Таблица радиоактивности: Человек и радиация

Содержание

Росатом Госкорпорация «Росатом» ядерные технологии атомная энергетика АЭС ядерная медицина

С момента создания первого рентгеновского аппарата во всем мире началось бурное развитие радиационных технологий. На сегодня разработано огромное количество различных медицинских рентгеновских систем, позволяющих исследовать не только крупные внутренние органы человека, но и мелкие разветвленные кровеносные сосуды.

Практически в каждой серьезной больнице во всех уголках нашей планеты используются диагностические инструменты, к примеру аппараты для флюорографии, в основе которых — Х-лучи.

Открытие Вильгельма Рентгена уже сохранило здоровье сотням миллионов людей. Таково одно из неотъемлемых свойств радиационных технологий — спасать жизни. А рентгеновский аппарат стал прародителем новой современной медицинской отрасли.


Медицинский осмотр основного состава футбольного клуба «Зенит».

Своевременная и точная диагностика

Диагностика и лечение болезней с помощью свойств радиации называется ядерной медициной.

«Без ядерной медицины сегодня жить невозможно, поскольку речь идет о безопасном и эффективном методе диагностики и лечения с применением современных технологий», — сказал Арам Аветисов, кандидат медицинских наук, доцент кафедры радиационной медицины и экологии Белорусского государственного медицинского университета

Как известно, если смертельную болезнь врачи обнаружили на самой ранней стадии, то шансы на выздоровление у пациентов возрастают многократно. С помощью специальных подготовленных медицинских препаратов с радиоактивными изотопами внутри (радиофармпрепаратов или РФП) врачи научились выявлять на клеточном уровне самые первые признаки тяжелых заболеваний, к примеру онкологических.

Радиофармпрепараты совершенно безопасны для человека, их прием не вызывает никаких болевых ощущений. Но эффект применения феноменален: слабое радиоактивное излучение, идущее изнутри организма и принимаемое специальными камерами, расположенными в нескольких сантиметрах от тела человека, дает доктору точнейшую информацию о патологиях и отклонениях во внутренних органах и тканях пациента.


Центр по производству радиофармпрепаратов для позитронно-эмиссионной томографии в Ельце.

Такая диагностика называется томографией (позитронно-эмиссионной, ПЭТ, или однофотонной эмиссионной компьютерной) и занимает всего несколько минут. Полученная с ее помощью информация уникальна и позволяет выявить проблемы в работе щитовидной железы, сердца, почек, легких, желудка, кровообращения. Мельчайшие переломы костей, признаки болезни Паркинсона и Альцгеймера и многое другое можно обнаружить в ходе данного сканирования.

В России производят большое количество нужных врачам радиоактивных изотопов, в том числе «рабочую лошадку ядерной медицины», самый используемый изотоп Технеций-99 (99mTc). Развивается и специальная диагностическая техника для использования РФП. Российский институт НИИТФА (входит в Росатом) создал опытный образец отечественного позитронно-эмиссионного томографа, который сейчас проходит испытания.

Победить смертельную болезнь

Ядерная медицина была бы неполноценной, если бы не выполняла лечебные функции. Помогает она даже в тех случаях, когда все остальные отрасли медицины бессильны.

«Ядерная медицина является неотъемлемым и эффективным средством борьбы за здоровье человека», — сказал Валентин Смирнов, академик РАН

После того как в первой половине XX века ученые сумели с помощью радиоактивного йода убить раковые клетки в щитовидной железе, использование радиации для лечения онкологических заболеваний стало передовым направлением медицины.

Врачи либо вводят в тело пациента радиоактивные источники, излучение которых эффективно уничтожает раковые клетки и при этом не вредит пациенту, либо источник излучения помещают непосредственно на поверхности тела без нарушения целостности тканей.

Ученые Росатома в 2017 году получили премию Правительства Российской Федерации в области науки и техники за разработку импортозамещающих микроисточников с изотопом йод-125 для лечения онкологических заболеваний с помощью внутритканевой лучевой терапии (брахитерапии) — самого современного, высокотехнологичного и минимально инвазивного метода лечения рака.

К примеру, в ходе процедуры брахитерапии простаты в микроисточнике размером с рисовое зернышко прямо в больной орган доставляется радиоактивный изотоп йод-125, убивающий раковые клетки. А при лечении онкологических заболеваний глаз специальная накладка (офтальмоаппликатор) с радиоактивным изотопом стронций-90, рутений-106 или тем же йод-125 прикрепляется к глазному яблоку на несколько суток.

Сейчас российские ученые работают над созданием новых препаратов на основе изотопов рений-188 и иттрий-90 для терапии неходжкинской лимфомы (одного из видов рака лимфатической системы), злокачественных опухолей печени, а также рака костей.

Передовые технологии лечения

Врачи убивают болезни не только с помощью вводимых в организм изотопных препаратов, но применяют и лучевую терапию, когда с помощью особых медицинских устройств раковые клетки обстреливаются рентгеновским излучением высокой энергии, быстрыми электронами, протонами или нейтронами. Более 80% пациентов с онкологическими заболеваниями проходят такую терапию, это золотой стандарт в лечении рака.

Подобные системы постоянно совершенствуются для достижения лучшего эффекта. К примеру, с помощью новейшей системы «Кибернож» губительное для злокачественных клеток излучение с высокой точностью доставляется непосредственно в опухоль, не повреждая здоровые ткани. «Кибернож» позволяет бороться даже с метастазами в головном мозге.


Демонстрация установки «Кибернож» в рамках проведения лучевой терапии в Московском онкологическом НИИ им. П. А. Герцена.

С помощью радиационных технологий врачи готовят к использованию медицинские инструменты и препараты. Ионизирующим излучением специалисты стерилизуют перевязочные и шовные материалы, лекарства, в том числе антибиотики и гормоны, биологические ткани, одноразовые медицинские шприцы и системы службы крови: трубки, капельницы, фильтры, иглы, зажимы, сделанные из различных полимерных материалов и металла.

Ядерная медицина уже спасла миллионы жизней во всем мире. Без нее невозможно представить будущую победу человечества над самыми страшными болезнями.

 0193-06-сон 05.01.2006. Нормы радиационной безопасности (НРБ-2006) и основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-2006)

САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________

(полное наименование органа государственного санитарного надзора, адрес, телефон)

Экз. № _____

Санитарно-эпидемиологическое заключение №— на право работы с источниками ионизирующего излучения (ИИИ)

1. Организация __________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________

(полное и сокращенное наименование, административный район, адрес, телефон)

2. Министерство, ведомство __________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________

(полное и сокращенное наименование, адрес)

3. Вышестоящая (непосредственно над организацией) организация _________

__________________________________________________________________
__________________________________________________________________

(полное и сокращенное наименование, адрес, телефон)

4. Подразделение организации (объект), получающее санитарно-эпидемиологическое заключение
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________

(наименование, подчиненность в структуре организации, административный район, адрес, телефон)

5. Должностное лицо, ответственное за радиационную безопасность на объекте
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________

(должность, номер, дата приказа по организации о возложении ответственности, телефон)

6. Разрешаются работы с ИИИ
Вид и характеристика ИИИ

Вид и характер работ

Место проведения работ

Ограничительные условия

I. Работы с открытыми ИИИ
________________
II. Работы с закрытыми ИИИ
________________
III. Работы с устройствами, генерирующими излучение
________________
IV. Другие работы с ИИИ
________________
7. Санитарно-эпидемиологическое заключение выдано на основании ______
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________

(актов приемки, обследований и других документов с указанием номеров и дат, органов надзора)

8. Санитарно-эпидемиологическое заключение действительно до «_____» ______________ 2 _____ г.
Главный государственный санитарный врач ____________________________

(Ф.И.О.)

М.П.

Лекарства от радиации в чрезвычайных ситуациях / Хабр


Американские учения «Desert Rock» с применением ядерного оружия. 1951 год.

Несмотря на то что человек всегда жил в условиях естественной радиации, с середины прошлого века у него возникла новая радиационная угроза техногенного облучения в чрезвычайных ситуациях. Это может быть ситуация применения атомного оружия, авария на ядерном объекте или террористический акт с применением “грязной” бомбы.

Население в случае подобной серьезной угрозы эффективнее всего спасать путем эвакуации, хотя ряд медикаментов можно применять и им. А вот спасателей и военных, которым придется работать в опасных условиях, обязательно нужно снабжать средствами индивидуальной защиты, в том числе и разными медицинскими препаратами от действия ионизирующих излучений. Ряд таких препаратов, называемых радиопротекторами, и сценарии для их применения я и попытаюсь описать в этой статье.

Что такое радиация

Прежде чем говорить о таблетках от радиации давайте определимся с тем что такое радиация и как от нее вообще можно защититься. Это пригодится в при дальнейшем объяснении принципа работы некоторых препаратов.

Под общим словом радиация в бытовом применении можно понимать как несколько видов излучения — альфа, бета, гамма, нейтронное и рентгеновское, так и источники этих излучений в виде радиоактивных веществ — радионуклидов, то-есть радиоактивных изотопов химических элементов. Если говорить о защите от радиации в чрезвычайных ситуациях, то под ней стоит понимать именно комплекс мер по снижению как воздействия на организм излучений, так и предотвращение контакта с радионуклидами и их накопления в организме.

Если эти радионуклиды находятся внутри организма, то человек подвергается внутреннему облучению. Если радионуклиды и другие источники излучения снаружи — то внешнему.

Думаю ни для кого не секрет, что радиация появилась не с развитием атомной энергетики или с появлением атомного оружия, а была в природе всегда. Просто деятельность человека, понастроившего ускорителей и атомных реакторов, привела к появлению новых радиоактивных изотопов, таких как плутоний-239 или цезий-137, которых в природе либо давно нет, либо их слишком мало.

Но помимо них в нашем организме постоянно присутствуют естественные радионуклиды типа калия-40, мы дышим радиоактивным газом радоном, выделяющимся из-под земли, снаружи нас облучает космическое излучение и фон от радионуклидов на поверхности земли. т.е. существует некий природный радиоактивный фон, считающийся нормальным, от которого стоит защищаться лишь в случае его аномального увеличения (например, от высоких концентраций радона в домах).

Стоит сразу напомнить, что помимо лекарственных препаратов, которым посвящена эта статья, гораздо более распространенными являются три классических метода защиты от радиации — время, расстояние и вещество. Это означает, что нужно стараться снижать время присутствия в зоне высоких радиационных излучений, держаться от них подальше и по возможности закрываться от источников излучений защитными экранами из разных веществ типа свинца, стали, бетона, воды, парафина и многих других, в зависимости от типа излучения.

Воздействие радиации на организм

Радиоактивные излучения называются ионизирующими, поскольку от остальных видов излучений, таких как например радиоволны или любое другое электромагнитное излучение, они отличаются высокой энергией и способностью ионизировать вещество — отрывать электроны от атомов, образовывая ионы. Образовавшиеся внутри органических соединений свободные электроны и ионы запускают сложную цепь химических реакций, в результате которых рвутся сложные молекулы белков и образуются очень активные формы свободных радикалов. В воде, составляющей 80% тела человека, образуются свои продукты ионизации — сильные окислители в виде перекиси и гидроперекиси водорода. Все эти свободные радикалы затем взаимодействуют с органическими молекулами, включая ДНК (отсюда возникает повышенная вероятность рака и генетических нарушений у потомков после облучения), нарушая нормальное функционирование клеток организма или полностью разрушая их.


Простенькая инфографика о воздействии радиации на организм. РИА Новости, Инфографика. Надежда Андрианова

В самом крайнем случае такие повреждения клеток могут привести к сильной интоксикации организма, повреждению наиболее чувствительных тканей, например, костного мозга, и смерти всего организма от острой лучевой болезни. При получении достаточно высоких доз (больше 10 Зв) можно умереть прямо на месте — это так называемая “смерть под лучом”.

При малых дозах организм может полностью справиться с повреждениями, но вероятность онкологических заболеваний или генетических последствий у потомков возрастает с ростом полученной дозы, хотя они и не обязательно появятся. Поскольку защитные свойства организма позволяют бороться с повреждениями клеток и отсекать ненужные мутации, но чем этих повреждений было больше, тем выше шанс что что-то организм пропустит.

Препараты от радиации

Как мы поняли выше, сам метод воздействия радиации на организм очень непрост, до конца не изучен, и проходит в несколько физико-химических стадий. Существующие методы химической защиты тоже отличаются в зависимости от того, каким образом они мешают описанным выше процессам наносить организму вред. Таким образом, можно разделить экстренные радиопротекторы на два типа:

1. Препараты, защищающие организм от острого лучевого поражения.
2. Препараты, препятствующие накоплению радионуклидов или выводящие их из организма.

Тип 1.
Препараты, защищающие организм от острого лучевого поражения

Сценарий применения таких средств предполагает, что человек заранее знает что ему предстоит высокое облучение и принимает их за несколько минут или часов перед ним либо сразу после облучения. Принимать их спустя несколько часов после облучения уже бесполезно.

Такие сценарии актуальны для военных во время какой-нибудь операции во время ядерной войны, для спецподразделений, спасателей, сотрудников атомных объектов на случай необходимости устранения какой-то аварийной ситуации ну и для оказания экстренной помощи пострадавшим в результате этих аварий. Понятно, что это все экстремальные сценарии, когда есть некая задача, которую надо выполнить почти любой ценой и другие варианты защиты не могут дать нужного эффекта. Населению и простым обывателям в случае такой угрозы проще и правильнее просто эвакуироваться.

Многие радиопротекторы способны снижать образование свободных радикалов, разрушать или предотвращать их образование в клетке. Другие способны снижать доступ кислорода из крови в клетку (например, вазоконстрикторы), и тем самым уменьшать уровень активных форм кислорода, усиливающих разрушающее действие активных радикалов. Третьи могут контролировать накопление перекисных продуктов в клетке — ряд ферментов (каталаза, пероксидаза, цитохром с-450) и антиокислителей (тиолаы, биогенные амины).

