классов имеют недостаточные знания о радиоизотопах, их применении в различных областях жизнедеятельности человека.

Предмет исследования. Радиоактивные изотопы и область их применения.

Цель исследования. Выяснить, что представляют собой радиоактивные изотопы, какими свойствами они обладают и как можно их использовать на благо человека.

В связи с поставленной целью предстояло решить следующие задачи:

Расширить знания о строении ядра атома, явлении радиоактивности, радиоактивных изотопах.

Узнать в специальной литературе и интернет-ресурсах современное состояние дел, успехов и проблем в производстве изотопов.

Показать необходимость использования радиоизотопов в различных отраслях деятельности человека.

Структура и объем работы. Исследовательский проект состоит из введения, 7 глав, заключения, списка используемых источников, приложений № 1,2,3,4,5. В тексте проекта содержится 3 рисунка.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

Все изотопы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра, отличаясь лишь числом нейтронов. Обычно изотоп обозначается символом химического элемента, к которому он относится, с добавлением верхнего левого индекса, означающего массовое число (например, 12 C, 222 Rn). Можно также написать название элемента с добавлением через дефис массового числа (например, углерод-12, радон-222). Некоторые изотопы имеют традиционные собственные названия (например,дейтерий,актинон).На март 2017 года известно 3437 изотопов всех элементов.

По количеству открытых изотопов первое место занимают США (1237), затем идут Германия (558), Великобритания (299), СССР/Россия (247) и Франция (217). За 10 лет (2006—2015 годы включительно) в среднем физики открывали в год 27 изотопов. Общее количество учёных, являвшихся авторами или соавторами открытия какого-либо изотопа, составляет 3598 человек.

Нуклиды, ядра которых нестабильны и испытывают радиоактивный распад. Большинство известных нуклидов радиоактивны (стабильными являются лишь около 300 из более чем 3000 нуклидов, известных науке). Все нуклиды, имеющие зарядовое число, равное 43 или 61 или большее 82, радиоактивны; соответствующие элементы называются радиоактивными элементами. Существуют радионуклиды и с другими зарядовыми числами (от 1 до 42, от 44 до 60 и от 62 до 82). Радионуклиды отличаются между собой энергией излучения, периодом полураспада.

Радиоактивные изотопы, встречающиеся в природе, называются естественными, например, 40 K. В 1934 году французские ученые Ирен и Фредерик Жолио–Кюри обнаружили, что радиоактивные изотопы могут быть созданы искусственным путем в результате ядерных реакций. Такие изотопы назвали искусственными.

Для получения искусственных радиоактивных изотопов обычно используют ядерные реакторы и ускорители элементарных частиц. Впоследствии был получены искусственные изотопы всех химических элементов. Всего в настоящее время известно примерно 3000 радиоактивных изотопов, причем 300 из них – естественные.

3. Торговля радиоактивными изотопами.

Не менее половины изотопов имеют медицинское назначение (остальное — промышленность и научные исследования).

Мировой экспорт и импорт искусственными радиоактивными изотопами (ИРИ) составлял последние 3 года чуть более 1 млрд долларов в год. Список экспортеров возглавляют Канада, США, Нидерланды, Бельгия и Германия. В списке импортеров лидируют США, Япония, Германия, Англия и Китай.

России сегодня принадлежит 6% мирового экспорта и 1% импорта. Динамика международной торговли ИРИ России показана на рисунке (приложение № 1). Хорошо виден рост экспорта за 15 лет — более чем втрое! Импорт же в последние годы стабилен.

Главное направление российского экспорта ИРИ — Запад, с большим отрывом лидирует Великобритания: около 50%. На втором месте — США, на третьем — Германия, четвертый Китай.

Россия закупает за рубежом главным образом радиофармацевтические препараты и источники излучения для медтехники; основные поставщики — Германия и США.

4. Применение радиоактивных изотопов.

В настоящее время радиоактивные изотопы широко применяют в различных сферах научной и практической деятельности: технике, медицине, сельском хозяйстве, средствах связи, военной области и в некоторых других. При этом часто используют так называемый метод меченых атомов.

4.1. Применение радиоизотопов в медицине.

Изотопы, в первую очередь радиоактивные, широко применяются в современной медицинской практике.

В изотопной диагностике в мире и в России все большее значение имеет позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ).