Однако эффективность этих препаратов довольно низкая, до применения на людях дошли немногие, а побочных эффектов у них много. На опытах по исследованию препарата МЭА с мышками удавалось повышать полулетальную дозу (после получения которой гибнет половина мышей в течение 30 дней) в 1,5-2 раза, но с ростом концентрации препарата мышки начинали дохнуть уже от него. Так что тут все непросто.

Вот некоторые известные препараты: цистеамин, меркамин, цистамин, МЭА, АЭТ, гаммафос, WR 2721, серотонин, 5-ОТ, мексамин, 5-МОТ.

В советской аптечке на случай чрезвычайных происшествий АИ-2 (использовалась с 1978 по 2000-е) одним из двух (про второе чуть ниже) противорадиационных средств был Цистамин — радиозищитное средство №1. По данным сайта Минобороны он ослабляет эффект обучения в 1,3 — 1,5 раза. По инструкции принимать нужно сразу 6 таблеток по 0,2 г за 30-60 мин до облучения. При сохранении угрозы — повторить прием не раньше чем через 4-5 часов.


Аптечка АИ-2. (С 1978 по 2012 г). Гнездо 4: Радиозащитное средство №1 — Цистамин. Гнездо 6: Радиозащитное средство №2 — Йодид калия. Гнездо 7: Противорвотное средство — Этаперазин

В настоящее время в комплектах индивидуальной защиты МЧС, Минобороны и в пришедших на смену АИ-2 гражданских аптечках АИ-4 присутствует более современный препарат экстренного действия Б-190 (индралин).


Препарат Б-190 в заводской упаковке.

По утверждению производителей из ФГУП НПЦ «Фармзащита» Б-190 способен обеспечить выживаемость в 90% случаев при получении смертельной дозы облучения. А показание к применению — прогнозируемая доза облучения всего тела более 1 Зв (нижний предел наступления острой лучевой болезни). Применяют как и Цистамин сразу по 3 таблетки в течение часа перед облучением.


Аптечка АИ-4. (Принята с 2012 г). Гнездо 4: Радиозащитное средство №1 — Б-190. Гнездо 5: Радиозащитное средство №2 — Йодид калия. Гнездо 9: Противорвотное средство — Ондансетрон

Для справки — у ликвидаторов аварии на ЧАЭС в 1986 году было установлено ограничение на полученную дозу в 0,25 Зв (25 Рентген или 25 бэр — если считать в принятых на тот момент единицах). Около 100 тысяч ликвидаторов-военных получили среднюю дозу 0,11 Зв. Есть ряд свидетельство о применении цистамина летчиками вертолетов, летавших над реактором. Но я не нашел информации о применении препаратов теми, кто работал в самом «горячем» месте — на крыше соседнего блока, сбрасывая обратно то что вылетело из активной зоны.


Ликвидаторы на крыше аварийного блока ЧАЭС сбрасывают обратно в шахту реактора вылетевшие обломки топлива и активной зоны. Осень 1986 года.

Но дозу там пытались регулировать классическим способом — ограничением времени присутствия (несколько минут) и физической защитой — свинцовыми фартуками, ну и противогазами или респираторами для предотвращения внутреннего облучения. Насколько меры были адекватны сказать сложно, есть много свидетельств довольно безалаберного отношения к дозконтролю и индивидуальной защите. Но из нескольких сотен человек, у которых были подозрения на острую лучевую болезнь, она подтвердилась лишь у 134 человек. Из них умерли 28, которые получили дозы от 0,8 до 16 Зв.


Погибшие среди получивших острую лучевую болезнь в зоне Чернобыльской аварии по данным А.К. Гуськовой — легендарного врача, заложившего основы лечения лучевой болезни в нашей стране еще задолго до Чернобыля и лечившей пострадавших в 1986-м. Взята из ее статьи «Последствия для здоровья лиц, участвовавших в ликвидации аварий на Чернобыльской АЭС, основные итоги и нерешенные проблем»

Так что даже среди сотен тысяч ликвидаторов дозы, при которых рекомендовано применение препарата Б-190 (более 1 Зв в течение нескольких часов), получили лишь десятки человек. Возможно, он спас бы им жизни.

В обеих аптечках, АИ-2 и АИ-4, присутствуют противорвотные препараты — Этаперазин и Ондансетрон (Он же»Латран»). Их тоже можно отнести к средствам радиационной защиты, поскольку одними из первых симптомов переоблучения и острой лучевой болезни является рвота и тошнота. Эти препараты позволяют снять симптомы и сохранить частичную работоспособность при высоком облучении. Другие подобные препараты: Диметпрамид, Динитрол, Зофрам, Диксафен.

Тип 2. Препараты, препятствующие накоплению радионуклидов и выводящие их из организма

Опасность столкнуться с радиационной угрозой в виде радионуклидов — это гораздо более типичный сценарий для простого обывателя и населения в случае радиационных аварий и тем более в случае гипотетического теракта с применением

«грязной» бомбы

. Для последней именно распыляемые радионуклиды и являются основным поражающим элементом, ну если не считать панику. О том чем опасна грязная бомба можно узнать из неплохого документального фильма National Geographic, где рассмотрен гипотетический сценарий ее применения в крупном городе:

Во время Чернобыльской катастрофы население также подверглось в основном облучение за счет поступивших в организм радионуклидов, в то время как острое лучевое поражение наблюдалось лишь у нескольких сотен ликвидаторов.

Но есть и хорошие новости. В области создания радиопротекторов второго типа от наиболее опасных для человека радионуклидов — I-131 (Йода-131) и Cs-137 (Цезия-137), достигнуты гораздо лучшие результаты, чем с радиопротекторами первого типа. По крайней мере при правильных дозировках и своевременном применении у них практически нет побочных эффектов, а эффективность может достигать почти 100%.

И I-131 и Cs-137 являются продуктами распада урана и образуются в ядерных реакторах во время их работы. В случае аварии они могут выйти за пределы реактора в виде газоаэрозольного выброса, как это было в Чернобыле и на Фукусиме. Разница их в том, что Йод-131 выделяется в летучей форме и имеет небольшой период полураспада — всего около 8 дней. Поэтому угроза от него возможна лишь в случае аварии на действующем ядерном реакторе (на атомной станции, атомном ледоколе, исследовательском реакторе и т.д.) и лишь в первые несколько дней и недель после аварии. Зато это пожалуй главная угроза для населения в случае аварии на АЭС. По данным доклада ООН, единственный зафиксированный радиационно-вызванный вред здоровью населения от Чернобыльской аварии — это 4000 случаев выявленного рака щитовидной железы у лиц детского и подросткового возраста на момент аварии. Подавляющее большинство (99%) из них выжили.

От йода-131 можно защититься небезызвестной йодной профилактикой. Йод имеет свойство неравномерно накапливаться в организме, около трети его поступления скапливается в щитовидной железе, подвергая ее наибольшей опасности, повышая вероятность рака. Йодная профилактика заключается в насыщении организма стабильным йодом, в результате чего его радиоактивные изотопы просто вытесняются и не усваиваются. Таким образом, это чем-то похоже на защиту от радиации расстоянием и временем одновременно, поскольку источники излучения удаляются из организма и время их присутствие в нем сильно сокращается.

Главная проблема тут — не переборщить. Поскольку йод широко доступен, так же как широко распространена радиофобия, любая новость о каком-то ЧП на атомной станции может вызвать у населения волну паники с последующей скупкой всего йода из аптек и даже отравлениями. Правильные дозировки и препараты подробно описаны тут. Лучше всего использовать таблетированный йодид калия. Норма для взрослого — одна таблетка 125 мг в сутки. В крайнем случае можно использовать 5% спиртовой раствор йода, растворив 1 мл (44 капли) в половине стакана молока или воды.

У цезия период полураспада гораздо больше — около 30 лет. Поэтому он будет представлять угрозу гораздо дольше — до сих пор большие территории загрязнены цезием после Чернобыльской аварии, исторические и прогнозные уровни можно посмотреть в составленном Атласе на сайте МЧС.

Аналогичный выброс был и на АЭС Фукусима. Большой период полураспада цезия-137 обуславливает и то, что выброс его возможен не только в случае аварии на реакторе АЭС, где этот цезий образуется, но и в случае аварий на других ядерных объектах, где он хранится, например на заводах по переработке отработавшего ядерного топлива. Такая авария была на ПО Маяк в Челябинской области в 1957 году, где взорвалась емкость с радиоактивными отходами, что привело к образованию Восточно-Уральского радиоактивного следа. Именно цезий скорее всего может быть использован в грязной бомбе, как это и показано в фильме National Geographic выше.


Карта загрязнения Европы цезием-137 от аварии на Чернобыльской АЭС на 1986 год. Данные МЧС РФ.

Но для выведения цезия-137 тоже есть хороший препарат, известный в мире как Берлинская лазурь. Хотя на самом деле это название довольно широкого класса соединений, исторически применявшихся как красители, и далеко не все из них хорошо сорбируют Cs-137. В фильме National Geographic об этом препарате под общим названием Берлинская лазурь рассказывают начиная с 25-й минуты. В СССР и России сорбент для извлечения Cs-137 на основе этого класса соединений (ферроцианидов) и сам медицинский препарат для людей называется Ферроцин. Принцип действия у него простой — он связывает (сорбирует) цезий, поступивший с пищей и водой внутрь желудочно-кишечного тракта и не дает ему всасываться в кровь и поступать в организм. В итоге до 99% поступившего цезия проходит через ЖКТ напрямую не задерживаясь.

Таблетки Ферроцина выпускает уже не раз упомянутая выше ФГУП НПЦ «Фармзащита». Из иностранных аналогов фероцинсодержащих препаратов существует Radiogardase производства Германии. Из других отечественных — новый препарат Компоферрон, хотя помимо выведения Cs-137 и таллия он, как препарат с большим содержанием железа, больше направлен на лечение анемии.


Ферроцинсодержащие препараты для выведения цезия из организма. Иностранный Radiogardase и отечественный Ферроцин.

На случай радиационной аварии ФГБУ Всероссийский центр медицины катастроф «Защита» Министерства здравоохранения РФ рекомендует применять препарат Ферроцин «по 1 г (2 таблетки) 3 раза в день в случае угрозы или реального поступления внутрь организма радиоизотопов цезия, рубидия и других продуктов деления трансурановых элементов, а так же в случае невозможности исключения поступления радиоактивного цезия в желудочно-кишечный тракт с водой или пищей».

Что означает последнее? Это касается ситуации, когда люди продолжают жить и вести хозяйство на территориях, загрязненных радионуклидами. Таких территорий после Чернобыльской аварии полно. В России наиболее загрязненными оказались Брянская, Тульская, Орловская и Калужская области (тут можно еще раз взглянуть на Атласе МЧС, где есть все карты загрязнений. Есть такие территории и в Украине, и в Белоруссии, и в Европе, и возле Семипалатинского полигона в Казахстане, а с 2011 года и в Японии.

По данным ООН, в зонах загрязненных радионуклидами после аварии на ЧАЭС сейчас живет не менее 5 млн человек. Существует много аргументов в пользу того, чтобы попытаться вернуть эти территории в нормальное и привычное использование. Всех же не эвакуируешь, люди сами не хотят уезжать, да особо острой необходимости и нет, поскольку уровни загрязнения порой не требуют эвакуации — внешний фон небольшой, концентрации радионуклидов низкие. Но определенные уровни загрязнения накладывают ограничения на употребление сельхозпродукции местного производства, поскольку в ней радионуклиды концентрируются, и на ее продажу в другие регионы. Употребление ферроцинсодержащих препаратов позволяет это ограничение снимать. Грубо говоря, можно есть огурцы и помидоры, выращенные на грядке с небольшим содержанием цезия, или пить молоко и есть мясо коровы, пасущейся на лугах с цезием, если закусывать это все таблетками с ферроцином.

Но можно же пойти дальше, если, например, давать тот же ферроцин самой корове, свинье или курице. Будет ли мясо и молоко чище? После Чернобыля такие эксперименты проводили и ответ однозначный — да. На основе чистого Ферроцина создали ряд препаратов для удобного применения на животных, включая чистый ферроцин в порошке, лизунцы с ферроцином или препарат Бифеж, где содержание ферроцина около 10%. При правильной дозировке (от 3 г в пересчете на ферроцин на голову в сутки) такие препараты позволяют снижать содержание цезия и тяжелых металлов в молоке и мясе коров в 10-20 раз. Так что с такими радиопротекторами можно не только самостоятельно употреблять продукцию с этих территорий, но и возвращать их в хозяйственный оборот, выращивая эту продукцию на продажу, поскольку она уже укладывается в установленные нормативы по содержанию радионуклидов.

Из препаратов для людей стоит упомянуть еще минимум два. Это Полисурьмин — для выведения изотопов стронция — в первую очередь стронция-90, у которого с цезием -137 близкий период полураспада (чуть меньше 30 лет) и доля выхода при делении ядерного топлива, т.е. его количество в реакторе. Эти два фактора объясняют, почему помимо карт загрязнения территорий от Чернобыльской аварии имеются похожие карты на загрязнение по стронцию.

Еще стоит упомянуть препарат Пентацин, который ускоряет выведение из организма плутония, иттрия, церия, цинка, кадмия, кобальта, марганца и свинца, в том числе их радиоактивных изотопов.

Если вы не военный, не спасатель и не сотрудник ядерного объекта, то бояться острого внешнего облучения в результате какого-либо инцидента вам не стоит. Даже среди ликвидаторов аварии на ЧАЭС лишь очень малая доля людей попадала в ситуации, в которых целесообразно применение радиопротекторов первого типа. Не удивительно, что они присутствуют лишь в спецаптечках. А вот знать как защищаться от возможного выброса радионуклидов лишним не будет, поскольку именно это основная угроза для населения в случае радиационных аварий и терактов. Йодную профилактику небесполезно уметь делать безопасно и своевременно, благо доступ к йоду есть у всех. А то по незнанию будет волна отравлений, как было

в 2004-м после инцидента на Балаковской АЭС

.

Ферроцинсодержащие препараты включены в перечень обязательных лекарств американского национального хранилища Strategic National Stockpile, запасы которого могут использоваться для спасения населения в случае чрезвычайных происшествий или терактов. В России такие препараты-радиопротекторы, наравне в тем что есть в АИ-4, входят в расширенный перечень лекарств, запасы которых должны быть созданы на 100% личного состава МЧС и Минобороны. Но есть ли такой запас для населения на случай масштабного радиационного ЧП — неизвестно.

Ссылки и источники:


1. Приказа МЧС России от 23.01.2014 N 23 о О принятии на снабжение МЧС России Комплекта индивидуального медицинского гражданской защиты (КИМГЗ)
2. А.К.Гуськова, В.И.Краснюк. Последствия для здоровья лиц, участвовавших в ликвидации аварий на Чернобыльской АЭС, основные итоги и нерешенные проблемы // Медицина труда и промышленная экология. – 2012. – № 10. – С.11-19. –ISSN 1026-9428.
3. Экологические последствия аварии на Чернобыльской АЭС и их преодоление: двадцатилетний опыт // Доклад экспертной группы “Экология” Чернобыльского форума, Международное агентство по атомной энергии, Вена, 2006 — ISBN 978–92–0–409307–0.
4. Клинические рекомендации по оказанию медицинской помощи пострадавшим от воздействия ионизирующего излучения в чрезвычайных ситуациях. Всероссийский центр медицины катастроф «Защита» Министерства здравоохранения Российской Федерации
5. Приказ МЧС России от 1 ноября 2006 г. N 633 О ПРИНЯТИИ НА СНАБЖЕНИЕ МЧС РОССИИ КИМГЗ
6. Чернобыль: истинные масштабы аварии. Совместный пресс-релиз ВОЗ/МАГАТЭ/ПРООН
7. Химическая защита от лучевого поражения. Ю. Б. Кудряшов. МГУ им. М.В. Ломоносова.

Крупнейшие радиационные аварии и катастрофы в мире. Справка

3 марта 1949 года в Челябинской области в результате массового сброса комбинатом «Маяк» в реку Теча высокоактивных жидких радиоактивных отходов облучению подверглись около 124 тысяч человек в 41 населенном пункте. Наибольшую дозу облучения получили 28 100 человек, проживавших в прибрежных населенных пунктах по реке Теча (средняя индивидуальная доза – 210 мЗв). У части из них были зарегистрированы случаи хронической лучевой болезни.

12 декабря 1952 года в Канаде произошла первая в мире серьезная авария на атомной электростанции. Техническая ошибка персонала АЭС Чолк-Ривер (штат Онтарио) привела к перегреву и частичному расплавлению активной зоны. Тысячи кюри продуктов деления попали во внешнюю среду, а около 3800 кубических метров радиоактивно загрязненной воды было сброшено прямо на землю, в мелкие траншеи неподалеку от реки Оттавы.

29 ноября 1955 года «человеческий фактор» привел к аварии американский экспериментальный реактор EBR-1 (штат Айдахо, США). В процессе эксперимента с плутонием, в результате неверных действий оператора, реактор саморазрушился, выгорело 40% его активной зоны.

29 сентября 1957 года произошла авария, получившая название «Кыштымская». В хранилище радиоактивных отходов ПО «Маяк» в Челябинской области взорвалась емкость, содержавшая 20 миллионов кюри радиоактивности. Специалисты оценили мощность взрыва в 70-100 тонн в тротиловом эквиваленте. Радиоактивное облако от взрыва прошло над Челябинской, Свердловской и Тюменской областями, образовав так называемый Восточно-Уральский радиоактивный след площадью свыше 20 тысяч кв. км. По оценкам специалистов, в первые часы после взрыва, до эвакуации с промплощадки комбината, подверглись разовому облучению до 100 рентген более пяти тысяч человек. В ликвидации последствий аварии в период с 1957 по 1959 год участвовали от 25 тысяч до 30 тысяч военнослужащих. В советское время катастрофа была засекречена.

10 октября 1957 года в Великобритании в Виндскейле произошла крупная авария на одном из двух реакторов по наработке оружейного плутония. Вследствие ошибки, допущенной при эксплуатации, температура топлива в реакторе резко возросла, и в активной зоне возник пожар, продолжавшийся в течение 4 суток. Получили повреждения 150 технологических каналов, что повлекло за собой выброс радионуклидов. Всего сгорело около 11 тонн урана. Радиоактивные осадки загрязнили обширные области Англии и Ирландии; радиоактивное облако достигло Бельгии, Дании, Германии, Норвегии.

В апреле 1967 года произошел очередной радиационный инцидент в ПО «Маяк». Озеро Карачай, которое ПО «Маяк» использовало для сброса жидких радиоактивных отходов, сильно обмелело; при этом оголилось 2-3 гектара прибрежной полосы и 2-3 гектара дна озера. В результате ветрового подъема донных отложений с оголившихся участков дна водоема была вынесена радиоактивная пыль около 600 Ku активности. Была загрязнена территория в 1 тысячу 800 квадратных километров, на которой проживало около 40 тысяч человек.

В 1969 году произошла авария подземного ядерного реактора в Люценсе (Швейцария). Пещеру, где находился реактор, зараженную радиоактивными выбросами, пришлось навсегда замуровать. В том же году произошла авария во Франции: на АЭС «Святой Лаврентий» взорвался запущенный реактор мощностью 500 мВт. Оказалось, что во время ночной смены оператор по невнимательности неправильно загрузил топливный канал. В результате часть элементов перегрелась и расплавилась, вытекло около 50 кг жидкого ядерного топлива.

18 января 1970 года произошла радиационная катастрофа на заводе «Красное Сормово» (Нижний Новгород). При строительстве атомной подводной лодки К 320 произошел неразрешенный запуск реактора, который отработал на запредельной мощности около 15 секунд. При этом произошло радиоактивное заражение зоны цеха, в котором строилось судно.

В цехе находилось около 1000 рабочих. Радиоактивного заражения местности удалось избежать из-за закрытости цеха. В тот день многие ушли домой, не получив необходимой дезактивационной обработки и медицинской помощи. Шестерых пострадавших доставили в московскую больницу , трое из них скончались через неделю с диагнозом острая лучевая болезнь, с остальных взяли подписку о неразглашении произошедшего на 25 лет.

Основные работы по ликвидации аварии продолжались до 24 апреля 1970 года. В них приняло участие более тысячи человек. К январю 2005 года в живых из них осталось 380 человек.

Семичасовой пожар 22 марта 1975 года на реакторе АЭС «Браунс Ферри» в США (штат Алабама) обошелся в 10 млн долларов. Все случилось после того, как рабочий с зажженной свечой в руке полез заделать протечку воздуха в бетонной стене. Огонь был подхвачен сквозняком и распространился через кабельный канал. АЭС на год была выведена из строя.

Самым серьезным инцидентом в атомной энергетике США стала авария на АЭС Тримайл-Айленд в штате Пенсильвания, произошедшая 28 марта 1979 года. В результате серии сбоев в работе оборудования и грубых ошибок операторов на втором энергоблоке АЭС произошло расплавление 53% активной зоны реактора. Произошел выброс в атмосферу инертных радиоактивных газов – ксенона и йода Кроме того, в реку Сукуахана было сброшено 185 кубических метров слаборадиоактивной воды. Из района, подвергшегося радиационному воздействию, было эвакуировано 200 тысяч человек.

В ночь с 25 на 26 апреля 1986 года на четвертом блоке Чернобыльской АЭС (Украина) произошла крупнейшая ядерная авария в мире, с частичным разрушением активной зоны реактора и выходом осколков деления за пределы зоны. По свидетельству специалистов, авария произошла из-за попытки проделать эксперимент по снятию дополнительной энергии во время работы основного атомного реактора. В атмосферу было выброшено 190 тонн радиоактивных веществ. 8 из 140 тонн радиоактивного топлива реактора оказались в воздухе. Другие опасные вещества продолжали покидать реактор в результате пожара, длившегося почти две недели. Люди в Чернобыле подверглись облучению в 90 раз большему, чем при падении бомбы на Хиросиму. В результате аварии произошло радиоактивное заражение в радиусе 30 км. Загрязнена территория площадью 160 тысяч квадратных километров. Пострадали северная часть Украины, Беларусь и запад России. Радиационному загрязнению подверглись 19 российских регионов с территорией почти 60 тысяч квадратных километров и с населением 2,6 миллиона человек.

30 сентября 1999 года произошла крупнейшая авария в истории атомной энергетики Японии. На заводе по изготовлению топлива для АЭС в научном городке Токаймура (префектура Ибараки) из-за ошибки персонала началась неуправляемая цепная реакция, которая продолжалась в течение 17 часов. Облучению подверглись 439 человек, 119 из них получили дозу, превышающую ежегодно допустимый уровень. Трое рабочих получили критические дозы облучения. Двое из них скончались.

9 августа 2004 года произошла авария на АЭС «Михама», расположенной в 320 километрах к западу от Токио на о.Хонсю. В турбине третьего реактора произошел мощный выброс пара температурой около 200 градусов по Цельсию. Находившиеся рядом сотрудники АЭС получили серьезные ожоги. В момент аварии в здании, где расположен третий реактор, находились около 200 человек. Утечки радиоактивных материалов в результате аварии не обнаружено. Четыре человека погибли, 18 – серьезно пострадали. Авария стала самой серьезной по числу жертв на АЭС в Японии.

Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к продукции (товарам), подлежащей санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)

Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к продукции (товарам), подлежащей санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)


 

(в ред. решений Комиссии Таможенного союза от 17.08.2010 № 341, от 18.11.2010 № 456, от 02.03.2011 № 571, от 07.04.2011 № 622, от 18.10.2011 № 829, от 09.12.2011 № 889, решений Коллегии Евразийской экономической комиссии от 19.04.2012 № 34, от 16.08.2012 № 125, от 06.11.2012 № 208, от 15.01.2013 № 6,
от 10.11.2015 № 149, от 06.08.2019 № 132​)


 

СОДЕРЖАНИЕ

Единых санитарно-эпидемиологических и гигиенических требований 
к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому 
надзору (контролю)

 

Номер раздела

Наименование

Номера страниц

ГЛАВА I

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ​​

ГЛАВА II

 

Раздел 1.  Требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов​

 

​Раздел 2. Требования безопасности к товарам детского ассортимента​

 

Раздел 3. Требования к материалам, реагентам, оборудованию, используемым для водоочистки и водоподготовки​​

 

 

Раздел 4. Требования к парфюмерно-косметическим средствам и средствам гигиены полости рта​ 

Раздел 5. Требования к товарам бытовой химии, лакокрасочным материалам​

 

Раздел 6. Требования к полимерным и полимерсодержащим строительным материалам и мебели​

 

Раздел 7. Требования к продукции машиностроения, приборостроения и электротехники

 

Раздел 8. Требования безопасности к печатным книгам и другим изделиям полиграфической промышленности​

 

 

 

 ​

Раздел 9. Требования к питьевой воде, расфасованной в емкости​

Раздел 10. Требования к материалам для изделий (изделиям), контактирующим с кожей человека, одежде, обуви​

Раздел 11. Требования к продукции, изделиям, являющимся источником ионизирующего излучения, в том числе генерирующего, а также изделиям и товарам, содержащим радиоактивные вещества​

 

Раздел 12.  Требования к средствам личной гигиены​

 

Раздел 13. Требования к сигаретам и табачному сырью​

 

Раздел 14. Требования к средствам индивидуальной защиты​

 

Раздел 15. Требования к пестицидам и агрохимикатам​

 

Раздел 16. Требования к материалам и изделиям, изготовленным из полимерных и других материалов, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами и средами​

 

Раздел 17. Требования к оборудованию, материалам для воздухоподготовки, воздухоочистки и фильтрации​

 

Раздел 18.  Требования к изделиям медицинского назначения и медицинской технике​

 

Раздел 19. Требования к химической и нефтехимической продукции производственного назначения​

 

Раздел 20. Требования к дезинфицирующим средствам​

 

Раздел 21. Требования к минеральным водам​

Раздел 22. Требования безопасности пищевых добавок и ароматизаторов​

Раздел 23. Требования безопасности технологических вспомогательных средств​

ГЛАВА III

ПОРЯДОК ВНЕСЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ДОПОЛНЕНИЙ В ЕДИНЫЕ САНИТАРНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ​

​​​​

​​​

Types of Radioactive Emissions | Chemistry

19.

2: Типы радиоактивности

Наиболее распространенными типами радиоактивности являются α распад, β распад, γ распад, нейтронное излучение и захват электронов.

Альфа (α) распад — это выброс частицы α из ядра. Например, полоний-210 претерпевает α распад:

Альфа-распад происходит преимущественно в тяжёлых ядрах (A > 200, Z > 83). Потеря частицы α дает дочерним нуклиду с массой четыре единицы меньше и атомным числом два единицы меньше, чем у родительского нуклида.

Бета-распад (β) — излучение электрона или позитрона из ядра. Йод-131 является примером нуклида, который претерпевает β распад:

Электрон испускается из атомного ядра и не является одним из электронов, окружающих ядро. Эмиссия электрона не меняет массового числа нуклида, но увеличивает количество его протонов и уменьшает количество его нейтронов. Антинетротрино ( ) также испускается из-за экономии энергии.

Кислород-15 является примером нуклида, который подвергается позитронному излучению, или β+ распада:

Позитронный распад — это преобразование протона в нейтрон с излучением позитрона. Нейтрино (νe) также испускается из-за экономии энергии.