Рис. 4.1.1.Оборудование для позитронной эмиссионной томографии

Поэтому растет потребность не только в традиционных радиоизотопах, таких как 11 С, 13 N, 15 O, 18 F, но и генераторных изотопах 68 Ga и 82 Rb, а также перспективных для новейшей диагностической технологии, совмещающей позитронно-эмиссионную и компьютерную томографию, изотопах 38 K, 45 Ti, 62 Cu, 64 Cu, 75 Br, 76 Br, 94m Tc и 124 I.

Развитие получают и терапевтические методы на основе радиоактивных изотопов, например, лучевая терапия открытыми источниками радионуклидов, особенно эффективная при борьбе со злокачественными лимфомами, раком щитовидной железы и др.

131 I был и продолжает оставаться наиболее широко используемым терапевтическим изотопом (ежегодно в Европе — более 90000 ГБк (один беккерель определяется как активность источника, в котором за одну секунду происходит в среднем один радиоактивный распад), в России — около 2000 ГБк). Йодотерапия не имеет альтернативы при тяжелых формах рака щитовидной железы.

Радиоиммунотерапия на начальных этапах своего становления и развития также проводилась с использованием препаратов 131 I, но в последнее десятилетие резко возрос интерес к 90 Y.

Одним из направлений применения микроисточников (брахитерапия) с 103 Pd или 125 I в последние 10-15 лет стало лечение рака предстательной железы и некоторых других онкопатологий. В настоящее время перспективным изотопом для брахитерапии является 131 Cs.

В радиофармацевтике диагностического и терапевтического назначения наметился сдвиг в сторону короткоживущих радиоизотопов. Наряду с применением стандартных медицинских изотопов 198 Au, 131 I, 125 I, 203 Hg, 197 Hg и др. все чаще применяют их заменители с меньшим периодом полураспада. Все большее признание в исследовательской деятельности и клинической практике получает фармацевтика на основе короткоживущих 99m Tc, 123 I, 13 N, 15 O, 11 C, 18 F, 77 Br, 68 Ga, 81m Kr и др.

4.2. Применение радиоизотопов в промышленности.

Не менее обширны применения радиоактивных изотопов в промышленности и промышленных исследованиях. Одним из примеров этого может служить следующий способ контроля износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Облучая поршневое кольцо нейтронами, вызывают в нем ядерные реакции и делают его радиоактивным. При работе двигателя частички материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла после определенного времени работы двигателя, определяют износ кольца. Радиоактивные изотопы позволяют судить о диффузии металлов, процессах в доменных печах и т. д.

Мощное гамма-излучение радиоактивных препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.

4.3. Применение радиоизотопов в сельском хозяйстве.

4.4. Применение радиоизотопов в археологии и геологии.

Интересным применением радиоактивности является метод датирования археологических и геологических находок по концентрации радиоактивных изотопов. Наиболее часто используется радиоуглеродный метод датирования. Нестабильный изотоп углерода возникает в атмосфере вследствие ядерных реакций, вызываемых космическими лучами. Небольшой процент этого изотопа содержится в воздухе наряду с обычным стабильным изотопом. Растения и другие организмы потребляют углерод из воздуха, и в них накапливаются оба изотопа в той же пропорции, как и в воздухе. После гибели растений они перестают потреблять углерод и нестабильный изотоп в результате β-распада постепенно превращается в азот с периодом полураспада 5730 лет. Путем точного измерения относительной концентрации радиоактивного углерода в останках древних организмов можно определить время их гибели.

40 Ca + 1 n = 37 Ar + 4 He

В ИРМ была разработана, изготовлена и смонтирована установка растворения облучённой окиси кальция и экстракции 37 Ar с его последующей очисткой. Была также разработана конструкция газового источника, технология его заполнения и измерение его активности.

Рис. 5.1. Галлий-германиевый нейтринный телескоп ИЯИ РАН.

Фрагмент Баксанской Нейтринной обсерватории находящейся в горном массиве на глубине более 2 км.

14 N + 1 n = 14 C + 1 p

131 Cs образуется при распаде 131 Ba, получаемого нейтронным облучением соединений бария:

130 Ba + 1 n = 131 Ba + γ

131 Ba →_{ЭЗ 11.5 дн.} 131 Cs

Оптимальное сочетание периода полураспада и энергии излучения делают 131 Cs перспективным радиоизотопом для брахитерапии злокачественных заболеваний предстательной железы, легкого, молочной железы и т.д. Введение его в клиническую практику рассматривается как одно из наиболее значимых достижений в брахитерапии.