Гамма-излучение (γ излучение) наблюдается при образования нуклида в возбужденном состоянии и затем выпадает в его наземное состояние с излучением γ-луча, кванта высокоэнергетического электромагнитного излучения. Наличие ядра в возбужденном состоянии часто обозначается звездочкой (*). Кобальт-60 испускает излучение γ и используется во многих областях применения, включая лечение рака:

При излучении γ луча не происходит никаких изменений в серийном номере или атомном номере. Однако эмиссия γ может сопровождать один из других способов распада, что приведет к изменению серийного номера или атомного номера.

Нейтронное излучение — выброс нейтрона из ядра. Это может произойти спонтанно, как и распад из-за спадания из-за спадов из-за спадов из-13 за спадов из-за спадов из-за спадов из-за спадов из-за скатов 12 Во время этого процесса атомный номер остается неизменным, а массовый номер уменьшается на 1.

Захват электронов происходит, когда один из внутренних электронов атома захватывается ядром атома. Например, калий-40 подвергается электронному захвату:

Захват электронов происходит, когда электрон внутри оболочки соединяется с протонами и преобразуется в нейтрон. Потеря электрона во внутренней оболочке оставляет вакансию, которая будет заполнена одним из внешних электронов. По мере падения внешнего электрона в вакансию, он будет выделять энергию. В большинстве случаев энергия будет излучаться в виде рентгеновского излучения. Электронный захват оказывает такое же влияние на ядро, как и позитронное излучение: Атомное число уменьшается на единицу, а количество массы не изменяется.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд. , раздел 21.3: Радиоактивный распад.


Литература для дополнительного чтения

  1. Cottingham, W. N., Greenwood, D. A. (2001). An Introduction to Nuclear Physics. Cambridge, U.K. Cambridge University Press.

Радиоактивный распад | Агентство по охране окружающей среды США

Радиоактивный распад — это излучение энергии в форме ионизирующего излучения. ионизирующее излучение. Излучение с такой большой энергией, что оно может выбивать электроны из атомов. Ионизирующее излучение может воздействовать на атомы живых существ, поэтому оно представляет опасность для здоровья, повреждая ткани и ДНК в генах. Испускаемое ионизирующее излучение может включать альфа-частицы альфа-частицы Форма ионизирующего излучения в виде частиц, состоящая из двух нейтронов. и два протона.Альфа-частицы не представляют прямой или внешней радиационной угрозы; однако они могут представлять серьезную угрозу для здоровья при проглатывании или вдыхании. , бета-частицы бета-частицы Форма ионизирующего излучения в виде частиц, состоящая из мелких быстро движущихся частиц. Некоторые бета-частицы способны проникать через кожу и вызывать повреждения, такие как ожоги кожи. Бета-излучатели наиболее опасны при вдыхании или проглатывании. и/или гамма-лучи гамма-лучи Форма ионизирующего излучения, состоящая из невесомых пакетов энергии, называемых фотонами.Гамма-лучи могут полностью проходить через тело человека; по мере прохождения они могут вызывать повреждение тканей и ДНК. Радиоактивный распад происходит в несбалансированных атомах , называемых радионуклидами.

Элементы периодической таблицы могут принимать различные формы. Некоторые из этих форм стабильны; другие формы неустойчивы. Как правило, самая стабильная форма элемента является наиболее распространенной в природе. Однако все элементы имеют нестабильную форму. Нестабильные формы излучают ионизирующее излучение и радиоактивны. Некоторые элементы, не имеющие стабильной формы, всегда радиоактивны, например уран. Элементы, испускающие ионизирующее излучение, называются радионуклидами.

При распаде радионуклид превращается в другой атом — продукт распада. Атомы продолжают превращаться в новые продукты распада, пока не достигнут стабильного состояния и перестанут быть радиоактивными. Большинство радионуклидов распадаются только один раз, прежде чем становятся стабильными. Радионуклиды, которые распадаются более чем за один этап, называются серийными радионуклидами. Ряд продуктов распада, образующихся для достижения этого баланса, называется цепочкой распада , цепочкой распада . Ряд распадов или превращений, через которые проходят радионуклиды, прежде чем они достигнут стабильной формы.Например, цепочка распада, которая начинается с урана-238, завершается свинцом-206 после образования промежуточных продуктов, таких как уран-234, торий-230, радий-226 и радон-222. Также называется «серией распада».

Каждая серия имеет свою уникальную цепочку распада. Продукты распада внутри цепи всегда радиоактивны. Только последний стабильный атом в цепи не является радиоактивным. Некоторые продукты распада представляют собой другой химический элемент.

Каждый радионуклид имеет определенную скорость распада, которая измеряется в терминах «период полураспада период полураспада Время, необходимое для распада или преобразования половины присутствующих радиоактивных атомов.Период полураспада некоторых радионуклидов составляет всего несколько секунд, период полураспада других составляет сотни или миллионы лет». считанные секунды, но у других периоды полураспада составляют сотни, миллионы или миллиарды лет.

Радиоактивность

Если вы посмотрите на периодическую таблицу, вы заметите, что все элементы после висмута, атомный номер 83, имеют свою атомную массу, обозначенную целым числом в скобках.Такие большие ядра нестабильны и подвержены радиоактивность , самопроизвольный распад путем испускания частиц. Этот процесс также известен как радиоактивный распад. Атомная масса, указанная в периодической таблице, представляет собой массовое число наиболее распространенного изотопа каждого радиоактивного элемента.

Для химических целей наиболее важными видами излучения являются альфа- и бета-частицы. Альфа-частица (α) представляет собой ядро ​​с 2 протонами и 2 нейтронами.Эта ядерная нотация использует нижний индекс слева для записи количества протонов, тогда как верхний индекс слева вверху представляет собой массовое число , общее количество нуклонов. Количество протонов определяет химический элемент, тогда как общее количество нуклонов является массовым числом частицы или изотопа.

Если нестабильное ядро ​​испускает альфа-частицу, его атомный номер уменьшается на 2, а массовое число уменьшается на 4. Примером может служить распад тория-232:

 

Обратите внимание, что радиоактивный распад фактически превращает один химический элемент в другой элемент, процесс, называемый трансмутацией . Также обратите внимание, что сумма массовых чисел на каждой стороне одинакова, что указывает на то, что они сохраняются. Это также верно для общего заряда с каждой стороны.

Другой химически важный способ радиоактивного превращения обеспечивается отрицательными бета-частицами (β), которые представляют собой электроны, испускаемые атомными ядрами, а не с окружающих электронных орбиталей. Бета-частица может быть обозначена как электрон (е ) или греческой буквой бета ( ). Бета-частица возникает в результате распада нейтрона на протон:

Создание протона приводит к увеличению атомного номера на единицу.Примером бета-трансмутации является распад свинца-212:

.

 

Атомный номер увеличился до 83 из-за нового протона, но массовое число осталось постоянным, потому что оба ядра металлов имеют всего 212 протонов плюс нейтроны.

Наиболее известным радиоактивным элементом является уран, который имеет два встречающихся в природе изотопа с массовыми числами 235 и 238, которые распадаются очень медленно. Рассмотрим первые несколько этапов распада урана-238, который превращается в свинец-206 после испускания восьми альфа- и шести бета-частиц.Самые ранние этапы схемы распада включают только три элемента, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Три радиоактивных элемента.

Вам следует внимательно изучить изменения как атомного номера (протоны), так и массового числа (протоны плюс нейтроны):

 

В этой короткой последовательности есть два разных изотопа урана и два изотопа тория.

  • Следующим шагом в схеме распада урана-238 является испускание альфа-частицы из тория-230.Опишите массовое число, атомный номер и название элемента для полученного ядра.

Таблица изотопов


Поиск ядерных данных Лунда/LBNL

С.Ю.Ф. Chu 1 , L.P. Ekström 1,2 и RB Firestone 1

1 LBNL, Беркли, США
2 Факультет физики Лундского университета, Швеция

 
Справочник Таблица изотопов на протяжении многих лет был самым широко используемый источник информации о структуре ядра и данных о распаде. Пожалуйста, обратитесь к по этой ссылке для получения информации о книге, компакт-диске, а также дополнительных таблицах и информация о ядерных данных. Эта услуга предназначена для предоставления удобного веб-доступа к Таблица изотопов   данные.

В настоящее время реализована только часть данных о распаде, но сервис со временем будут включать средства поиска, генераторы таблиц, диаграммы и чертежи всей ядерной структуры и данные о распаде в книге ToI.

Особенности системы

  • Все известные g-лучи и а-частицы энергии радиоактивного распада доступны для поиска по ряду критериев
  • Можно получить свойства всех известных нуклидов и изомерных состояний
  • Списки излучений (с сортировкой по энергии, интенсивности и типу распада)
  • Сводные чертежи массовых цепей A=1-272 в формате PDF ( Adobe Acrobat Reader нужен плагин)
  • Ссылка на оценку ENSDF
  • Автоматически генерируемый поиск ссылок на упадок после крайнего срока
  • Первичные ссылки наборов данных распада
Справочные номера ключей автоматически декодируются из ядерной науки. Средство базы данных ссылок Веб-сервер IE NSR , который доступен как в Лунд , так и в Беркли .

Советы по использованию

  • Стабильные нуклиды имеют период полураспада 1e+35 с. Если вы хотите исключить стабильных нуклидов в поиске можно ввести 1e+34 с в качестве верхнего предела.

Технические характеристики

Microsoft Internet Information Server (IIS 3.0), работающий под управлением Windows NT 4.0. на Pentium Pro 200 МГц с памятью 128 Мбайт. Данные хранятся в Microsoft Access база данных, а соединение между базой данных и веб-сервером — Open DataBase Connectivity. (ОДБК).Выходные страницы могут быть созданы гибким способом (высокая осведомленность о данных) с помощью страниц активного сервера (ASP).

Ссылки на данные

Если явно не указано иное, данные взяты из файла оцененной ядерной структуры (ENSDF). ENSDF обновляется и поддерживается Национальным центром ядерных данных (NNDC) в BNL. Ссылки на оценки ENSDF (опубликованные в Nuclear Data Sheets) приведены в основной таблице соответствующего нуклида.Эта цитата из ENSDF может использоваться как ссылка на данные. В качестве альтернативы общая ссылка на Можно использовать ToI на WWW

.
Массы, добротности и энергии разделения нуклонов
Обновление 1995 г. для оценки атомной массы , Г. Ауди и А. Х. Вапстра, Ядерная физика A595 (1995) 409-480

Поиск ядерных данных

Радиоактивность и ядерная химия – Химия

3.1 Основные формы радиоактивности
Альфа-частица (α)
Бета-частица (β)
Гамма-излучение (γ)
Эмиссия позитронов (распад β + ) и захват электронов
Ядерное деление

3.2 Период полураспада радиоактивных веществ

3. 3 Биологические эффекты радиационного облучения

3.4 Использование радиоактивных изотопов

3.5 Краткое содержание главы

3.6 Каталожные номера

Радиоактивность и ядерная химия

Атомная теория девятнадцатого века предполагала, что ядра имеют фиксированный состав. Но в 1896 году французский ученый Анри Беккерель обнаружил, что соединение урана, помещенное рядом с фотопластинкой, дает изображение на пластинке, даже если это соединение было завернуто в черную ткань. Он рассудил, что соединение урана испускает какое-то излучение, которое проходит через ткань и обнажает фотопластинку.Дальнейшие исследования показали, что излучение представляет собой комбинацию частиц и электромагнитных лучей, а его конечным источником является атомное ядро. Эти эманации в конечном итоге были названы вместе радиоактивностью .

После довольно счастливого открытия Беккерелем радиоактивности многие выдающиеся ученые начали исследовать это новое интригующее явление. Среди них были Мария Кюри (первая женщина, получившая Нобелевскую премию, и единственный человек, получивший две Нобелевские премии по разным наукам — химии и физике), которая первой ввела термин «радиоактивность», и Эрнест Резерфорд (из слава эксперимента с золотой фольгой), который исследовал и назвал три наиболее распространенных типа излучения.В начале двадцатого века было открыто много радиоактивных веществ, были исследованы и количественно определены свойства излучения, а также сформировалось четкое представление о излучении и ядерном распаде.

Самопроизвольное превращение одного нестабильного нуклида в другой есть радиоактивный распад . Нестабильный нуклид называется родительским нуклидом ; нуклид, образующийся в результате распада, известен как дочерний нуклид . Дочерний нуклид может быть стабильным или распадаться. Излучение, возникающее при радиоактивном распаде, таково, что дочерний нуклид лежит ближе к полосе стабильности, чем родительский нуклид, поэтому расположение нуклида относительно полосы стабильности может служить ориентиром для определения типа распада, которому он подвергнется ( Рисунок 3.1).

Рис. 3.1 Ядро урана-238 (родительский нуклид) подвергается α-распаду с образованием тория-234 (дочернего нуклида). Альфа-частица удаляет два протона (зеленый) и два нейтрона (серый) из ядра урана-238.


3.1 Основные формы радиоактивности
Альфа-частица (α)

Опыты Резерфорда показали, что существуют три основные формы радиоактивного излучения. Первая называется альфа-частицей , которая обозначается греческой буквой α. Альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов и аналогична ядру гелия. (Мы часто используем 2 4 He для обозначения альфа-частицы. ) Заряд 2+. Когда радиоактивный атом испускает альфа-частицу, атомный номер исходного атома уменьшается на два (из-за потери двух протонов), а его массовое число уменьшается на четыре (из-за потери четырех ядерных частиц). Мы можем представить испускание альфа-частицы химическим уравнением — например, испускание альфа-частицы урана-235 выглядит следующим образом:

Вместо того, чтобы называть это уравнение химическим уравнением, мы называем его ядерным уравнением , чтобы подчеркнуть, что изменение происходит в атомном ядре.Откуда мы знаем, что продуктом этой реакции является 90 231 Th? Мы используем закон сохранения материи , который гласит, что материя не может быть создана или уничтожена. Это означает, что у нас должно быть одинаковое количество протонов и нейтронов с обеих сторон ядерного уравнения. Если наше ядро ​​урана теряет 2 протона, остается 90 протонов, что идентифицирует элемент как торий. Более того, если мы потеряем четыре ядерные частицы из исходных 235, останется 231.Таким образом, мы используем вычитание для идентификации изотопа атома Th — в данном случае 90 231 Th.