На предприятии организована наработка 192 Ir из природного и изотопно-обогащённого иридия.

191 Ir+ 1 n = 192 Ir + γ

В качестве материала мишени используется металлический иридий в виде дисков различного типоразмера. Применяемая схема облучения и конструкция облучательного устройства позволяет нарабатывать на среднепоточном ядерном реакторе 192 Ir с удельной активностью достаточной для использования в дефектоскопах при неразрушающих методах контроля в науке и технике, а также в ядерной медицине для высокодозовой брахитерапии.

Наработка 177 Lu проходит по реакции:

176 Lu+ 1 n = 177 Lu + γ

Привлекательность радионуклида 177 Lu для современной ядерной медицины определяется относительно низкой энергией бета-излучения и, соответственно, невысокой проникающей способностью в мягких тканях что позволяет использовать 177 Lu в терапии опухолей небольшого размера, а также при лечении паталогических изменений костных тканей.

Период полураспада Lu (6,65 сут.) позволяет осуществлять доставку данного радионуклида на достаточно большие расстояния от места его производства.

7. Социологический опрос.

95% обучающихся считают, что радиация – главный источник большинства онкологических заболеваний. В связи с этим необходимо вести разъяснительную работу о значении радиации в жизни человека и ее последствиях, объяснять обучающимся, что не только радиация является причиной онкологических заболеваний, но и последствия неправильного образа жизни, вредных привычек, а также вредные условия труда.

93% обучающихся не имели представления о радионуклидной продукции, выпускаемой в Институте реакторных материалов ГО Заречный. Тем более обучающиеся не знали, для каких целей их производят, и кто является покупателем радиоизотопов ИРМ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Радиоактивные изотопы служат человеку во многих сферах его жизнедеятельности. Это еще раз доказывает, что радиацию можно использовать во благо человечества, помогая людям.

За ядерной медициной стоит будущее. Знание законов физики и химии двигает науку вперед. Люди должны знать о радиоактивных изотопах, радионуклидной продукции, о той пользе, которую они приносят.

Катастрофа на Чернобыльской АЭС, а затем распад СССР привели к негативным последствиям, закрывались научно-исследовательские институты, уезжали за границу лучшие умы России. В настоящее время производство радиоактивных изотопов - одно из важнейших направлений развития отрасли атомной энергетики.

Проанализировав большое количество материалов научной литературы и Интернет-ресурсов, на основе проведенного исследования можно сделать выводы:

1.Доказано, что радиоактивные изотопы служат человеку в медицине, сельском хозяйстве, науке, промышленности, археологии и геологии.

Поставленные передо мной задачи были решены, цель достигнута.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Давыдов А.С., Теория атомного ядра. - М., 1958.

Маргулова Т.Х. Атомная энергетика сегодня и завтра. – М.: Высшая школа, 2016.

Мурин А.Н., Введение в радиоактивность. - Л., 1955.

Современная медицинская энциклопедия/Русское издание под общей ред. Г.Б.Федосеева. – СПб.:Норинт, 2014.

Учение о радиоактивности. История и современность. М. Наука, 2003.

Фурман В.И. Ядерные излучения в науке и технике. М. Наука, 1984.

Холл Э.Дж. Радиация и жизнь/Пер.с англ. – М.: Медицина, 2012.

Энциклопедия для детей. Физика. Т.16/ Под ред. В.А. Володина. – М.: Аванта+, 2000.

Интернет-ресурсы:

Приложение №1

Приложение№2

Приложение №3

Анкета Приложение № 4

Дорогой друг! Мы предлагаем тебе заполнить данную анкету для выявления отношения к радионуклидной продукции (изотопам):

1. Много ли вы знаете о радиоактивных изотопах (нуклидах)?

4. Считаете ли вы, что большинство онкологических заболеваний и генетических изменений связаны с радиацией?

5. Знаете ли Вы о том, что на основе радиоактивных изотопов производятся радиофармпрепараты, которые сегодня активно используют при лечении онкологических заболеваний?

6. Знаете ли Вы, что на территории ГО Заречный в институте реакторных материалов производят радионуклидную продукцию и успешно реализуют ее на мировом рынке?