Бета-частица (β)

Второй тип радиоактивного излучения называется бета-частицами , что обозначается греческой буквой β. Бета-частица — это электрон, выброшенный из ядра (а не из электронных оболочек ядра) и имеющий заряд -1. Мы также можем представить бета-частицу как -1 0 e.Чистый эффект испускания бета-частиц на ядро ​​заключается в том, что нейтрон превращается в протон. Общее массовое число остается прежним, но поскольку число протонов увеличивается на единицу, атомный номер увеличивается на единицу. Углерод-14 распадается, испуская бета-частицу:

Опять же, сумма атомных чисел одинакова в обеих частях уравнения, как и сумма массовых чисел. (Обратите внимание, что электрону присвоен «атомный номер» -1, равный его заряду. )

Гамма-излучение (γ)

Третий основной тип радиоактивного излучения — это не частица, а очень энергичная форма электромагнитного излучения , называемая гамма-лучами , обозначаемая греческой буквой γ.Электромагнитное излучение можно разделить на различные категории в зависимости от длины волны и энергии фотонов. Электромагнитный спектр, показанный на рисунке 3.2, показывает основные категории электромагнитного излучения. Обратите внимание, что сенсорные приспособления зрения и слуха человека развились для обнаружения электромагнитного излучения: радиоволны имеют длину волны от 1 мм до 100 км, а видимый свет имеет длину волны от 380 до 700 нм. Технический прогресс помог человечеству использовать другие формы электромагнитного излучения, включая рентгеновские лучи и микроволны.

Рисунок 3.2 Электромагнитный спектр. Диаграмма электромагнитного спектра, показывающая различные свойства в диапазоне частот и длин волн. Изображение доступно из Википедии


Некоторые электромагнитные излучения с очень короткими длинами волн достаточно активны, чтобы выбить электроны из атомов в образце вещества и сделать его электрически заряженным. Типы излучения, которые могут это сделать, называются ионизирующим излучением .Рентгеновские лучи и гамма-лучи являются примерами ионизирующего излучения. Некоторые радиоактивные материалы при распаде испускают гамма-излучение. Например, при распаде радиоактивного технеция-99 испускается гамма-излучение. Обратите внимание, что при радиоактивном распаде, когда происходит испускание гамма-излучения, идентичность исходного материала не меняется, поскольку физически не испускаются никакие частицы.

Иногда радиоактивный распад образца может привести к выбросу нескольких форм радиоактивности.Например, при радиоактивном распаде радона-222 испускается как альфа-, так и гамма-излучение, причем последнее имеет энергию 8,2 × 10 −14 Дж на одно распавшееся ядро:

Может показаться, что это не так много энергии, но если бы 1 моль атомов Rn распался, энергия гамма-излучения составила бы 4,9 × 10 7 кДж!

Альфа-, бета- и гамма-излучения обладают разной способностью проникать сквозь материю. Относительно большая альфа-частица легко останавливается материей (хотя она может передавать значительное количество энергии материи, с которой контактирует).Бета-частицы немного проникают в материю, максимум на несколько сантиметров. Гамма-лучи могут проникать глубоко в материю и сообщать большое количество энергии окружающей материи. В таблице 3.1 приведены свойства трех основных типов радиоактивных выбросов, а на рисунке 3.3 обобщена способность каждого радиоактивного типа проникать в вещество.

Таблица 3.1 Три основных вида радиоактивных выбросов

Рисунок 3.3 Иллюстрация относительной способности трех различных типов ионизирующего излучения проникать сквозь твердые вещества. Типичные альфа-частицы (α) останавливаются листом бумаги, а бета-частицы (β) останавливаются алюминиевой пластиной. Гамма-излучение (γ) затухает, когда проникает через свинец. Рисунок предоставлен Stannered


Эмиссия позитронов (распад β + ) и захват электронов

В дополнение к трем основным типам радиоактивных частиц, перечисленным выше, были обнаружены два дополнительных менее распространенных типа выбросов. К ним относятся эмиссия позитронов и захват электронов .

Позитронная эмиссия (β + распад ) — это эмиссия позитрона из ядра. Кислород-15 является примером нуклида, который подвергается эмиссии позитронов:

.

Эмиссия позитронов наблюдается для нуклидов, в которых отношение n:p низкое. Эти нуклиды лежат ниже полосы стабильности. Распад позитрона — это превращение протона в нейтрон с испусканием позитрона.Отношение n:p увеличивается, и дочерний нуклид располагается ближе к полосе стабильности, чем родительский. Позитрон имеет массу электрона, но положительный заряд. Таким образом, общая масса нуклида не меняется, но атомный номер уменьшается на единицу, что вызывает изменение элементной принадлежности дочернего изотопа.

Электронный захват происходит, когда один из внутренних электронов в атоме захватывается ядром атома. Например, калий-40 подвергается электронному захвату:

Захват электрона происходит, когда электрон внутренней оболочки соединяется с протоном и превращается в нейтрон. Потеря электрона внутренней оболочки оставляет вакансию, которая будет заполнена одним из внешних электронов. Когда внешний электрон попадает в вакансию, он излучает энергию. В большинстве случаев излучаемая энергия будет иметь форму рентгеновского излучения. Подобно испусканию позитронов, захват электрона происходит для «богатых протонами» ядер, лежащих ниже полосы стабильности. Захват электронов оказывает на ядро ​​такое же воздействие, как и испускание позитронов: атомный номер уменьшается на единицу, а массовое число не меняется.Это увеличивает отношение n:p, и дочерний нуклид располагается ближе к полосе стабильности, чем родительский. Трудно предсказать, происходит ли захват электронов или испускание позитронов. Выбор в первую очередь обусловлен кинетическими факторами, причем тот, для которого требуется меньшая энергия активации, более вероятен.

На рис. 3.4 представлены эти типы распада вместе с их уравнениями и изменениями атомных и массовых чисел.

Рисунок 3. 4. Краткая информация о типе, ядерном уравнении, представлении и любых изменениях массы или атомных номеров для различных типов распада.


Ядерное деление

Иногда атомное ядро ​​распадается на более мелкие части в результате радиоактивного процесса, называемого спонтанным делением (или делением). Как правило, дочерние изотопы, образующиеся при делении, представляют собой разнообразную смесь продуктов, а не конкретный изотоп, как при испускании альфа- и бета-частиц. Часто при делении образуются избыточные нейтроны, которые иногда захватываются другими ядрами, что может вызвать дополнительные радиоактивные события.Уран-235 подвергается самопроизвольному делению в небольшой степени. Одна типичная реакция

, где 0 1 n — нейтрон. Как и в любом ядерном процессе, суммы атомных и массовых чисел должны быть одинаковыми в обеих частях уравнения. Спонтанное деление наблюдается только у крупных ядер. Наименьшим ядром, способным к спонтанному делению, является свинец-208. (Деление — это радиоактивный процесс, используемый на атомных электростанциях и в одном из типов ядерных бомб.)

(наверх)

3.2 Период полураспада радиоактивных веществ

Каждый радиоактивный нуклид имеет характеристику, постоянную период полураспада ( t 1/2 ), время, необходимое для распада половины атомов в образце. Период полураспада изотопа позволяет нам определить, как долго будет доступен образец полезного изотопа и как долго должен храниться образец нежелательного или опасного изотопа, прежде чем он распадется до достаточно низкого уровня радиации, который больше не является опасным. проблема.

Например, кобальт-60, изотоп, испускающий гамма-лучи и используемый для лечения рака, имеет период полураспада 5,27 года (рис. 3.5). В данном источнике кобальта-60, поскольку половина ядер распадается каждые 5,27 года, количество материала и интенсивность испускаемого излучения сокращаются вдвое каждые 5,27 года. Обратите внимание, что для данного вещества интенсивность излучения, которое оно производит, прямо пропорциональна скорости распада вещества и количеству вещества. Таким образом, источник кобальта-60, который используется для лечения рака, необходимо регулярно заменять, чтобы он оставался эффективным.

Рисунок 3.5. Распад кобальта-60. Для кобальта-60, имеющего период полураспада 5,27 года, 50% остается через 5,27 года (один период полураспада), 25% остается через 10,54 года (два периода полураспада), 12,5% остается через 15,81 года (три период полураспада) и так далее. Обратите внимание, что каждый период полураспада имеет одинаковую продолжительность времени.


Поскольку каждый период полураспада радионуклида равен одному и тому же отрезку времени, мы можем использовать следующее уравнение, чтобы рассчитать, сколько радиоактивного нуклида останется после прохождения любого количества (n) периодов полураспада:

Практическая задача:

Вопрос: Период полураспада Zn-71 равен 2. 4 минуты. Если бы у человека было 100,0 г в начале, сколько граммов осталось бы через 7,2 минуты?

Решение:

Шаг 1. Определите число прошедших периодов полураспада:    число периодов полураспада = прошедшее время, деленное на период полураспада (убедитесь, что единицы времени совпадают!!)

Шаг 2. Используйте уравнение остатка изотопа, чтобы решить, сколько изотопа останется после того, как пройдет число периодов полураспада, определенное на шаге 1.

(наверх)

3.3 Биологические эффекты радиационного облучения

Существует большая разница в величине биологического воздействия неионизирующего излучения (например, света и микроволн) и ионизирующего излучения , излучений с достаточной энергией, чтобы выбивать электроны из молекул (например, α- и β-частицы, гамма-лучи, рентгеновские лучи и высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение) (рис. 3.6).

Рисунок 3.6. Поражающее действие ионизирующего излучения. Низкочастотное и низкоэнергетическое электромагнитное излучение является неионизирующим, а более высокочастотное и высокоэнергетическое электромагнитное излучение является ионизирующим.


Энергия, поглощаемая неионизирующим излучением, ускоряет движение атомов и молекул, что эквивалентно нагреву образца. Хотя биологические системы чувствительны к теплу (в чем мы можем убедиться, прикоснувшись к горячей плите или проведя день на пляже под солнцем), необходимо большое количество неионизирующего излучения, прежде чем будут достигнуты опасные уровни.Однако ионизирующее излучение может вызвать гораздо более серьезные повреждения, разрывая связи или удаляя электроны в биологических молекулах, нарушая их структуру и функции (рис. 3.7).

Рисунок 3.7.   Биологические эффекты ионизирующего излучения. Ионизирующее излучение может напрямую повредить биомолекулу, ионизируя ее или разрушая ее связи


Радиация может нанести вред либо всему телу (соматическое повреждение), либо яйцеклеткам и сперматозоидам (генетическое повреждение). Его эффекты более выражены в быстро размножающихся клетках, таких как слизистая оболочка желудка, волосяные фолликулы, костный мозг и эмбрионы. Вот почему пациенты, проходящие лучевую терапию, часто чувствуют тошноту или тошноту, выпадают волосы, болят кости и т. д., и поэтому необходимо соблюдать особую осторожность при прохождении лучевой терапии во время беременности.

(наверх)

3.4 Использование радиоактивных изотопов

Радиоактивные изотопы обладают теми же химическими свойствами, что и стабильные изотопы того же элемента, но излучают излучение, которое можно обнаружить.Если мы заменим один (или несколько) атомов радиоизотопами в соединении, мы сможем отследить их, отслеживая их радиоактивные выбросы. Этот тип соединения называется радиоактивным индикатором (или радиоактивной меткой ). Радиоизотопы используются для отслеживания путей биохимических реакций или для определения того, как вещество распределяется в организме. Радиоактивные индикаторы также используются во многих медицинских целях, включая диагностику и лечение. Они также используются во многих других отраслях промышленности для измерения износа двигателей, анализа геологических формаций вокруг нефтяных скважин и многого другого.

Радиоизотопы произвели революцию в медицинской практике, где они широко используются. Ежегодно в США проводится более 10 миллионов процедур ядерной медицины и более 100 миллионов тестов ядерной медицины. Четырьмя типичными примерами радиоактивных индикаторов, используемых в медицине, являются технеций-99, таллий-201, йод-131 и натрий-24. Поврежденные ткани сердца, печени и легких преимущественно поглощают определенные соединения технеция-99. После инъекции местоположение соединения технеция и, следовательно, поврежденной ткани можно определить путем обнаружения γ-лучей, испускаемых изотопа Tc-99.Таллий-201 (рис. 3.8) концентрируется в здоровой сердечной ткани, поэтому два изотопа, Tc-99 и Tl-201, используются вместе для изучения сердечной ткани. Йод-131 концентрируется в щитовидной железе, печени и некоторых отделах головного мозга. Поэтому его можно использовать для мониторинга зоба и лечения заболеваний щитовидной железы, таких как болезнь Грейвса, а также опухолей печени и головного мозга. Солевые растворы, содержащие соединения натрия-24, вводят в кровоток, чтобы помочь найти препятствия для тока крови.

Рисунок 3.8. Введение таллия-201 пациенту и последующее проведение стресс-теста дает медицинским работникам возможность визуально проанализировать работу сердца и кровоток. (кредит: модификация работы Blue0ctane/Wikimedia Commons)


Радиоизотопы, используемые в медицине, обычно имеют короткий период полураспада — например, Tc-99 имеет период полураспада 6,01 часа. Это делает Tc-99 практически невозможным для хранения и непомерно дорогим для транспортировки, поэтому вместо этого его производят на месте.Больницы и другие медицинские учреждения используют Mo-99 (который в основном извлекается из продуктов деления U-235) для производства Tc-99. Mo-99 подвергается β-распаду с периодом полураспада 66 часов, после чего Tc-99 извлекается химическим путем (рис. 3.9). Исходный нуклид Мо-99 является частью иона молибдата; когда он распадается, он образует ион пертехнетата. Эти два водорастворимых иона разделяют с помощью колоночной хроматографии, при этом молибдат-ион с более высоким зарядом адсорбируется на оксиде алюминия в колонке, а пертехнетат-ион с более низким зарядом проходит через колонку в растворе.Несколько микрограммов Mo-99 могут произвести достаточное количество Tc-99 для проведения до 10 000 тестов.

Рисунок 3.9. (a) Первый генератор Tc-99m (около 1958 г.) используется для отделения Tc-99 от Mo-99. MoO 4 2- удерживается матрицей в колонке, тогда как TcO 4 . проходит и собирается. (b) Tc-99 использовался при этом сканировании шеи пациента с болезнью Грейвса. Сканирование показывает местонахождение высоких концентраций Tc-99.(кредит a: модификация работы Министерства энергетики; кредит b: модификация работы «MBq»/Wikimedia Commons)


Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) использует радиацию для диагностики и отслеживания состояния здоровья, а также контроля за лечением, выявляя, как функционируют части тела пациента (рис. 3.10). Для проведения ПЭТ-сканирования в циклотроне производят излучающий позитроны радиоизотоп, который затем прикрепляют к веществу, используемому исследуемой частью тела.Это «меченое» соединение, или радиоактивный индикатор , затем вводят пациенту (вводят внутривенно или вдыхают в виде газа), и то, как оно используется тканью, показывает, как функционирует этот орган или другая часть тела.

Рисунок 3.10. ПЭТ-сканер (а) использует излучение для получения изображения того, как функционирует часть тела пациента. Сканирование, которое он производит, можно использовать для визуализации здорового мозга (б) или для диагностики заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера (в).(кредит: модификация работы Йенса Мауса)


Например, F-18 получают протонной бомбардировкой 18 O () и включают в аналог глюкозы, называемый флудеоксиглюкозой (ФДГ). То, как ФДГ используется организмом, дает важную диагностическую информацию; например, поскольку рак использует глюкозу иначе, чем нормальные ткани, ФДГ может выявить рак. 18 F испускает позитроны, которые взаимодействуют с соседними электронами, производя всплеск гамма-излучения. Эта энергия обнаруживается сканером и преобразуется в подробное трехмерное цветное изображение, показывающее, как функционирует эта часть тела пациента.Различные уровни гамма-излучения производят разное количество яркости и цветов в изображении, которое затем может быть интерпретировано радиологом, чтобы показать, что происходит. Сканирование ПЭТ может выявить повреждение сердца и сердечные заболевания, помочь диагностировать болезнь Альцгеймера, указать часть мозга, пораженную эпилепсией, выявить рак, показать, на какой стадии он находится и насколько он распространился, а также эффективность лечения. В отличие от магнитно-резонансной томографии и рентгена, которые показывают только то, как что-то выглядит, большое преимущество ПЭТ-сканирования заключается в том, что они показывают, как что-то функционирует.ПЭТ-сканирование в настоящее время обычно выполняется в сочетании с компьютерной томографией.

Радиоизотопы

также могут использоваться в качестве лечения, как правило, в более высоких дозах, чем в качестве индикатора. Лучевая терапия — это использование высокоэнергетического излучения для повреждения ДНК раковых клеток, которое убивает их или препятствует их делению (рис. 3.11). Больной раком может получать внешнюю лучевую терапию , проводимую аппаратом вне тела, или внутреннюю лучевую терапию (брахитерапию) от радиоактивного вещества, введенного в организм.Обратите внимание, что химиотерапия похожа на внутреннюю лучевую терапию тем, что лекарство для лечения рака вводится в организм, но отличается тем, что химиотерапия использует химические, а не радиоактивные вещества для уничтожения раковых клеток.

Рисунок 3.11. На рисунке (а) показан аппарат на кобальте-60, используемый для лечения рака. На диаграмме (b) показано, как гентри аппарата Co-60 поворачивается по дуге, фокусируя излучение на целевой области (опухоли) и сводя к минимуму количество излучения, проходящего через близлежащие области.


Кобальт-60 представляет собой синтетический радиоизотоп, полученный нейтронной активацией Co-59, который затем подвергается β-распаду с образованием Ni-60 вместе с испусканием γ-излучения. Общий процесс:

Общая схема затухания для этого показана графически на рисунке 3.12.

Рисунок 3.12. Co-60 подвергается ряду радиоактивных распадов. Гамма-излучение используется для лучевой терапии.


Радиоизотопы по-разному используются для изучения механизмов химических реакций в растениях и животных.К ним относятся маркировка удобрений в исследованиях поглощения питательных веществ растениями и роста сельскохозяйственных культур, исследования процессов пищеварения и производства молока у коров, а также исследования роста и метаболизма животных и растений.

Например, радиоизотоп С-14 использовался для выяснения деталей того, как происходит фотосинтез. Общая реакция:

, но этот процесс намного сложнее и состоит из ряда стадий, в ходе которых образуются различные органические соединения. При изучении пути этой реакции растения подвергались воздействию CO 2 , содержащего высокую концентрацию .Через равные промежутки времени растения анализировали, чтобы определить, какие органические соединения содержат углерод-14 и сколько каждого соединения присутствует. Из временной последовательности появления соединений и количества каждого из них в заданные промежутки времени ученые узнали больше о пути реакции.

Коммерческие применения радиоактивных материалов столь же разнообразны (рис. 3.13). К ним относится определение толщины пленок и тонких металлических листов по проникающей способности различных видов излучения.Дефекты металлов, используемых в конструкционных целях, можно обнаружить с помощью высокоэнергетических гамма-лучей кобальта-60, подобно тому, как рентгеновские лучи используются для исследования человеческого тела. В одной из форм борьбы с вредителями мух контролируют путем стерилизации самцов мух с помощью гамма-излучения, чтобы самки, размножающиеся с ними, не производили потомства. Многие продукты сохраняются благодаря радиации, которая убивает микроорганизмы, вызывающие порчу продуктов.

Рисунок 3.13. Обычное коммерческое использование радиации включает (a) рентгеновский досмотр багажа в аэропорту и (b) сохранение пищевых продуктов.(кредит а: модификация работы Министерства военно-морского флота; кредит б: модификация работы Министерства сельского хозяйства США)


Америций-241, альфа-излучатель с периодом полураспада 458 лет, используется в небольших количествах в детекторах дыма ионизационного типа (рис. 3.14). Выбросы α от Am-241 ионизируют воздух между двумя электродными пластинами в ионизационной камере. Батарея подает потенциал, который вызывает движение ионов, создавая тем самым небольшой электрический ток. Когда дым попадает в камеру, движение ионов затрудняется, что снижает проводимость воздуха.Это вызывает заметное падение тока, что приводит к срабатыванию сигнализации.

Рисунок 3.14. Внутри детектора дыма Am-241 испускает α-частицы, которые ионизируют воздух, создавая небольшой электрический ток. Во время пожара частицы дыма препятствуют потоку ионов, уменьшая ток и вызывая тревогу. (кредит: модификация работы Muffet/Wikimedia Commons)

(наверх)

3.5 Краткое содержание главы

Радиоактивность определяется как испускание частиц и электромагнитных лучей из ядра нестабильного атома.В этой главе были представлены шесть типов излучения, возникающего при ядерном распаде, в том числе:

  • альфа (α) распад , который состоит из двух протонов и двух нейтронов и имеет заряд +2.
  • бета-(β)-распад , который представляет собой вылет электрона из ядра (а не из электронных оболочек вокруг ядра), имеет заряд -1 и не имеет массы. Внутри ядра нейтрон испускает электрон и в процессе превращается в протон.
  • гамма-распад (γ) , характеризующийся испусканием ионизирующего излучения и не содержащий массы или заряда.
  • позитрон (β + ) эмиссия , которая представляет собой позитрон, выброшенный из ядра, имеет заряд +1 и не имеет массы. Внутри ядра протон испускает позитрон и в процессе превращается в нейтрон.
  • захват электрона происходит, когда электрон внутренней оболочки соединяется с протоном и превращается в нейтрон. Потеря электрона внутренней оболочки оставляет вакансию, которая будет заполнена одним из внешних электронов. Когда внешний электрон попадает в вакансию, он будет излучать энергию, часто в виде рентгеновских лучей.
  • ядерное деление происходит, когда атомное ядро ​​распадается на более мелкие части в результате радиоактивного процесса, высвобождающего избыточные нейтроны.

Каждый радиоактивный нуклид имеет характеристику, постоянную период полураспада ( t 1/2 ), время, необходимое для распада половины атомов в образце. Приведенное ниже уравнение можно использовать для определения того, сколько изотопа останется после прохождения заданного числа периодов полураспада

Радиоактивные выбросы могут нанести ущерб биологическим системам, вызывая расщепление белков и ДНК. Это может привести к клеточным и генетическим повреждениям и увеличить риск таких заболеваний, как рак. Однако при использовании в небольших количествах и в контролируемых условиях радиоактивных индикаторов и методы лечения оказались революционными для медицинской области. Например, Лучевая терапия — это использование высокоэнергетического излучения для повреждения ДНК раковых клеток, которое убивает их или препятствует их делению. Радиоактивные индикаторы также оказались очень полезными при оценке сердечных заболеваний, дисфункции щитовидной железы и других заболеваний крови. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) Сканирование использует радиацию для диагностики и отслеживания состояния здоровья, а также контроля лечения, показывая, как функционируют части тела пациента, а рентгеновские лучи уже давно используются для визуализации переломов костей и полостей в зубах.

(наверх)

3. 6 Каталожные номера

Если не указано иное, ресурсы для этой главы были изменены из следующих ресурсов Creative Commons:

  1. ОпенСтакс.(2016) Глава 21 – Ядерная химия. Химия Университета Райса находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

17.3: Типы радиоактивности: альфа-, бета- и гамма-распад

Многие ядра радиоактивны; то есть они разлагаются, испуская частицы, и при этом становятся другим ядром. В наших исследованиях до этого момента атомы одного элемента не могли превращаться в разные элементы.Это потому, что во всех других обсуждаемых типах изменений менялись только электроны. При этих изменениях меняется ядро, содержащее протоны, определяющие, каким элементом является атом. Все ядра с 84 и более протонами радиоактивны, а элементы с менее чем 84 протонами имеют как стабильные, так и нестабильные изотопы. Все эти элементы могут проходить ядерные изменения и превращаться в разные элементы.

При естественном радиоактивном распаде происходят три обычных выброса. Когда эти выбросы впервые наблюдались, ученые не смогли идентифицировать их как какие-то уже известные частицы и назвали их так:

Эти частицы были названы с использованием первых трех букв греческого алфавита.Некоторое время спустя альфа-частицы были идентифицированы как ядра гелия-4, бета-частицы были идентифицированы как электроны, а гамма-лучи — как форма электромагнитного излучения подобного рентгеновским лучам, за исключением того, что они обладают гораздо большей энергией и еще более опасны для живых систем.

Ионизирующая и проникающая способность излучения

При всем излучении от природных и искусственных источников, мы вполне обоснованно должны быть обеспокоены тем, как все излучение может повлиять на наше здоровье. Повреждение живых систем наносится радиоактивным излучением, когда частицы или лучи поражают ткани, клетки или молекулы и изменяют их.Эти взаимодействия могут изменить молекулярную структуру и функцию; клетки больше не выполняют свою надлежащую функцию, а молекулы, такие как ДНК, больше не несут соответствующей информации. Большое количество радиации очень опасно, даже смертельно. В большинстве случаев радиация повреждает одну (или очень небольшое количество) клеток, разрушая клеточную стенку или иным образом препятствуя размножению клетки.

Способность радиации повреждать молекулы анализируется с точки зрения так называемой ионизирующей способности .Когда частица излучения взаимодействует с атомами, это взаимодействие может привести к тому, что атом потеряет электроны и, таким образом, станет ионизированным. Чем больше вероятность того, что повреждение произойдет в результате взаимодействия, тем больше ионизирующая сила излучения.

Большая часть угрозы от радиации связана с легкостью или трудностью защиты от частиц. Стена какой толщины вам нужна, чтобы быть в безопасности? Способность каждого вида излучения проходить через вещество выражается через проникающую способность . Чем больше материала может пройти излучение, тем больше проникающая способность и тем опаснее оно. Как правило, чем больше присутствующая масса, тем выше ионизирующая способность и ниже проникающая способность.

Сравнивая только три распространенных типа ионизирующего излучения, альфа-частицы имеют наибольшую массу. Альфа-частицы примерно в четыре раза больше массы протона или нейтрона и примерно в 8000 раз больше массы бета-частицы. Из-за большой массы альфа-частицы она обладает наибольшей ионизирующей силой и наибольшей способностью повреждать ткани.Однако такой же большой размер альфа-частиц делает их менее способными проникать сквозь материю. Они очень быстро сталкиваются с молекулами при ударе о материю, добавляют два электрона и становятся безвредным атомом гелия. Альфа-частицы обладают наименьшей проникающей способностью и могут быть остановлены плотным листом бумаги или даже слоем одежды. Их также останавливает внешний слой омертвевшей кожи на людях. Может показаться, что это снимает угрозу со стороны альфа-частиц, но только от внешних источников. При ядерном взрыве или какой-либо ядерной аварии, когда радиоактивные излучатели распространяются в окружающей среде, излучатели могут вдыхаться или поступать с пищей или водой, и как только альфа-излучатель оказывается внутри вас, у вас нет никакой защиты.

Бета-частицы намного меньше альфа-частиц и, следовательно, обладают гораздо меньшей ионизирующей способностью (меньшая способность повреждать ткани), но их небольшой размер дает им гораздо большую проникающую способность. Большинство ресурсов говорят, что бета-частицы могут быть остановлены листом алюминия толщиной в четверть дюйма. Но опять же, самая большая опасность возникает, когда источник бета-излучения попадает внутрь вас.

Гамма-лучи — это не частицы, а высокоэнергетическая форма электромагнитного излучения (аналогична рентгеновским лучам, но более мощная). Гамма-лучи — это энергия, не имеющая ни массы, ни заряда. Гамма-лучи обладают огромной проникающей способностью, и для их защиты требуется несколько дюймов плотного материала (например, свинца). Гамма-лучи могут пройти через тело человека, ничего не задев. Считается, что они обладают наименьшей ионизирующей способностью и наибольшей проникающей способностью.

Самое безопасное количество радиации для человеческого тела равно нулю. Невозможно полностью избежать ионизирующего излучения, поэтому следующая лучшая цель – как можно меньше подвергаться воздействию.4Не}\). Откуда у альфа-частицы этот символ? Нижнее число в ядерном символе — это количество протонов. Это означает, что в альфа-частице есть два протона, которые были потеряны атомом урана. Два протона также имеют заряд \(+2\). Верхнее число 4 — это массовое число или общее количество протонов и нейтронов в частице. Поскольку в ней два протона, а всего четыре протона и нейтрона, альфа-частицы также должны иметь два нейтрона. Альфа-частицы всегда имеют один и тот же состав: два протона и два нейтрона.{226}Ra} \label{alpha2}\]

Эти типы уравнений называются ядерными уравнениями и аналогичны химическим эквивалентам, обсуждавшимся в предыдущих главах.

Бета-распад

Другим распространенным процессом распада является эмиссия бета-частиц или бета-распад. Бета-частица — это просто электрон высокой энергии, испускаемый ядром. Вам может показаться, что у нас тут логически сложная ситуация. Ядра не содержат электронов, но при бета-распаде из ядра вылетает электрон.В то же время, когда электрон вылетает из ядра, нейтрон превращается в протон. Заманчиво представить себе это как нейтрон, разбивающийся на две части, причем эти части являются протоном и электроном. Это было бы удобно для простоты, но, к сожалению, этого не происходит (подробнее на эту тему будет объяснено в конце этого раздела). Для удобства будем рассматривать бета-распад как расщепление нейтрона на протон и электрон. Протон остается в ядре, увеличивая атомный номер атома на единицу. Электрон выбрасывается из ядра и является частицей излучения, называемой бета.

Чтобы вставить электрон в ядерное уравнение и правильно сложить числа, электрону нужно было присвоить атомный номер и массовое число. Массовое число, присвоенное электрону, равно нулю (0), что разумно, поскольку массовое число представляет собой число протонов плюс нейтроны, а электрон не содержит ни протонов, ни нейтронов. Атомный номер, присвоенный электрону, отрицательный (-1), потому что это позволяет ядерному уравнению, содержащему электрон, сбалансировать атомные номера.{18} \: \text{кДж/моль}\). Это означает, что ядерные изменения требуют почти в на один миллион раз больше энергии на атом, чем химические изменения!

Примечание

Практически все ядерные реакции в этой главе также испускают гамма-лучи, но для простоты гамма-лучи обычно не показаны.

Основные характеристики каждой реакции показаны на рис. 17.3.2

«Атомный учет»

При написании ядерных уравнений вам помогут следующие общие правила:

  • Сумма массовых чисел (верхние числа) на стороне реагента равна сумме массовых чисел на стороне продукта. 4Не}\).

    Обратите внимание, что как массовые, так и атомные числа правильно складываются для бета-распада тория-234 (уравнение \(\ref{beta2}\)):

    • Массовое число: \(234 = 0 + 234\)
    • атомный номер: \(90 = -1 + 91\)

    Массовые числа исходного ядра и нового ядра одинаковы, потому что нейтрон был потерян, но появился протон, поэтому сумма протонов и нейтронов остается неизменной. Атомный номер в процессе был увеличен на единицу, так как новое ядро ​​имеет на один протон больше, чем исходное ядро.{234}U} \label{nuke1}\]

    И снова атомный номер увеличивается на единицу, а массовое число остается прежним; это подтверждает, что уравнение правильно сбалансировано.

    Как насчет балансировки заряда?

    И альфа-, и бета-частицы заряжены, но ядерные реакции в уравнениях \(\ref{alpha1}\), \(\ref{beta2}\) и большинство других ядерных реакций выше не сбалансированы по заряду , как обсуждалось при балансировке окислительно-восстановительных реакций. При изучении ядерных реакций в целом обычно мало информации или беспокойства о химическом состоянии радиоактивных изотопов, потому что электроны из электронного облака не участвуют непосредственно в ядерной реакции (в отличие от химических реакций).{234}Th}\]

    21.3 Радиоактивный распад – химия

    Цели обучения

    К концу этого раздела вы сможете:

    • Распознавание распространенных видов радиоактивного распада
    • Определите общие частицы и энергии, участвующие в реакциях ядерного распада
    • Написать и сбалансировать уравнения ядерного распада
    • Расчет кинетических параметров процессов распада, включая период полураспада
    • Описать общие методы радиометрического датирования

    После довольно счастливого открытия Беккерелем радиоактивности многие выдающиеся ученые начали исследовать это новое интригующее явление.Среди них были Мария Кюри (первая женщина, получившая Нобелевскую премию, и единственный человек, получивший две Нобелевские премии по разным наукам — химии и физике), которая первой ввела термин «радиоактивность», и Эрнест Резерфорд (из слава эксперимента с золотой фольгой), который исследовал и назвал три наиболее распространенных типа излучения. В начале двадцатого века было открыто много радиоактивных веществ, были исследованы и количественно определены свойства излучения, а также сформировалось четкое представление о излучении и ядерном распаде.

    Самопроизвольное превращение одного нестабильного нуклида в другой называется радиоактивным распадом . Нестабильный нуклид называется исходным нуклидом ; нуклид, образующийся в результате распада, известен как дочерний нуклид . Дочерний нуклид может быть стабильным или распадаться. Излучение, возникающее при радиоактивном распаде, таково, что дочерний нуклид лежит ближе к полосе стабильности, чем родительский нуклид, поэтому расположение нуклида относительно полосы стабильности может служить ориентиром для определения типа распада, которому он подвергнется ( Фигура 1).

    Рис. 1. Ядро урана-238 (родительский нуклид) подвергается α-распаду с образованием тория-234 (дочернего нуклида). Альфа-частица удаляет два протона (зеленый) и два нейтрона (серый) из ядра урана-238.

    Хотя радиоактивный распад ядра слишком мал, чтобы увидеть его невооруженным глазом, мы можем косвенно наблюдать радиоактивный распад в среде, называемой камерой Вильсона. Нажмите здесь, чтобы узнать о камерах Вильсона и посмотреть интересную демонстрацию камер Вильсона из лаборатории Джефферсона.

    Эксперименты Эрнеста Резерфорда по взаимодействию излучения с магнитным или электрическим полем (рис. 2) помогли ему определить, что один тип излучения состоит из положительно заряженных и относительно массивных α-частиц; второй тип состоял из отрицательно заряженных и гораздо менее массивных β-частиц; а третий представлял собой незаряженные электромагнитные волны, γ-лучи. Теперь мы знаем, что α-частицы — это высокоэнергетические ядра гелия, β-частицы — это высокоэнергетические электроны, а γ-излучение составляет высокоэнергетическое электромагнитное излучение.Мы классифицируем различные типы радиоактивного распада по производимому излучению.

    Рисунок 2. Альфа-частицы, которые притягиваются к отрицательной пластине и отклоняются на относительно небольшую величину, должны быть положительно заряжены и относительно массивны. Бета-частицы, которые притягиваются к положительной пластине и отклоняются на относительно большую величину, должны быть отрицательно заряжены и относительно легки. Гамма-лучи, на которые не влияет электрическое поле, должны быть незаряженными.

    Альфа (α) распад – испускание α частицы из ядра.{206}\text{Pb}[/латекс]

    Альфа-распад происходит в основном в тяжелых ядрах (A > 200, Z > 83). Поскольку потеря α-частицы дает дочерний нуклид с массовым числом на четыре единицы меньше и атомным номером на две единицы меньше, чем у исходного нуклида, дочерний нуклид имеет большее отношение n: p, чем исходный нуклид. Если исходный нуклид, подвергающийся α-распаду, находится ниже полосы стабильности (см. главу 21.1 «Структура и стабильность ядра»), дочерний нуклид будет лежать ближе к полосе.{131}\text{Xe}[/латекс]

    Бета-распад, который можно рассматривать как превращение нейтрона в протон и β-частицу, наблюдается в нуклидах с большим отношением n:p. Испускаемая бета-частица (электрон) исходит из ядра атома и не является одним из электронов, окружающих ядро. {40} \текст{Ар}[/латекс]

    Захват электрона происходит, когда электрон внутренней оболочки соединяется с протоном и превращается в нейтрон.Потеря электрона внутренней оболочки оставляет вакансию, которая будет заполнена одним из внешних электронов. Когда внешний электрон попадает в вакансию, он излучает энергию. В большинстве случаев излучаемая энергия будет иметь форму рентгеновского излучения. Подобно испусканию позитронов, захват электрона происходит для «богатых протонами» ядер, лежащих ниже полосы стабильности. Захват электронов оказывает на ядро ​​такое же воздействие, как и испускание позитронов: атомный номер уменьшается на единицу, а массовое число не меняется.Это увеличивает отношение n:p, и дочерний нуклид располагается ближе к полосе стабильности, чем родительский. Трудно предсказать, происходит ли захват электронов или испускание позитронов. Выбор в первую очередь обусловлен кинетическими факторами, причем тот, для которого требуется меньшая энергия активации, более вероятен.

    Рисунок 3 суммирует эти типы распада вместе с их уравнениями и изменениями атомных и массовых чисел.

    Рисунок 3. В этой таблице приведены тип, ядерное уравнение, представление и любые изменения массы или атомного номера для различных типов распада.

    ПЭТ-сканирование

    Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ)

    использует радиацию для диагностики и отслеживания состояния здоровья, а также для мониторинга лечения, выявляя, как функционируют части тела пациента (рис. 4). Для проведения ПЭТ-сканирования в циклотроне производят излучающий позитроны радиоизотоп, который затем прикрепляют к веществу, используемому исследуемой частью тела. Затем это «меченое» соединение или радиофармпрепарат вводится пациенту (вводится внутривенно или вдыхается в виде газа), и то, как оно используется тканью, показывает, как функционирует этот орган или другая часть тела.1\text{n}[/latex]) и включены в аналог глюкозы, называемый флудеоксиглюкозой (ФДГ). То, как ФДГ используется организмом, дает важную диагностическую информацию; например, поскольку рак использует глюкозу иначе, чем нормальные ткани, ФДГ может выявить рак. 18 F испускает позитроны, которые взаимодействуют с соседними электронами, производя всплеск гамма-излучения. Эта энергия обнаруживается сканером и преобразуется в подробное трехмерное цветное изображение, показывающее, как функционирует эта часть тела пациента.Различные уровни гамма-излучения производят разное количество яркости и цветов в изображении, которое затем может быть интерпретировано радиологом, чтобы показать, что происходит. Сканирование ПЭТ может выявить повреждение сердца и сердечные заболевания, помочь диагностировать болезнь Альцгеймера, указать часть мозга, пораженную эпилепсией, выявить рак, показать, на какой стадии он находится и насколько он распространился, а также эффективность лечения. В отличие от магнитно-резонансной томографии и рентгена, которые показывают только то, как что-то выглядит, большое преимущество ПЭТ-сканирования заключается в том, что они показывают, как что-то функционирует.ПЭТ-сканирование в настоящее время обычно выполняется в сочетании с компьютерной томографией.

    Встречающиеся в природе радиоактивные изотопы самых тяжелых элементов распадаются на цепочки последовательных распадов, или распадов, и все виды в одной цепочке составляют радиоактивное семейство, или ряд радиоактивного распада . Три из этих рядов включают большинство естественно радиоактивных элементов таблицы Менделеева. Это серия урана, серия актинидов и серия тория.Серия нептуния — это четвертая серия, которая больше не имеет значения на Земле из-за короткого периода полураспада вовлеченных видов. Каждая серия характеризуется родительским (первым) нуклидом с длительным периодом полураспада и рядом дочерних нуклидов, которые в конечном итоге приводят к стабильному конечному продукту, то есть нуклиду в полосе стабильности (рис. 5). Во всех трех сериях конечным продуктом является стабильный изотоп свинца. Ряд нептуния, который ранее считался заканчивающимся висмутом-209, заканчивается таллием-205.

    Рисунок 5. Уран-238 подвергается серии радиоактивных распадов, состоящих из 14 отдельных стадий, прежде чем образуется стабильный свинец-206. Эта серия состоит из восьми α-распадов и шести β-распадов.

    Радиоактивный распад подчиняется кинетике первого порядка. Поскольку реакции первого порядка уже были подробно рассмотрены в главе о кинетике, теперь мы применим эти концепции к реакциям ядерного распада. Каждый радиоактивный нуклид имеет характерный, постоянный период полураспада ( t 1/2 ), время, необходимое для распада половины атомов в образце.{60}\text{Co}[/latex] ядра распадаются каждые 5,27 года, и количество материала, и интенсивность испускаемого излучения уменьшаются вдвое каждые 5,27 года. (Обратите внимание, что для данного вещества интенсивность производимого им излучения прямо пропорциональна скорости распада вещества и количеству вещества.) Это ожидаемо для процесса, следующего кинетике первого порядка. Таким образом, источник кобальта-60, который используется для лечения рака, необходимо регулярно заменять, чтобы он оставался эффективным.

    Рисунок 6. Для кобальта-60, имеющего период полураспада 5,27 года, 50% остается через 5,27 года (один период полураспада), 25% остается через 10,54 года (два периода полураспада), 12,5% остается через 15,81 года (три периода полураспада) и так далее.

    Поскольку ядерный распад следует кинетике первого порядка, мы можем адаптировать математические соотношения, используемые для химических реакций первого порядка. Обычно мы заменяем количество ядер, N , на концентрацию. Если скорость выражается в ядерных распадах в секунду, мы называем ее активностью радиоактивного образца.Скорость радиоактивного распада:

    Скорость распада

    = λN , где λ = постоянная распада для конкретного радиоизотопа

    Константа распада, λ , такая же, как константа скорости, обсуждаемая в главе о кинетике. Константу распада можно выразить через период полураспада t 1/2 :

    [латекс] {\ lambda} = \ frac {\ text {ln} \; 2} {t_ {1/2}} = \ frac {0,693} {t_ {1/2}} \; \; \; \ ;\text{или}\;\;\;\;t_{1/2} = \frac{\text{ln}\;2}{\lambda} = \frac{0.{222}\text{Rn}[/latex] составляет 3,82 дня; и элемент-111 (Rg для рентгения) составляет 1,5 × 10 –3 секунд. Периоды полураспада ряда радиоактивных изотопов, важных для медицины, показаны в таблице 2, а другие перечислены в приложении М.

    Тип Режим затухания Период полураспада Использование
    Ф-18 β + распад 110. минут ПЭТ-сканы
    Со-60 β-распад, γ-распад 5.27 лет лечение рака
    ТС-99м γ-распад 8,01 часа сканов головного мозга, легких, сердца, костей
    И-131 β-распад 8,02 дня сканирование щитовидной железы и лечение
    Тл-201 электронный захват 73 часа сканирований сердца и артерий; кардионагрузочные тесты
    Таблица 2. Периоды полураспада радиоактивных изотопов, важных для медицины

    Некоторые радиоизотопы имеют период полураспада и другие свойства, которые делают их полезными для целей «датировки» происхождения таких объектов, как археологические артефакты, бывшие живые организмы или геологические образования. Этот процесс радиометрического датирования стал причиной многих прорывных научных открытий в геологической истории Земли, эволюции жизни и истории человеческой цивилизации. Мы рассмотрим некоторые из наиболее распространенных типов радиоактивного датирования и то, как определенные изотопы работают для каждого типа.

    Радиоактивное датирование с использованием углерода-14

    Радиоактивность углерода-14 обеспечивает метод датирования объектов, которые были частью живого организма.Отношение {12}\text{C}[/латекс] постепенно снижается после гибели растения. Уменьшение отношения со временем обеспечивает меру времени, прошедшего с момента гибели растения (или другого организма, который съел растение). Рисунок 7 наглядно изображает этот процесс.

    Рисунок 7. Наряду со стабильным углеродом-12 радиоактивный углерод-14 поглощается растениями и животными и остается в них на постоянном уровне, пока они живы. После смерти С-14 распадается, и соотношение С-14:С-12 в останках уменьшается. Отношения {12}\text{C}[/latex] можно получить из очень маленьких образцов (всего миллиграмм) с помощью масс-спектрометра.


    Посетите этот веб-сайт для моделирования радиометрического датирования.

    Пример 2

    Радиоуглеродный анализ
    Крошечный кусочек бумаги (состоящий из ранее живого растительного материала), взятый из свитков Мертвого моря, имеет активность 10,8 распадов в минуту на грамм углерода. Если начальная активность С-14 была 13.6 распадов/мин/г C, оценка возраста свитков Мертвого моря.

    Раствор
    Скорость распада (количество распадов в минуту/грамм углерода) пропорциональна количеству радиоактивного С-14, оставшегося в бумаге, поэтому мы можем подставить скорости вместо количеств, N , в отношение:

    $latex t = -\frac{1}{\lambda}\text{ln}(\frac{N_t}{N_0})\;{\longrightarrow}\;t = -\frac{1}{\lambda} \

    ;\text{ln}\;(\frac{\text{Rate}_t}{\text{Rate}_0})$

    , где нижний индекс 0 представляет время, когда растения были срезаны для изготовления бумаги, а нижний индекс t представляет текущее время. {-1}}\;\text{ln}\;(\frac{10,8\;\text{дис/мин/г\;C}}{13,6\;\text{дис/мин/г\;C} }) = 1910\текст{у}[/латекс]

    Таким образом, свиткам Мертвого моря примерно 1900 лет (рис. 8).

    Рисунок 8. Датирование по углероду-14 показало, что эти страницы из свитков Мертвого моря были написаны или скопированы на бумагу, сделанную из растений, которые погибли между 100 г. до н.э. и 50 г. н.э. Древнеегипетские фараоны были определены недавно с помощью растений, которые сохранились в их гробницах.{12}\text{C}[/latex] уменьшается, а это, в свою очередь, влияет на соотношение в живых в настоящее время организмах на Земле. Однако, к счастью, мы можем использовать другие данные, такие как датирование деревьев путем изучения годичных колец роста, для расчета поправочных коэффициентов. С помощью этих поправочных коэффициентов можно определить точные даты. Как правило, радиоактивное датирование работает только в течение примерно 10 периодов полураспада; следовательно, предел датирования по углероду-14 составляет около 57 000 лет.

    Радиоактивное датирование с использованием нуклидов, отличных от углерода-14

    Радиоактивное датирование может также использовать другие радиоактивные нуклиды с более длительным периодом полураспада для датирования более старых событий.Например, уран-238 (который в несколько этапов распадается на свинец-206) можно использовать для определения возраста горных пород (и приблизительного возраста древнейших горных пород на Земле). Поскольку период полураспада U-238 составляет 4,5 миллиарда лет, за это время половина исходного U-238 распадается на Pb-206. В образце породы, не содержащей заметных количеств Pb-208, самого распространенного изотопа свинца, можно предположить, что свинец не присутствовал при формировании породы. Следовательно, измеряя и анализируя соотношение U-238:Pb-206, мы можем определить возраст породы.Это предполагает, что весь присутствующий свинец-206 образовался в результате распада урана-238. При наличии дополнительного количества свинца-206, на что указывает присутствие в пробе других изотопов свинца, необходимо произвести поправку. Аналогичный метод используется для калий-аргонового датирования. K-40 распадается в результате испускания позитронов и захвата электронов с образованием Ar-40 с периодом полураспада 1,25 миллиарда лет. Если образец породы раздробить и измерить количество выделяющегося газа Ar-40, определение отношения Ar-40:K-40 позволит определить возраст породы.Другие методы, такие как рубидиево-стронциевое датирование (Rb-87 распадается на Sr-87 с периодом полураспада 48,8 млрд лет), работают по тому же принципу. Для оценки нижнего предела возраста Земли ученые определяют возраст различных горных пород и минералов, делая предположение, что Земля старше самых древних горных пород и минералов в ее земной коре. По состоянию на 2014 год самыми старыми известными горными породами на Земле являются цирконы Джек-Хиллз из Австралии, возраст которых, согласно ураново-свинцовому датированию, составляет почти 4,4 миллиарда лет.

    Пример 3

    Радиоактивное датирование горных пород
    Изверженная порода содержит 9,58 × 10 –5 г U-238 и 2,51 × 10 –5 г Pb-206 и гораздо меньшее количество Pb-208. Определите примерное время образования горной породы.

    Решение
    Образец породы содержит очень мало Pb-208, самого распространенного изотопа свинца, поэтому мы можем с уверенностью предположить, что весь Pb-206 в породе образовался в результате радиоактивного распада U-238.{-7}\;\text{мол\;U}[/латекс]

    Количество времени, прошедшее с момента образования скалы, определяется как:

    [латекс]t = -\frac{1}{\lambda}\;\text{ln}\;(\frac{N_t}{N_0})[/latex]

    , где N 0 представляет исходное количество U-238, а N t представляет текущее количество U-238.

    U-238 распадается на Pb-206 с периодом полураспада 4,5 × 10 9 лет, поэтому постоянная распада λ равна:

    [латекс] {\ lambda} = \ frac {\ text {ln} \; 2} {t_ {1/2}} = \ frac {0.9\текст{у}[/латекс]

    Следовательно, камню примерно 1,7 миллиарда лет.

    Check Your Learning
    Образец породы содержит 6,14 × 10 –4 г Rb-87 и 3,51 × 10 –5 г Sr-87. Вычислите возраст камня. (Период полураспада β-распада Rb-87 составляет 4,7 × 10 10 лет)

    Ядра с нестабильным отношением n:p подвергаются спонтанному радиоактивному распаду. Наиболее распространенными типами радиоактивности являются α-распад, β-распад, γ-излучение, излучение позитронов и захват электронов.В ядерных реакциях также часто участвуют γ-лучи, а некоторые ядра распадаются в результате захвата электронов. Каждый из этих способов распада приводит к образованию нового ядра с более стабильным отношением n:p. Некоторые вещества претерпевают серию радиоактивных распадов, проходя через несколько распадов, прежде чем закончиться стабильным изотопом. Все процессы ядерного распада следуют кинетике первого порядка, и каждый радиоизотоп имеет свой характерный период полураспада — время, необходимое для распада половины его атомов. Из-за больших различий в стабильности между нуклидами существует очень широкий диапазон периодов полураспада радиоактивных веществ.Многие из этих веществ нашли полезное применение в медицинской диагностике и лечении, определении возраста археологических и геологических объектов и многом другом.

    • скорость распада = λN
    • [латекс]t_{1/2} = \frac{\text{ln}\;2}{\lambda} = \frac{0,693}{\lambda}[/latex]

    Химия Упражнения в конце главы

    1. Какие виды излучения испускаются ядрами радиоактивных элементов?
    2. Какие изменения происходят с атомным номером и массой ядра во время каждого из следующих сценариев распада?

      (a) испускается α-частица

      (б) испускается β-частица

      (c) испускается γ-излучение

      (d) испускается позитрон

      (e) электрон захвачен

    3. Какое изменение в ядре происходит в результате следующих сценариев распада?

      (а) испускание β-частицы

      (б) излучение частицы β +

      (в) захват электрона

    4. Многие нуклиды с атомными номерами выше 83 распадаются в результате таких процессов, как эмиссия электронов.Объясните наблюдение, что выбросы этих нестабильных нуклидов также обычно включают α-частицы.
    5. Почему захват электрона сопровождается испусканием рентгеновского излучения?
    6. Объясните с точки зрения ядерной структуры и стабильности, как нестабильные тяжелые нуклиды (атомный номер > 83) могут разлагаться с образованием нуклидов с большей стабильностью (a), если они находятся ниже полосы стабильности и (b) если они выше полосы стабильности.
    7. Какое из следующих ядер, скорее всего, распадется с испусканием позитронов? Объяснить ваш выбор.{26}\text{Аль}[/latex], изначально присутствующий, разложился?

    8. Напишите сбалансированное уравнение для каждой из следующих ядерных реакций:

      (a) висмут-212 распадается на полоний-212

      (б) бериллий-8 и позитрон образуются при распаде нестабильного ядра

      (c) нептуний-239 образуется в результате реакции урана-238 с нейтроном и затем спонтанно превращается в плутоний-239

      (d) стронций-90 распадается на иттрий-90

    9. Напишите сбалансированное уравнение для каждой из следующих ядерных реакций:

      (a) ртуть-180 распадается на платину-176

      (b) цирконий-90 и электрон образуются при распаде нестабильного ядра

      (c) торий-232 распадается с образованием альфа-частицы и ядра радия-228, которое распадается на актиний-228 в результате бета-распада

      (d) неон-19 распадается на фтор-19

    Глоссарий

    альфа (α) распад
    потеря альфа-частицы при радиоактивном распаде
    бета (β) распад
    распад нейтрона на протон, который остается в ядре, и электрон, который испускается как бета-частица
    дочерний нуклид
    нуклид, образующийся при радиоактивном распаде другого нуклида; может быть стабильным или может продолжать распадаться
    электронный захват
    комбинация остовного электрона с протоном с образованием нейтрона внутри ядра
    гамма (γ) излучение
    распад нуклида в возбужденном состоянии, сопровождающийся испусканием гамма-излучения
    период полураспада ( t 1/2 )
    время, необходимое для распада половины атомов в радиоактивном образце
    исходный нуклид
    нестабильный нуклид, самопроизвольно превращающийся в другой (дочерний) нуклид
    эмиссия позитронов
    (также β + распад) превращение протона в нейтрон, который остается в ядре, и позитрон, который испускается
    радиоактивный распад
    самопроизвольный распад нестабильного нуклида на другой нуклид
    серия радиоактивного распада
    цепочки последовательных распадов (радиоактивных распадов), которые в конечном итоге приводят к стабильному конечному продукту
    радиоуглеродное датирование
    высокоточные средства датирования объектов возрастом 30 000–50 000 лет, которые произошли из некогда живого вещества; достигается путем расчета отношения 614C:612C614C:612C в объекте ксоотношение 614C:612C614C:612C в современной атмосфере
    радиометрическое датирование
    использование радиоизотопов и их свойств для формирования таких объектов, как археологические артефакты, бывшие живые организмы или геологические образования

    Решения

    Ответы на упражнения по химии в конце главы

    1. α (ядра гелия), β (электроны), β + (позитроны) и η (нейтроны) могут испускаться радиоактивным элементом, причем все они являются частицами; γ-лучи также могут испускаться.1\текст{р}[/латекс]

    5. Электрон, втянутый в ядро, скорее всего, находился на орбите 1 s . Когда электрон падает с более высокого энергетического уровня, чтобы заменить его, разница в энергии замещающего электрона на двух его энергетических уровнях проявляется в виде рентгеновского излучения.

    7. Марганец-51, скорее всего, распадается с испусканием позитронов. Соотношение n:p для Cr-53 составляет [латекс]\frac{29}{24} = 1,21[/латекс]; для Mn-51 это [латекс]\фрак{26}{25} = 1,04[/латекс]; для Fe-59 это [латекс]\frac{33}{26} = 1.{0,04} = 0,973\;\текст{или}\;97,3\%[/латекс]

    17. 2 × 10 3 у

    19. 0,12 ч –1

    21. (а) 3,8 миллиарда лет;

    (б) Порода будет моложе возраста, рассчитанного в части (а). Если бы Sr изначально находился в породе, количество, произведенное в результате радиоактивного распада, равнялось бы нынешнему количеству минус первоначальное количество.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

2015-2019 © Игровая комната «Волшебный лес», Челябинск
тел.:+7 351 724-05-51, +7 351 777-22-55 игровая комната челябинск, праздник детям челябинск