Приложение № 5

Социологическое исследование учащихся МКОУ «Средняя

Радиоактивное излучение (или ионизирующее) – это энергия, которая высвобождается атомами в форме частиц или волн электромагнитной природы. Человек подвергается такому воздействию как через природные, так и через антропогенные источники.

Полезные свойства излучения позволили успешно использовать радиоактивное излучение в промышленности, медицине, научных экспериментах и исследованиях, сельском хозяйстве и других областях, в том числе и в военном деле. Однако с распространением применения этого явления возникла угроза здоровью людей. Малая доза радиоактивного облучения способна повысить риск приобретения серьёзных заболеваний.

Отличие радиации от радиоактивности

Радиация, в широком смысле, означает излучение, то есть распространение энергии в виде волн или частиц. Радиоактивные излучения делят на три вида:

а) альфа-частицы (поток ядер гелия, высокая ионизирующая способность, малая проникающая способность, поглощаются листом бумаги);

б) бета-частицы (электроны или позитроны, проникающая способность в сотни раз выше чем у альфа-частиц, ионизирующая способность меньше);

в) гамма-излучение – поток высокоэнергетических гамма-квантов, обладающих относительно слабой ионизирующей способностью и наибольшей проникающей способностью.

Радиоактивные излучения по своей природе подразделяются на:

г) тяжёлые ядра и ядра других радиоактивных химических элементов.

Характеристика радиоактивных излучений основана на их энергии, пропускных свойствах и виде испускаемых частиц.

Альфа-излучение, которое представляет собой поток корпускул с положительным зарядом, может быть задержано толщей воздуха или одеждой. Этот вид практически не проникает через кожный покров, но при попадании в организм человека, например, через порезы, опасен и пагубно действует на внутренние органы.

Бета-излучение обладает большей энергией – электроны движутся с высокой скоростью, а их размеры малы. Поэтому данный вид радиации проникает через тонкую одежду и кожу глубоко в ткани. Экранировать бета-излучение можно при помощи алюминиевого листа в несколько миллиметров или толстой деревянной доски.

Гамма-излучение – это высокоэнергетическое излучение электромагнитной природы, которое обладает особо сильной проникающей способностью.

Для защиты от него нужно использовать толстый слой бетона или пластину из тяжёлых металлов таких, как, например, свинец.

Явление радиоактивности было обнаружено в 1896 году. Открытие сделал французский физик А. Беккерель.

Радиоактивность – способность предметов, соединений, элементов испускать ионизирующее изучение, то есть радиацию. Причина явления заключается в нестабильности атомного ядра, которое при распаде выделяет энергию. Существует три вида радиоактивности:

естественная – характерна для тяжёлых ядер химических элементов, порядковый номер которых больше 82;

искусственная – инициируется специально с помощью ядерных реакций;

наведённая – свойственна объектам, которые сами становятся источником радиации, если их сильно облучить.

Элементы, обладающие радиоактивностью, называют радионуклидами. Каждый из них характеризуется:

видом испускаемой радиации;

и другими свойствами.

Человеческий организм регулярно подвергается действию радиоактивного излучения. Приблизительно 80 % ежегодно получаемого количества приходится на космические лучи. В воздухе, воде и почве содержатся около 60 радиоактивных элементов, являющихся источниками естественной радиации. Основным природным источником излучения считается инертный газ радон, высвобождающийся из земли и горных пород. Радионуклиды также проникают в организм человека с пищей. Часть ионизирующего облучения, которому подвергаются люди, исходит от антропогенных источников, начиная от атомных генераторов электричества и ядерных реакторов до используемой для лечения и диагностики радиации. На сегодняшний день распространёнными искусственными источниками излучения являются:

аварии на радиохимических предприятиях, ядерные взрывы, радиационные выбросы;

радиохимическая промышленность (добыча, обогащение ядерного топлива, переработка ядерных отходов и их восстановление);

радионуклиды, применяющиеся в сельском хозяйстве, лёгкой промышленности;

Радиационное облучение по способу проникновения в организм делится на два типа: внутреннее и внешнее. Последнее характерно для распылённых в воздухе радионуклидов (аэрозоль, пыль). Они попадают на кожу или одежду. В таком случае источники радиации можно удалить, смыв их. Внешнее же облучение вызывает ожоги слизистых оболочек и кожных покровов. При внутреннем типе радионуклид попадает в кровоток, например, введением в вену или через раны, и удаляется путём экскреции или с помощью терапии. Такое облучение провоцирует злокачественные опухоли.

Радиоактивный фон существенно зависит от географического положения – в некоторых регионах уровень радиации может превышать средний в сотни раз.

Радиоактивное излучение обладает ионизирующим действием и приводит к образованию в организме человека свободных радикалов – химически активных агрессивных молекул, которые вызывают повреждение клеток и их гибель.

Особенно чувствительны к ним клетки ЖКТ, половой и кроветворной систем. Радиоактивное облучение нарушает их работу и вызывает тошноту, рвоту, нарушение стула, температуру. Воздействуя на ткани глаза, оно может привести к лучевой катаракте. К последствиям ионизирующего излучения также относят такие повреждения, как склероз сосудов, ухудшение иммунитета, нарушение генетического аппарата.

Система передачи наследственных данных имеет тонкую организацию. Свободные радикалы и их производные способны нарушать структуру ДНК – носителя генетической информации. Это приводит к возникновению мутаций, которые сказываются на здоровье последующих поколений.

Характер воздействия радиоактивного излучения на организм определяется рядом факторов:

индивидуальные особенности организма.

Результаты радиоактивного излучения могут проявиться не сразу. Иногда его последствия становятся заметны через значительный промежуток времени. При этом большая однократная доза радиации более опасна, чем долговременное облучение малыми дозами.

Поглощённое количество радиации характеризуется величиной, называемой Зиверт (Зв).

Нормальный радиационный фон не превышает 0,2 мЗв/ч, что соответствует 20 микрорентгенам в час. При рентгенографии зуба человек получает 0,1 мЗв.

Смертельная разовая доза составляет 6–7 Зв.

Радиационная гигиена – наука, изучающая условия, вид и последствия воздействия источников ионизирующих излучений (ИИИ) на человека и разрабатывающая мероприятия, направленные на охрану его здоровья. Радиационная гигиена ставит перед собой такие важные проблемы как защита человека от поражающего действия ИИИ, обеспечение нормальных (оптимальных) санитарно-гигиенических условий при любых контактах людей с ИИИ в процессе профессиональной деятельности или нахождения в окружающей среде.

Проблемы защиты населения от действия ионизирующих излучений имеют глобальный, международный характер, и поэтому соответствующие научно-исследовательские и организационные мероприятия разрабатываются не только в отдельных странах, но и в мировом масштабе.

Существует официальная международная (межправительственная) организация, которая занимается вопросами радиационной безопасности при мирном использовании атомной энергии – МАГАТЭ (международное агентство по атомной энергетике). МАГАТЭ является официальной структурой Организации объединенных наций, и все страны-члены ООН обязаны выполнять утвержденные ею нормы и правила обращения с источниками ионизирующих излучений.

Источником облучения, вокруг которого ведутся наиболее интенсивные споры, являются атомные электростанции. Преимущество атомной энергетики состоит в том, что она требует существенно меньших количеств исходного сырья и земельных площадей, чем тепловые станции, не загрязняет атмосферу дымом и сажей. Опасность состоит в возможности возникновения катастрофических аварий реактора, а также в реально не решенной проблеме утилизации радиоактивных отходов и утечке в окружающую среду небольшого количества радиоактивности.

Радиоактивное излучение широко применяется в технике, медицине, науке, военной и атомной промышленности и других сферах человеческой деятельности. Явление лежит в основе таких устройств, как датчики задымления, генераторы электроэнергии, сигнализаторы обледенения, ионизаторы воздуха.

В медицине радиоактивное излучение используется в лучевой терапии для лечения онкологических заболеваний. Ионизирующая радиация позволила создать радиофармацевтические препараты. С их помощью проводят диагностические обследования. На базе ионизирующего излучения устроены приборы для анализа состава соединений, стерилизации.

Открытие радиоактивного излучения было без преувеличения революционным – применение этого явления вывело человечество на новый уровень развития. Однако это также стало причиной возникновения угрозы окружающей среде и здоровью людей. В связи с этим поддержание радиационной безопасности является важной задачей современности.

Список использованных источников

1. Френкель Е.Н. Концепции современного естествознания: Учебное пособие / Френкель Е.Н. – Ростов н/Д: Феникс, 2014. – 246 с.

Читайте также: