Сегодня радионуклидные методы исследования и лечения широко применяются в различных областях научной и практической медицины - в онкологии, кардиологии, гепатологии, урологии и нефрологии, пульмонологии, эндокринологии, травматологии, неврологии и нейрохирургии, педиатрии, аллергологии, гематологии, клинической иммунологии и др.

Классификация радионуклидов, используемых в ядерной медицине

Радионуклиды для ядерной медицины и соответствующие РФП на их основе с точки зрения области их применения классифицируют по отдельным группам как диагностические и терапевтические .

В РФП диагностического назначения радионуклид является информационным носителем, излучение которого, проникающее за пределы организма, регистрируется внешними детекторами. При этом в зависимости от типа излучения радионуклиды диагностического назначения могут быть отнесены к двум группам:

1. Радионкулиды для ОФЭКТ (SPECT в английской аббревиатуре) - однофотонная эмиссионная компьютерная томография; к оптимальным радионуклидам для ОФЭКТ относятся γ-излучатели с энергией γ-квантов в пределах 100-200 кэВ и периодами полураспада от нескольких минут до нескольких дней.
2. Радионуклиды для ПЭТ (PET) - позитронно-эмиссионнная томография - β+ - излучатели с периодами полураспада от нескольких секунд до нескольких часов.

В РФП терапевтического назначения радионуклид является основным лечебным началом, позволяющим локализовать лечебную дозу излучения непосредственно в органе-мишени или, иногда, в пораженных клетках, и, соответственно, обеспечить минимальное облучение окружающих здоровых клеток органов и тканей. В зависимости от характера и локализации патологического процесса для радиотерапии используют:

• β (-) излучатели с энергиями β (-) частиц в области 200-2000 кэВ
• α-излучатели с высокой линейной передачей энергии (ЛПЭ ~100 кэВ/мкм) и коротким пробегом частиц (50-100 мкм);
• радионуклиды, распадающиеся электронным захватом (ЭЗ) или внутренней электронной конверсией (ВЭК).

Подавляющее большинство диагностических процедур (~80%) при помощи техники ОФЭКТ выполняется в течение последних 30 лет с препаратами 99m Tc, который называют «рабочей лошадью ядерной медицины». Широко используются I-123, Tl-201, In-111, в отдельных случаях при необходимости применяются диагностические методики с Cr-51, Ga-67, Kr-81m, I-131 и др. Среди позитрон-излучающих радионуклидов в основном используются C-11, N-13, O-15 и F-18 (применяется наиболее широко).

Интенсивно развивается также лучевая терапия открытыми источниками радионуклидами, которая является эффективным средством как самостоятельного, так и комбинированного лечения больных. Эти методы особенно эффективны в лучевой терапии злокачественных лимфом, рака щитовидной железы, гормонозависимых опухолей, при метастатическом поражении скелета и лимфатической системы, ревматоидных артритах и др.

Использование радиоактивных изотопов в качестве индикаторов (меченых атомов). В настоящее время в биологии, биохимии и физиологии в качестве веществ, позволяющих проводить исследования на молекулярном уровне, широко используют радиоактивные изотопы. Они позволили изучать перемещения тел субмикроско-пически малых размеров, а также отдельных молекул, атомов, ионов среди себе подобных в организме, без нарушения его нормальной жизнедеятельности. Предложено несколько методов исследования.

Радиоиндикационный метод (метод меченых атомов) основан на использовании химических соединений, в структуру которых включены в качестве метки радиоактивные элементы. В биологических исследованиях обычно применяют радиоактивные изотопы элементов, входящих в состав организма и участвующих в его обмене веществ - 3 Н, "С, 24 Na, 32 Р, 35 S, 42 К, 45 Са, 51 Сг, 59 Fe, 125 I, 131 I и др. Введенные в организм радионуклиды ведут себя в биологических системах так же, как их стабильные изотопы. Это обстоятельство позволяет проследить судьбу не только радиоактивных изотопов, но и различных меченых органических и неорганических соединений и контролировать превращение их в процессе обмена.

Большим достоинством данного метода является его высокая чувствительность, что позволяет использовать в исследованиях ничтожно малые количества (в весовом отношении) меченого соединения, которые не могут оказать влияния и изменить нормальное течение жизненных процессов. Так, если обычными аналитическими методами удается определить изотопы массой 10 -6 г, то современные радиометрические приборы позволяют измерять радиоактивные изотопы, масса которых соcтавляет 10 -18 -10 -20 г. Применение метода радиоактивных индикаторов в изучении различных биохимических и физиологических процессов позволило описывать их на языке формул и математических уравнений, т. е. перейти от качественного описания процессов к их точному количественному выражению.

Контроль за распределением и депонированием радионуклидов в различных органах может осуществляться внешней радиометрией подопытных животных (например, регистрация гамма-излучения 131 I в щитовидной железе) или соответственно подготовленных биоматериалов (кровь, ткань органов, моча, кал и др.). Широко применяют для этих целей метод авторадиографии.

Радиоавтография - метод получения фотографических изображений в результате действия на фотоэмульсию излучения радиоактивных элементов, находящихся в исследуемом объекте. Впервые для изучения животных организмов авторадиография была применена русским ученым Е. С. Лондоном в 1904 r£J3a последние три десятилетия благодаря разработке и применению специальных ядерных эмульсий методика авторадиографии значительно усовершенствована и с ее помощью были достигнуты большие успехи в изучении обменных процессов, а также в исследовании распределения и локализации радиоактивных веществ в клетках и тканях животных и растений.

Авторадиографию делят на макроавторадиографию и микроавторадиографию. Макроавторадиография (контактная, контрастная) дает картину распределения радиоактивных изотопов в макроструктурах биологического объекта (количественную оценку концентрации радиоизотопа), по которой можно судить о характере обмена и органотропности радионуклида. Микроавторадиография (гистоавторадиография) позволяет изучать внутриклеточную локализацию радиоактивного вещества, а также клеточные структуры и сложные биохимические процессы в них (синтез белков, ферментов и т. д.).

а) к предварительному введению подопытному животному того или иного количества радиоактивного изотопа;

б) взятию у него тех или иных органов и изготовленных из них препаратов (гистосрезы, шлифы, крови и т. д.) для авторадиографии;

в) созданию в течение определенного времени тесного контакта между изготовленным препаратом, содержащим радиоактивный элемент, и фотоэмульсией;

г) проявлению и фиксации фотоматериала, как это делается в обычной фотографии.

В качестве фотоматериала для макрорадиоавтографии используют высокочувствительные рентгеновские и фотографические пленки, для гисторадиографии - специальные жидкие и съемные ядерные эмульсии (тип «Р», «К», «МР» и др.)» которыми покрывают исследуемые гистологические препараты.

Радиоавтографы представляют собой скопление черных зерен восстановленного серебра фотоэмульсии, указывающее на место расположения радиоактивного вещества в исследуемом материале.

Макрорадиоавтографы анализируют визуально, а при количественной оценке на радиоактивность проводят денситометрию оптической плотности почернения фотоэмульсии радиоавтограмм в сравнении с плотностью почернения фотоэмульсии источника излучения известной радиоактивности.

Гисторадиоавтографы изучают под микроскопом одновременно с гистологическим препаратом. При количественной оценке их подсчитывают зерна восстановленного серебра или треки альфа- или бета-частиц в эмульсии под большим увеличением микроскопа с помощью окуляр-микрометра с сеткой.

А. Д. Белов (1959) разработал методику «двойных радиоавтографов», которая в отличие от существующих методик позволяет получить раздельно радиоавтограммы от двух радиоактивных изотопов, одновременно находящихся в одном и том же исследуемом объекте. Эта методика основана на учете различия энергии излучения и продолжительности «жизни» изотопов. Так, при изучении фосфорно-кальциевого обмена в костях с помощью 32 Р и 45 Са можно получить раздельно радиоавтографы на указанные изотопы при одновременном их введении подопытному животному. Учитывая сравнительно высокую энергию излучения и малый период полураспада 32 Р, получают вначале радиоавтограф на 32 Р. Для этого между исследуемым объектом и фотоэмульсией помещают фильтр, поглощающий мягкое бета-излучение 45 Са. Радиоавтограф на 4б Са получают после распада 32 Р.

Методика «двойных радиоавтографов» позволяет не только вдвое экономнее использовать подопытных животных, но и получать более достоверные данные, так как появляется возможность сравнивать на одном и том же животном накопление и распределение сразу двух меченых веществ и избегать затруднений, возникающих при сопоставлении таких показателей, полученных от разных животных. С помощью методики «двойной радиоавтографии» изучена динамика белково-минерального обмена в костной ткани разных видов животных (собаки, овцы, свиньи, телята) в норме, при заживлении переломов и при различных способах остеосинтеза и стимуляции остеогенеза в сопоставлении с рентгеноморфологической картиной и гистохимической активностью щелочной и кислой фосфатаз в костях. Было установлено, что белковый и фосфорно-кальциевый обмен в костях в норме и при переломах находится в прямой зависимости между собой и с ферментативной активностью щелочной и кислой фосфатаз. Наибольшая интенсивность белкового и фосфорно-кальциевого обмена протекает в тех участках костного органа (периост, эндоост, костный мозг, стенки гаверсовых каналов и губчатая часть эпифизов, а также тканей костной мозоли), где сильнее проявляются энзиматическая активность фосфатаз, рост, развитие и перестройка костной ткани.

С помощью гамма-излучающих радиоизотопов 24 Na, 131 1, 42 К и др., введенных в организм, путем наружной прижизненной радиометрии были получены принципиально новые данные измерения скорости кровотока, массы крови, функционального состояния щитовидной железы и других органов и систем животных. Эти радиоизотопные исследования прочно вошли в клиническую практику.

Для прижизненного изучения обмена веществ в различных органах и тканях с помощью (З-излучающих изотопов, обладающих слабой проникающей способностью, А. Д. Белов (1968) предложил методику экспериментальных исследований с предварительным вживлением малогабаритных радиометрических датчиков типа СБИ-9. В последующем эта методика была дополнена одновременным вживлением терморегистрирующих датчиков (микротермистеров) для синхронного прижизненного изучения обмена веществ и температурной реакции в условиях хронического опыта. Применение радиотермометрического метода исследования позволило установить скорость течения обменной и температурной реакции в печени, костях, мышцах и других органах, а также выявить коррелятивные их изменения в норме и при костной патологии у разных видов животных. При синхронном исследовании различных физических, химических и физиологических процессов выявляются те взаимосвязи явлений, обнаруживаются те коррелятивные взаимодействия процессов, о необходимости которых говорил И. П. Павлов как о задаче «синтетической физиологии». Следовательно, метод радиоактивных индикаторов открыл необозримые перспективы для прижизненного исследования обмена веществ - своего рода витальной биохимии.

Очень важным достижением современной биохимии, полученным с помощью радиоактивных веществ, можно считать представление о постоянном динамическом состоянии обменных процессов в живом организме, о взаимопревращаемости многих веществ, о непрерывном распаде и ресинтезе, непрерывном обновлении химических соединений живых клеток, происходящем даже при состоянии равновесия обменных процессов. Белки, нуклеопротеиды, хромопротеиды, жиры, углеводы, минеральные соединения находятся в состоянии постоянного распада и синтеза. Характер обмена, направленность его часто зависят от преобладания процессов синтеза или распада. Так, при изучении злокачественных опухолей было выяснено, что рост их обусловлен не усиленным синтезом, а задержкой распада белковых веществ опухоли. Благодаря радиоизотопным индикаторам удалось определить скорость обновления различных составных частей тканей и органов. Доказано, что белки мышц заменяются медленнее других, а печени, плазмы крови, особенно слизистой кишечника, обладают большой скоростью обновления. Были получены также прямые доказательства обмена между белками мышц, плазмы, печени и других органов.

В сочетании с другими методами исследования радиоизотопные методы сыграли огромную роль в развитии молекулярной биологии и позволили вплотную подойти к решению многих важных проблем биологии. К ним, в частности, относятся механизмы накопления и использования энергии в живых организмах, пути биосинтеза белков, биологического фотосинтеза, сокращения мышц, нервного возбуждения, размножения и

наследственности.

С помощью многих химических соединений, меченных радиоактивными изотопами (меченые аминокислоты, жирные и нуклеиновые кислоты, глюкоза, фосфатиды, минеральные соли), удалось выяснить такие важные вопросы, как влияние веществ пищевого рациона на продуктивность животных, вопросы промежуточного обмена и взаимопревращаемости соединений, пути распада и синтеза химических веществ в живом организме животного, определить строение химических соединений и пр. Была доказана взаимопревращаемость пальмитиновой и стеариновой кислот, установлено превращение орнитина в аргинин, фенилаланина в тирозин, образование креатина за счет метальных групп, синтезированных из метионина или холина, создание глицина из аргинина (при распаде белков и амидина), адреналина из фенилаланина, углеродной цепочки цистина из серина, возникновение фосфолипидов печени из фосфатов плазмы крови и пр.Радиоиндикационный метод позволил выяснить особенности обмена и синтетической роли микрофлоры рубца и других отделов желудочно-кишечного тракта жвачных животных, которые не могли быть определены другими методами. Большой интерес представляет установление возможности синтеза аминокислот из аммиака, кето- и оксикислот в рубце жвачных и снабжение такими соединениями организма, в частности молочной железы, в связи с образованием ею молока. Наряду с этим удалось изучить еще одну интересную область обменных процессов в животном организме - роль пищеварительного тракта и пищеварительных желез в круговороте веществ в системах: кровь - стенки пищеварительного тракта; пищеварительные железы - содержимое пищеварительного канала. При определении всасывания, так называемой переваримости, были найдены пути устранения ошибок, вносимых эндогенными факторами- постоянным примешиванием к содержимому кишечника веществ, выделяемых цищеварительными железами и желчью.

Изучение обмена веществ в организме путем применения метода радиоизотопной индикации подтвердило положение об обратимости многих процессов промежуточного обмена, о возможной изменчивости путей промежуточного обмена при различных биологических состояниях организма и при изменении условий внешней среды. Лабильность внутренних сред и процессов обмена служит основой приспособления организма к меняющейся внешней среде. Радиоизотопные индикаторы дают возможность улавливать приспособительные, изменения обмена веществ в животном организме и открывают в этом отношении новые перспективы.

Радиоактивные изотопы позволили изучить обмен макро- и микроэлементов без введения в рацион избытка веществ, без нарушения естественного содержания изучаемых веществ в организме. В результате удалось достоверно установить быстроту накопления минеральных веществ различных органах и тканях и выведения их из организма, а также исследовать химические соединения, в которых фиксируется элемент в процессе переноса его или локализации. Другой важный результат применения радиоактивных изотопов при изучении минерального обмена - установление скорости обновления минерального состава органов и некоторых соединений костной ткани. К настоящему времени получено много данных по обмену и накоплению в тканях радиоактивных изотопов таких элементов, как кальций, фосфор, кобальт, медь, цинк, марганец, берилий, барий, стронций, йод и др. Общий результат этих исследований подтверждает, что проникновение в отдельные ткани минеральных веществ, например, микроэлементов, управляется не просто закономерностями диффузии, но прежде всего клеточным обменом, связанным со специфическими химическими процессами в клетке, зависящими от действия ферментов.

Метод радиоизотопной индикации при исследовании обмена минеральных веществ позволил проникнуть в процессы промежуточного обмена, совершающегося с участием минеральных веществ, в том числе микроэлементов (131 I, 60 Co, 64 Cu и др.).

Со времени внедрения в биологию и медицину электрофоретического метода для разделения белков сыворотки крови человека и животных накопилось много данных, указывающих на неспецифическую реакцию в сдвигах белковой формулы при различных состояниях организма. Однако те или иные количественные изменения в белках сыворотки крови по-разному интерпретируются различными авторами. Это обусловлено тем, что один метод электрофоретического разделения белков позволяет установить лишь количественные сдвиги в белковой формуле, но он не в состоянии вскрыть интимных сторон динамики белкового обмена, роли и значения различных белковых фракций, интенсивность их синтеза и распада при том или ином заболевании. С помощью радиоактивных изотопов стало возможным проследить указанные процессы. Для этого А. Д. Белов (1972) предложил методику количественной авторадиографии белков сыворотки крови, подвергнутых электрофорезу (методика авторадиоэлектрофореза), а также принцип математической обработки радиоавтограмм для определения скорости биосинтеза и распада белков и их функциональной способности. Для определения синтеза белков применяют меченые аминокислоты (35 S-метионин, 14 С-глицин и др.), а функциональной способности- 32 Р, 45 Са и др. Эта методика позволила автору получить не только наглядный документ (радиоавто-грамму), характеризующий интенсивность включения меченых веществ в ту или иную белковую фракцию, но и количественно оценить по показателям относительной удельной активности биосинтез, распад и функциональную способность каждой белковой фракции, расшифровать интимные стороны механизма количественных сдвигов в белковой формуле сыворотки крови у животных в норме и при костной патологии.

С помощью 51 Сr, включенного в молекулу гемоглобина, и 75 Se - в состав метионина, был определен срок жизни эритроцитов в периферической крови различных сельскохозяйственных животных.

Радиоактивный изотоп 32 Р был применен для выявления темпов созревания спермиев, сроков перемещения их по половым путям самцов и изменения этих сроков при различной половой нагрузке.

В последнее десятилетие бурное развитие получили методы in vitro радиоизотопных исследований, при которых радиоактивные вещества не вводят в организм. Это обстоятельство значительно расширило возможность применения радиоиндикационного метода в лабораторно-клинической практике. Методы in vitro нашли широкое применение в эндокринологии и иммунологии. Ведутся перспективные разработки их использования и в исследовании других систем. При изучении гормонального статуса у человека и животных применяют радиоиммунный (радиоконкурентный) метод, основанный на способности немеченого гормона в исследуемой пробе сыворотки крови конкурировать с меченым гормоном за антитела и тем самым блокировать связывание меченого гормона. В конечном итоге определяется процент связывания общего меченого антигена с антителами, который находится в обратно пропорциональной зависимости от количества немеченого антигена, т. е. от количества гормона в исследуемой пробе. Метод отличается высокой специфичностью и чувствительностью. В настоящее время таким образом определяют инсулин, гормон роста, АКТГ, пептидные и многие другие гормоны. В последние годы широко используют при проведении in vitro диагностики тесты стандартных наборов (киты), специально приготовленных для определения гормонов.

Е. А. Нежиковой (1979) впервые удалось проследить радиоиммунологическим методом динамику гонадотропных гормонов гипофиза - лютеинизирующего гормона (ЛГ) и фолликулостимулирующего гормона (ФСГ) в сыворотке крови коров по месяцам стельности и сезонам года. Выявлено влияние этих гормонов не только на физиологическое состояние животных, но и на продуктивности. Так, если у коров со средней продуктивностью в осенний период количество ЛГ на первом месяце стельности достигает 32,1 нг/мл, то у высокопродуктивных оно составляет 24,77 нг/мл. Такая же закономерность прослеживается и по другим периодам стельности. При этом отчетливо выступает зависимость уровня ЛГ от месяца стельности и сезона года. Так, у коров на третьем месяце стельности в весенний период уровень ЛГ составляет 4,33 нг/мл, в летний - 30,9 нг/мл, осенний - 34,8 нг/мл и в зимний - 63,2 нг/мл.

Серьезного внимания заслуживает радиоизотопный метод исследования функционального состояния щитовидной железы у животных при диспансеризации, а также для определения дозы добавок йодистого калия в районах йодной недостаточности, профилактики нарушения обмена веществ и повышения продуктивности. При йодной недостаточности отмечаются у коров ановуляторный цикл, у свиней-рождение мертвых бесшерстных или маложизнеспособных поросят, у кур - резкое снижение яйценоскости. Для практики животноводства и ветеринарии наибольший интерес представляют методы in vitro радиоизотопных исследований, основанных на определении включения в эритроциты трийодтиронина, меченного 125 I или 131 I, или же по степени связывания меченного радиойодом тироксина с белковыми фракциями сыворотки крови. Эти методы позволяют косвенно определить количество гормона, выделенного щитовидной железой и тем самым судить о ее функциональной активности.

В. П. Остапчук, А. Д. Белов и Н. А. Ковалев (1979) разработали радиоиммунный метод диагностики бешенства, который основан на связывании меченых радионуклидом специфических антител рабическим антигеном в мазках-отпечатках мозга больных животных и измерении радиоактивности образовавшегося комплекса. Достоинством этого метода в сравнении с традиционными патоморфологическими является его высокая специфичность, чувствительность, быстрота выполнения и возможность исследования несвежего уже разложившегося патологического материала, а также количественное выражение результатов исследования.

Все вышеописанные радиоиммунологические и радиоизотопные методы исследования доступны для широкой лабораторной практики областных радиологических отделов и республиканских радиологических ветеринарных лабораторий.

Нейтронно-активационный анализ является перспективным высокочувствительным методом определения ультрамикроколичеств стабильных изотопов в различных биологических материалах (кровь, лимфа, ткани различных органов и т. д.). Он заключается в том, что исследуемый материал подвергают воздействию в условиях ядерного реактора потока нейтронов. В результате этого образуются радиоактивные продукты (продукты активации), которые затем подвергают радиохимическому анализу и радиометрии.

Самые разнообразные вопросы биологии, физиологии, динамической биохимии и экологии микроорганизмов могут быть решены методом радиоактивных индикаторов. Включение меченых соединений в микробную клетку происходит в результате активного вовлечения их в обмен веществ при культивировании микробов в питательной среде, содержащей радионуклиды. Микробы можно пометить даже двойной меткой, например 32 Р и 35 S. Они усваивают радионуклиды и, размножаясь, передают их потомству. Меченую патогенную культуру вводят животным, которых убивают через определенные интервалы времени и радиометрически выявляют скорость и пути распространения микробов в организме по удельной активности его органов. Таким путем доступно проследить судьбу патогенных микробов и вакцин в организме подопытных животных.

Можно пометить и вирусы, вводя в тканевые культуры и другие питательные среды растворы радиоактивных изотопов 32 Р, 35 5-метионин, 35 5-цистин, 14 С-глицин и др. Радиоактивная метка активно включается в компоненты вируса в процессе его размножения. Надо заметить, что 32 Р включается в РНК и фосфолипиды вируса, а меченые аминокислоты - в его белковую оболочку.

Метод радиоактивных индикаторов нашел применение в энтомологии при изучении путей и скорости миграции, мест резервации мух, комаров, клещей и других насекомых - переносчиков патогенных микроорганизмов и эффективности предпринимаемых мер борьбы с ними, а также для прослеживания перехода инсектицидов в насекомых. Организмы метят путем введениярадиоизотопа внутрь с пищей, или же путем выращивания их на соответствующих средах, содержащих радиоизотопы. Выбор радиоактивного индикатора зависит от задачи исследования.

Использование радиоактивных изотопов для диагностики и лечения животных. В настоящее время радиоактивные изотопы широко применяются в медицине при сердечно-сосудистых заболеваниях, злокачественных новообразованиях, заболеваниях крови (миэлолейкоз, лимфолейкоз, полицитомия и др.), периферической нервной системы (невриты, радикулиты), кожи (экземы, дерматиты, фурункулы), щитовидной железы (тиреотоксикоз), а также для подавления трансплантационного иммунитета при пересадке органов и т. д.

При заболеваниях сердечно-сосудистой системы резко изменяется скорость кровотока. Для определения ее используют 24 Na, 131 I, 42 К, 32 Р. У здоровых людей в состоянии покоя скорость кровотока составляет в малом круге 5-6 с, в большом-12-16 с. Лечебное применение радиоизотопов и излучений при новообразованиях основано на их биологическом действии. Наиболее радиопоражаемы молодые, энергично размножающиеся клетки. Это обстоятельство позволило разработать радиотерапию больных со злокачественными и доброкачественными опухолями, болезнями кроветворных органов. В зависимости от локализации опухоли осуществляют внешнее гамма-облучение с помощью гамма-терапевтических установок. Применяют аппликации на кожу для контактного действия; вводят в толщу опухоли коллоидные растворы радиоактивных препаратов непосредственно или в виде полых игл, наполненных радиоизотопами; инъецируют внутривенно короткоживущие радионуклиды, избирательно накапливающиеся в опухолевых тканях и критических органах.

А. Д. Белов (1968) создал глазной аппликатор и разработал методику его применения при заболеваниях глаз у животных. С помощью аппликатора заряженного 32 Р и 89 Sr были получены положительные результаты при язвенных и инфекционных конъюнктивокератитах, васкуляризации роговицы у телят и собак. Разовая доза составляла 50-100 Р, на полный курс лечения - 200-2000 Р. Автор успешно применял малые дозы фосфора-32 (0,01 мкКи/кг массы животного) для ускорения регенерации костной ткани и нормализации минерального обмена у животных при переломах костей путем введения радиоактивного раствора в зону перелома.

Стимулирующее действие рентгеновского и гамма-облучения можно использовать для повышения хозяйственно-полезных качеств кур (яйценоскости, жизнестойкости и прироста цыплят).

Неоценимую услугу оказывает радиоиндикационный метод в изучении фармакодинамики лекарственных препаратов, скорости и путей проникновения их и выведения из организма в норме и при различных патологических состояниях. Ценные данные были получены при испытании сильнодействующих лекарственных веществ, а также препаратов, которые ранее считались безвредными.

Стерилизация с помощью ионизирующих излучений. Их используют для холодной стерилизации биологических препаратов (вакцины, сыворотки, витамины, питательные среды и т. д.), хирургического шовного и перевязочного материалов, которые не выдерживают температурной обработки.

Методы бестермической обработки применяются в пищевой промышленности для консервирования пищевых продуктов. Хорошие результаты получают при гамма-облучении дозой 1,8 млн. Р.

Большое значение стерилизация приобретает для обеззараживания навоза на крупных животноводческих комплексах, на предприятиях по переработке кожевенного и мехового сырья, шерсти, щетины, пера и пуха. Лучевую стерилизацию используют в борьбе с вредными насекомыми (амбарные клещи, жалящие мухи и др.).

Изложенное, конечно, далеко не исчерпывает всего многообразия областей применения радиоактивных изотопов и ионизирующей радиации в биологии, ветеринарии и животноводстве. Однако из приведенных примеров видно, что радиоактивные изотопы и ионизирующие излучения, являясь принципиально новыми в исследовании природы, открывают большие возможности в изучении жизненных процессов, патогенеза заболеваний диагностике и терапии сельскохозяйственных животных а также в решении других важных народнохозяйственных задач.

Ушакова А.А. 1

Гришина В.С. 1

1 Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение городского округа Заречный «Средняя общеобразовательная школа № 4»

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

ВВЕДЕНИЕ

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

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

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

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

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

Предмет исследования. Радиоактивные изотопы и область их применения.

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

В связи с поставленной целью предстояло решить следующие задачи:

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

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

Найти информацию о деятельности АО «Институт реакторных материалов» ГО Заречный» по производству радиоизотопов и их применению в различных сферах жизни человека.

Организовать встречу с сотрудником ОА «ИРМ» для методической консультации по данной теме.

Подготовить и провести классный час «Радиоактивные изотопы на службе у человека» для обучающихся 8-11 классов МКОУ «Средняя общеобразовательная школа № 4».

Провести исследование среди учащихся 8-11 классов МКОУ «Средняя общеобразовательная школа № 4» с целью выявления данных о том, какими знаниями владеет подрастающее поколение по темам «Радиоактивность. Радиоактивные изотопы», «Радионуклидная продукция».

Показать необходимость использования радиоизотопов в различных отраслях деятельности человека.

Практическая значимость исследования. Данный исследовательский проект можно использовать на уроках химии и физики по теме «Радиоактивность. Изотопы. Радиоактивные изотопы».

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

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

1. Понятие «изотопы».

Изото́пы (отдр.-греч.Ισος — «равный», «одинаковый», и τόπος — «место») — разновидности атомов(и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа (см. рис.1.1.). Название связано с тем, что все изотопы одного атома помещаются в одно и то же место (в одну клетку) таблицы Д.И. Менделеева.

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

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

2. Понятие «Радионуклиды».

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

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

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

3. Торговля радиоактивными изотопами.

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

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

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

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

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

4. Применение радиоактивных изотопов.

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

4.1. Применение радиоизотопов в медицине.

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

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

Рис. 4.1.1.Оборудование для позитронной эмиссионной томографии

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

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

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

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

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

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

4.2. Применение радиоизотопов в промышленности.

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

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

4.3. Применение радиоизотопов в сельском хозяйстве.

Все более широкое применение получают радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве. Облучение семян растений (хлопчатника, капусты, редиса и др.) небольшими дозами гамма-лучей от радиоактивных препаратов приводит к заметному увеличению урожайности. Большие дозы радиации вызывают мутации у растений и микроорганизмов, что в отдельных случаях приводит к появлению мутантов с новыми ценными свойствами (радиоселекция). Так выведены ценные сорта пшеницы, фасоли и других культур, а также получены высокопродуктивные микроорганизмы, применяемые в производстве антибиотиков. Гамма-излучение радиоактивных изотопов используется также для борьбы с вредными насекомыми и для консервации пищевых продуктов. Широкое применение получили «меченые атомы» в агротехнике. Например, чтобы выяснить, какое из фосфорных удобрений лучше усваивается растением, помечают различные удобрения радиоактивным фосфором 32 P. Исследуя затем растения на радиоактивность, можно определить количество усвоенного ими фосфора из разных сортов удобрения.

4.4. Применение радиоизотопов в археологии и геологии.

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

5. Производство изотопов в АО «Институт реакторных материалов» ГО Заречный.

Аргон-37

В 2003-2004гг. АО «ИРМ» и Белоярская АЭС в коллаборации с Академией наук, ФЭИ и другими предприятиями создали источник нейтрино. Аргон-37 использовался как искусственный источник нейтрино для калибровки галлиевых детекторов Баксанской обсерватории (Кабардино-Балкария). Изучая солнечные нейтрино с помощью детекторов, откалиброванных с применением аргона-37, баксанские астрофизики сделали научное открытие мирового значения. Таким образом, сотрудники АО «ИРМ» и Белоярской АЭС внесли весомый вклад в науку о звёздных процессах мироздания, которые оказывают существенное влияние на развитие человеческой цивилизации.

40 Ca + 1 n = 37 Ar + 4 He

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

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

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

Углерод-14

В настоящее время АО «ИРМ» нарабатывает углерод-14 и производит препараты на его основе.

14 N + 1 n = 14 C + 1 p

Данная продукция используется как непосредственно в ядерной медицине, так и фармакологии при создании и тестировании новых фармацевтических субстанций, где роль этого изотопа трудно переоценить. Практически все фармацевтические субстанции - это более сложные органические соединения синтезированные, из некоторого набора исходных углеродных соединений - прекурсоров. «Пометив» углеродом-14 те или иные исходные части синтезированной сложной молекулы, можно проследить ее фармокинетику в организме. Такие органические соединения - прекурсоры меченые углеродом-14 производятся в АО «ИРМ» и поставляются в американские и европейские лаборатории.

Для ядерной медицины АО «ИРМ» производит меченую углеродом-14 мочевину, которую поставляет в ФГУП «НИФХИ им. Л.Я.Карпова», где на ее основе изготавливаются капсулы «Урекапс». Данный радиофармпрепарат используется для проведения дыхательных тестов на Helicobacter Pillory. Для получения 14 C разработана и внедрена наиболее эффективная технология, использующая в качестве материала мишени нитрид алюминия. На регулярной основе выпускается ряд органических соединений, меченных 14 C, которые являются прекурсорами при проведении синтезов сложных радиохимических соединений. Эффективность выделения 14 C из AlN превышает 97%.

Цезий-131

Кроме того для нужд ядерной медицины в АО «ИРМ» организовано производство из природного бария радиоизотопа 131 Cs с радиохимической чистотой не менее 99,99%.Чистота продукта существенно превосходит зарубежные аналоги.

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

130 Ba + 1 n = 131 Ba + γ

131 Ba → ЭЗ 11.5 дн. 131 Cs

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

Иридий-192

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

191 Ir+ 1 n = 192 Ir + γ

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

Лютеций-177

Наработка 177 Lu проходит по реакции:

176 Lu+ 1 n = 177 Lu + γ

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

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

Более 99% радиоизотопной продукции АО «ИРМ» экспортирует в США и страны Западной Европы (Англия, Германия, Голландия). 40% радиоизотопной продукции выпускается для нужд промышленности, 60% - ядерной медицины и фармацевтической промышленности. АО«ИРМ» не входит в число крупнейших экспортеров радиоизотопной продукции на международном рынке. Но по оценкам экспертов, по эффективности организации радиоизотопного производства АО «ИРМ» занимает лидирующие позиции в ГК «Росатом».

6. Проведение классного часа «Радиоактивные изотопы на службе у человека»

Работая над данным проектом, овладев теоретическим материалом по теме «Изотопы. Практическое применение радиоизотопов в жизни человека», автору проекта стало интересно: Изучают ли данную тему в школе? Что знают обучающиеся о радионуклидной продукции и ее использовании в различных сферах жизни человека? В связи с тем, что на изучение данной темы в школе отводится 1 урок, автор проекта подготовила классный час, посвященный радиоактивным изотопам.

23 января 2018 года были проведены тематические классные часы «Радиоактивные изотопы на службе у человека», где была представлена информация о радионуклидной продукции Института реакторных материалов ГО Заречный, а также перспективах развития данного направления деятельности АО «ИРМ». На классных часах присутствовали 128 учеников 8-11 классов МКОУ ГО Заречный «Средняя общеобразовательная школа № 4». По окончании мероприятия был проведен социологический опрос (приложение № 2,3).

7. Социологический опрос.

С целью выявления данных о том, какими знаниями владеет подрастающее поколение по темам «Радиоактивность. Радиоактивные изотопы», «Радионуклидная продукция», автором проекта было проведено социологическое исследование, в котором приняли участие 128 обучающихся 8-11 классов МКОУ «Средняя общеобразовательная школа № 4» (приложение № 4,5).

На вопрос «Много ли Вы знаете о радиоактивных изотопах (нуклидах)?» 97% обучающихся ответили отрицательно. Это говорит о том, что данная тема изучается недостаточно полно. Обучающиеся знают лишь основной теоретический материал.

67% обучающихся 8-11 классов заинтересовались материалом, предложенным на классном часе. Обучающиеся предложили изучить данную тему подробнее на одном из факультативных занятий по предмету «Химия».

45% респондентов высказались за увеличение количества уроков по теме «Радиация. Радиоактивность. Радиоактивные изотопы» на уроках предмета «Физика».

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

97% обучающихся 8-11 классов не знали, что такое «радиофармпрепараты», каким образом они используются для диагностики и лечения онкозаболеваний.

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

Таким образом, обобщая данные анкетирования, можно сказать, что классный час по теме «Радиоактивные изотопы на службе у человека» способствовал расширению знаний обучающихся о строении атома, истории создания искусственных изотопов, систематизации знаний о явлении радиоактивности, применении радионуклидов в различных сферах жизни человека. Благодаря проведенному классному часу обучающиеся более подробно узнали о направлениях деятельности АО «ИРМ» ГО Заречный. Некоторые ребята собираются в дальнейшем связать свою жизнь с атомной отраслью, и теперь они имеют более полное представление о деятельности одного из ведущих предприятий нашего города.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

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

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

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

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

2.Выявлено, что АО «Институт реакторных материалов» по эффективности организации радиоизотопного производства занимает лидирующие позиции в ГК «Росатом».

3. В рамках работы над исследовательским проектом автор участвовала в разработке и подготовке классного часа «Радиоактивные изотопы на службе у человека», где были представлены материалы данного проекта, подготовлена презентация.

4. Проведен социологический опрос обучающихся 8-11 классов.Обучающиеся интересовались производством радионуклидной продукции, выпускаемой АО «ИРМ», задавали много вопросов по теме.Думаю, что теперь они имеют представление о направлениях деятельности данного предприятия.

5. Выявлена необходимость проведения разяснительной работы среди обучающихся 8-11 классов о значении радиации в жизни человека и ее последствиях.

Поставленные передо мной задачи были решены, цель достигнута.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

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

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

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

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

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

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

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

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

CD ROM «Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия», 2015.

Интернет-ресурсы:

https://ru.wikipedia.org/wiki/Изотопы

https://ru.wikipedia.org/wiki/Радиоактивные_изотопы

https://infourok.ru/videouroki/413

http://irm-atom.ru

Приложение №1

Схема Импорта и экспорта искусственных радиоактивных изотопов изРоссии в 1998-2014 гг., $ млн.

Приложение№2

Классный час «Радиоактивные изотопы на службе у человека»

Анкета Приложение № 4

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

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

2. Заинтересованы ли вы в увеличении знаний по теме «Радиоактивные изотопы. Применение нуклидов в жизни человека»?

3. Считаете ли Вы, что количество уроков в школьной программе по теме «Изотопы. Радиоактивные изотопы» должно быть увеличено?

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

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

знал ранее

теперь знаю

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

Приложение № 5

Социологическое исследование учащихся МКОУ «Средняя

общеобразовательная школа № 4»

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Побединская средняя общеобразовательная школа» Шегарский район Томская область

ГОСУДАРСТВЕННАЯ (ИТОГОВАЯ) АТТЕСТАЦИЯ ВЫПУСКНИКОВ IX КЛАССОВ

РЕФЕРАТ ПО ФИЗИКЕ

ЯВЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ. ЕГО ЗНАЧЕНИЕ В НАУКЕ, ТЕХНИКЕ, МЕДИЦИНЕ

Выполнил: Дадаев Аслан, ученик 9 класса

Руководитель: Гагарина Любовь Алексеевна, учитель физики

п. Победа 2010

1. Введение……………………………………………………………...стр.1

2. Явление радиоактивности………..……………………….................стр.2

2.1.Открытие радиоактивности…………………………................стр.2

2.2. Источники радиации………………………………………….. стр.6

3. Получение и применение радиоактивных изотопов……………..стр.8

3.1.Использование изотопов в медицине……………………........стр.8

3.2. Радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве………………стр.10

3.3.Радиационная хронометрия……………………………………стр.11

3.4. Применение радиоактивных изотопов в промышленности...стр.12

3.5. Использование изотопов в науке……………………………...стр.12

4. Заключение…………………………………………………………...стр.13

5. Литература …………………………………………………………..стр.14

ВВЕДЕНИЕ

Представление об атомах как неизменных мельчайших частицах вещества было разрушено открытием электрона, а также явления естественного радиоактивного распада, открытого французским физиком А. Беккерелем. Значительный вклад в изучение этого явления внесли выдающиеся французские физики Мария Склодовская – Кюри и Пьер Кюри.

Естественная радиоактивность существует миллиарды лет, она присутствует буквально повсюду. Ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее рождения. Любой человек слегка радиоактивен: в тканях человеческого тела одним из главных источников природной радиации являются калий - 40 и рубидий - 87, причем не существует способа от них избавиться.

Путем осуществления ядерных реакций при бомбардировке ядер атомов алюминия а – частицами известным французским физикам Фредерику и Ирен Кюри – Жолио в 1934 году удалось искусственно создать радиоактивные ядра. Искусственная радиоактивность принципиально ничем не отличается от естественной и подчиняется тем же законам.

В настоящее время искусственные радиоактивные изотопы получают разными способами. Наиболее распространенным является облучение мишени (будущего радиоактивного препарата) в ядерном реакторе. Возможно облучение мишени заряженными частицами в специальных установках, где частицы ускоряются до больших энергий.

Цель: выяснить в каких областях жизнедеятельности используют явление радиоактивности.

Задачи:

· Изучить историю открытия радиоактивности.

· Выяснить, что происходит с веществом при радиоактивном излучении.

· Выяснить, как получить радиоактивные изотопы и где они применятся.

· Развивать навык работы с дополнительной литературой.

· В компьютерном исполнении выполнить презентацию материала.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.Явление радиоактивности

2.1.Открытие радиоактивности

История радиоактивности началась с того, как в 1896 году французский физик Анри Беккерель занимался люминесценцией и исследованием рентгеновских лучей.

Открытие радиоактивности, наиболее яркое свидетельство сложного строения атома.

Комментируя открытие Рентгена ученые выдвигают гипотезу о том, что рентгеновские лучи испускаются при фосфоресценции независимо от наличии катодных лучей. А. Беккерель решил проверить эту гипотезу. Обернув фотопластинку черной бумагой, он положил на нее металлическую пластинку причудливой формы, покрытую слоем соли урана. Дав четырехчасовую выдержку на солнечном свете, Беккерель проявил фотопластинку и увидел на ней точный силуэт металлической фигурки. Он повторил опыты с большими вариациями, получая отпечатки монеты, ключа. Все опыты подтвердили проверяемую гипотезу, о чем Беккерель доложил 24 февраля на заседании академии наук. Однако Беккерель не прекращает опыты, готовя все новые варианты.

Анри Беккерель Вельгельм Конрад Рентген

26 февраля 1896 года погода над Парижем испортилась и подготовленные фотопластинки с кусочками урановой соли пришлось положить в темный ящик стола до появления солнца. Оно появилось над Парижем 1 марта, и опыты можно было продолжить. Взяв пластинки, Беккерель решил их проявить. Проявив пластинки, ученый увидел на них силуэты урановых образцов. Ничего не понимая, Беккерель решил повторить случайный опыт.

Он уложил в светонепроницаемую коробку две пластинки, насыпал на них урановую соль, положив предварительно на одну из них стекло, а на другую – алюминиевую пластинку. Пять часов все это находилось в темной комнате, после чего Беккерель проявил фотопластинки. И что же – силуэты образцов вновь четко видны. Значит, какие – то лучи образуются в солях урана. Они похожи на Х – лучи, но откуда они берутся? Ясно одно, что связи между Х – лучами и фосфоресценцией нет.

Об этом он доложил на заседании академии наук 2 марта 1896 года, совершенно сбив с толку всех ее членов.

Беккерель установил также, что времени с течением интенсивность излучения одного и того же образца не меняется и что новое излучение способно разряжать наэлектризованные тела.

Большинство членов Парижской академии после очередного доклада Беккереля на заседании 26 марта поверили в его правоту.

Открытое Беккерелем явление получило название радиоактивности, по предложению Марии Склодовской – Кюри.

Мария Склодовская – Кюри

Радиоактивность - способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению.

В 1897 году Мария занимаясь докторской диссертацией, выбрав тему для исследования – открытие Беккереля (Пьер Кюри посоветовал выбрать жене эту тему), решила найти ответ на вопрос: что является подлинным источником уранового излучения? С этой целью она решает исследовать большое количество образцов минералов и солей и выяснить, только ли уран обладает свойством излучать. Работая с образцами тория, она обнаруживает, что он, подобно урану, дает такие же лучи и примерно такой же интенсивности. Значит, данное явление оказывается свойством не только урана, и ему надо дать особое название. Уран и торий назвали радиоактивными элементами. Работа продолжалась с новыми минералами.

Пьер, как физик, чувствует важность работы и, оставив временно исследование кристаллов, начинает работать вместе с супругой. В результате данной совместной работы были открыты новые радиоактивные элементы: полоний, радий и др.

В ноябре 1903 года Королевское общество присудило Пьеру и Марии Кюри одну из высших научных наград Англии – медаль Дэви.

13 ноября супруги Кюри одновременно с Беккерелем получают телеграмму из Стокгольма о присуждении им троим Нобелевской премии по физике за выдающиеся открытия в области радиоактивности.

Дело, начатое супругами Кюри, подхватили их ученики, среди которых была дочь Ирен и зять Фредерик Жолио, ставшие в 1935 году лауреатами Нобелевской премии за открытие искусственной радиоактивности .

Ирен и Фредерик Кюри - Жолио

Английскими физиками Э. Резерфордом и Ф. Содди было доказано, что во всех радиоактивных процессах происходят взаимные превращения атомных ядер химических элементов. Изучение свойств излучения, сопровождающего эти процессы в магнитном и электрическом полях, показало, что оно разделяется на a-частицы, b-частицы и g-лучи (электромагнитное излучение с очень малой длиной волны).

Э.Резерфорд Ф.Содди

Некоторое время спустя в результате исследования различных физических характеристик и свойств этих частиц (электрического заряда, массы и др.) удалось установить, что b – частица представляет собой электрон, а а – частица – полностью ионизированный атом химического элемента гелия (т.е. атом гелия, потерявший оба электрона).

Кроме того выяснилось, что радиоактивность – это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием частиц.

Так, например, было найдено несколько разновидностей атомов урана: с массами ядер, приблизительно равными 234 а.е.м., 235 а.е.м., 238 а.е.м. и 239 а.е.м. Причем все эти атомы обладали одинаковыми химическими свойствами. Они одинаковым образом вступали в химические реакции, образуя одни и те же соединения.

При некоторых ядерных реакциях возникает сильно проникающее излучение. Эти лучи проникают через слой свинца толщиной в несколько метров. Это излучение представляет собой поток частиц, заряженных нейтрально. Эти частицы названы нейтронами.

При некоторых ядерных реакциях возникает сильно проникающее излучение. Эти лучи бывают разных видов и обладают различной проникающей способностью. Например, поток нейтронов проникает через слой свинца толщиной в несколько метров.

2.2. Источники радиации

Радиация весьма многочисленна и разнообразна, однако можно выделить около семи основных её источников.

Первым источником является наша Земля. Эта радиация объясняется наличием в Земле радиоактивных элементов, концентрация которых в разных местах изменяется в широких пределах.

Второй источник радиации – космос, откуда на Землю постоянно падает поток частиц высокой энергии. Источниками образования космического излучения являются звёздные взрывы в Галактике и солнечные вспышки.

Третий источник радиации – это радиоактивные природные материалы, используемые человеком для строительства жилых и производственных помещений. В среднем мощность дозы внутри зданий на 18% - 50% больше, чем снаружи. Внутри помещений человек проводит три четверти своей жизни. Человек, постоянно находящийся в помещении, построенном из гранита, может получить - 400 мбэр/год, из красного кирпича –189 мбэр/год, из бетона – 100мбэр/год, из дерева – 30 мбэр/год.

Четвертый источник радиоактивности населению малоизвестен, но не менее опасен. Это радиоактивные материалы, которые человек использует в повседневной деятельности.

В состав красок для печати банковских чеков включают радиоактивный углерод, обеспечивающий легкую идентификацию подделанных документов.

Для получения краски или эмали на керамике или драгоценностях применяется уран.

Уран и торий используют при производстве стекла.

Искусственные зубы из фарфора усиливаются ураном и церием. При этом - излучение на прилегающие к зубам слизистые оболочки может достичь 66 бэр/год, тогда как годовая норма для всего организма не должна превышать 0,5 бэр (т.е. в 33 раза больше)

Экран телевизора излучает на человека 2-3 мбэр/год.

Пятый источник – предприятия по транспортировке и переработке радиоактивных материалов.

Шестым источником радиации являются атомные электростанции. На АЭС,

кроме твердых отходов, имеются также жидкие (зараженные воды из контуров охлаждения реакторов) и газообразные содержащемся в углекислом газе, используемом для охлаждения.

Седьмой источник радиоактивного излучения - это медицинские установки. Несмотря на обычность их использования в повседневной практике, опасность облучения от них намного больше, чем от всех рассмотренных выше источников и достигает иногда десятков бэр. Один из распространенных способов диагностики - рентгеновской аппарат. Так, при рентгенографии зубов - 3 бэр, при рентгеноскопии желудка - столько же, при флюорографии - 370 мбэр.

Что же происходит с веществом при радиоактивном излучении?

Во – первых , удивительное постоянство, с которым радиоактивные элементы испускают излучения. На протяжении суток, месяцев, лет интенсивность излучения заметно не изменяется. На него не оказывает влияние нагревание или увеличение давления, химические реакции в которые вступал радиоактивный элемент, так же не влияли на интенсивность излучения.

Во – вторых , радиоактивность сопровождается выделением энергии, и она выделяется непрерывно на протяжении ряда лет. Откуда же берется эта энергия? При радиоактивности вещество, испытывает какие – то глубокие изменения. Было сделано предположение, что превращения претерпевают сами атомы.

Наличие одних и тех же химических свойств означает, что все эти атомы имеют одинаковое число электронов в электронной оболочке, а значит, и одинаковые заряды ядер.

Если заряды ядер атомов одинаковы, значит, эти атомы принадлежат одному и тому же химическому элементу (несмотря на различия в их массах) и имеют один и тот же порядковый номер в таблице Д.И. Менделеева. Разновидности одного и того же химического элемента, различающиеся по массе атомных ядер назвали изотопами .

3. Получение и применение радиоактивных изотопов

Радиоактивные изотопы, встречающие в природе, называются естественными . Но многие химические элементы встречаются в природе только в стабильном (т.е. радиоактивном) состоянии.

В 1934 году французские ученые Ирен и Фредерик Жолио – Кюри обнаружили, что радиоактивные изотопы могут быть созданы искусственным путем в результате ядерных реакций. Такие изотопы назвали искусственными .

Для получения искусственных радиоактивных изотопов обычно используют ядерные реакторы и ускорители элементарных частиц. Существует отрасль промышленности, специализирующаяся на производстве таких элементов.

Впоследствии был получены искусственные изотопы всех химических элементов. Всего в настоящее время известно примерно 2000 радиоактивных изотопов, причем 300 из них – естественные.

В настоящее время радиоактивные изотопы широко применяют в различных сферах научной и практической деятельности: техника, медицина, сельское хозяйство, средства связи, военной области и в некоторых других. При этом часто используют так называемый метод меченых атомов.

3.1.Использование изотопов в медицине

Применение изотопов, одним из наиболее выдающихся исследований, проведенных с помощью «меченых атомов», явилось исследование обмена веществ в организмах.

С помощью изотопов были раскрыты механизмы развития (патогенез) ряда заболеваний; их применяют также для изучения обмена веществ и диагностики многих заболеваний.

Изотопы вводят в организм человека в крайне малых количествах (безопасное для здоровья), не способных вызвать какие-либо патологические сдвиги. Кровью они неравномерно распределяются по всему организму. Излучение, возникающее при распаде изотопа, регистрируют приборами (специальными счетчиками частиц, фотографированием), расположенных вблизи тела человека. В результате можно получить изображение какого –либо внутреннего органа. По этому изображению можно судить о размерах и форме этого органа, о повышенной или пониженной концентрации изотопа в

различных его частях. Можно также оценить функциональное состояние (т.е. работу) внутренних органов по скорости накопления и выведения ими радиоизотопа.

Так, состояние сердечного кровообращения, скорости кроветока, изображение полостей сердца определяют с помощью соединений, включающих изотопы натрия, иода, технеция; для изучения лёгочной вентиляции и заболеваний спинного мозга применяют изотопы технеция, ксенона; макроагрегаты альбумина человеческой сыворотки с изотопом иода используют для диагностики различных воспалительных процессов в легких, их опухолей и при различных заболеваниях щитовидной железы.

Использование изотопов в медицине

Концентрационную и выделительную функции печени изучают при помощи краски бенгал-роз с изотопом иода, золота. Изображение кишечника, желудка получают, используя изотоп технеция, селезёнки применяя эритроциты с изотопом технеция или хрома; с помощью изотопа селена диагностируют заболевания поджелудочной железы. Все эти данные позволяют поставить правильный диагноз заболевания.

С помощью метода «меченых атомов» исследуют также различные отклонения в работе системы кровообращения, обнаруживают опухоли (поскольку именно в них накапливаются некоторые радиоизотопы). Благодаря этому методу было обнаружено, что за сравнительно короткое время организм человека почти полностью обновляется. Исключение является лишь железо, входящее в состав крови: оно начинает усваивается организмом из пищи только тогда, когда ег запасы иссякают.

Важное значение при выборе изотопа имеет вопрос о чувствительности метода изотопного анализа, а также о типе радиоактивного распада и энергии излучения.

В медицине радиоактивные изотопы используются не только для диагностики, но и для лечения некоторых заболеваний, например раковых опухолей, базедовой болезни и др.

В связи с применением очень малых доз радиоизотопов лучевое воздействие на организм при радиационной диагностике и лечении не представляет опасности для пациентов.

3.2. Радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве

Все более широкое применение получают радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве . Облучение семян растений (хлопчатника, капусты, редиса и др.) небольшими дозами гамма-лучей от радиоактивных препаратов приводит к заметному увеличению урожайности. Большие дозы радиации вызывают мутации у растений и микроорганизмов, что в отдельных случаях приводит к появлению мутантов с новыми ценными свойствами (радиоселекция ). Так выведены ценные сорта пшеницы, фасоли и других культур, а также получены высоко продуктивные микроорганизмы, применяемые в производстве антибиотиков.

Гамма - излучение радиоактивных изотопов используется также для борьбы с вредными насекомыми и для консервации пищевых продуктов. Широкое применение получили «меченые атомы» в агротехнике. Например, чтобы выяснить, какое из фосфорных удобрений лучше усваивается растением, помечают различные удобрения радиоактивным фосфором. Исследуя затем растения на радиоактивность, можно определить количество усвоенного ими фосфора из разных сортов удобрения.

Интересное применение для определения возраста древних предметов органического происхождения (дерева, древесного угля, тканей и т. д.) получил метод радиоактивного углерода. В растениях всегда имеется бета - радиоактивный изотоп углерода с периодом полураспада Т=5700 лет. Он образуется в атмосфере Земли в небольшом количестве из азота под действием нейтронов. Последние же возникают за счет ядерных реакций, вызванных быстрыми частицами, которые поступают в атмосферу из космоса (космические лучи). Соединяясь с кислородом, этот углерод образует, углекислый газ, поглощаемый растениями, а через них и животными.

Изотопы широко используются для определения физических свойств почвы

и запасов в ней элементов пищи растений, для изучения взаимодействия почвы и удобрений, процессов усвоения растениями питательных элементов, поступления в растения минеральной пищи через листья. Пользуются изотопами для выявления действия на растительный организм пестицидов, что позволяет установить концентрацию и сроки обработки ими посевов. Применяя метод изотопов, исследуют важнейшие биологические свойства с/х культур (при оценке и отборе селекционного материала) урожайность, скороспелость, хладостойкость.

В животноводстве изучают физиологические процессы, протекающие в организме животных, проводят анализ кормов на содержание токсичных веществ (малые дозы которых трудно определить химическими методами) и микроэлементов. При помощи изотопов разрабатывают приёмы автоматизации производственных процессов, например отделение корнеплодов от камней и комков почвы при уборке комбайном на каменистых и тяжёлых почвах.

3.3.Радиационная хронометрия

Некоторые радиоактивные изотопы можно с успехом использовать для определения возраста различных ископаемых (радиационная хронометрия ). Наиболее распространенный и эффективный метод радиационной хронометрии основан на измерении радиоактивности органических веществ, которая обусловлена радиоактивным углеродом (14С).

Исследования показали, что в каждом грамме углерода в любом организме за минуту происходит 16 радиоактивных бета-распадов (точнее, 15,3 ± 0,1). По истечении 5730 лет в каждом грамме углерода будет распадаться уже только 8 атомов в минуту, через 11 460 лет - 4 атома.

Один грамм углерода из образцов молодого леса испускает около пятнадцати бета - частиц в секунду. После гибели организма пополнение его радиоактивным углеродом прекращается. Имеющееся же количество этого изотопа убывает за счет радиоактивности. Определяя процентное содержание радиоактивного углерода в органических остатках, можно определить их возраст, если он лежит в пределах от 1000 до 50000 и даже до 100000 лет.

Число радиоактивных распадов, т. е. радиоактивность исследуемых образцов, измеряют детекторами радиоактивного излучения.

Таким образом, измерив в определенном весовом количестве материала исследуемого образца число радиоактивных распадов за минуту и пересчитав это число на грамм углерода, мы можем установить возраст объекта, из которого взят образец. Таким методом узнают возраст египетских мумий, остатков доисторических костров и т. д.

3.4. Применение радиоактивных изотопов в промышленности

Одним из примеров может служить следующий способ контроля износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Облучая поршневое кольцо нейтронами, вызывают в нем ядерные реакции и делают его радиоактивным. При работе двигателя частички материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла после определенного времени работы двигателя, определяют износ кольца. Радиоактивные изотопы позволяют судить о диффузии металлов, процессах в доменных печах и т. д. Мощное гамма-излучение радиоактивных препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.

Изотопы также используются в ядерно-физической аппаратуре для изготовления счетчиков нейтронов, что позволяет увеличить эффективность счета более чем в 5 раз, в ядерной энергетике как замедлители и поглотители нейтронов.

3.5. Использование изотопов в науке

Использование изотопов в биологии привело к пересмотру прежних представлений о природе фотосинтеза, а также о механизмах, обеспечивающих усвоение растениями неорганических веществ карбонатов, нитратов, фосфатов и др. С помощью изотопов изучено перемещение популяций в биосфере и отдельных особей внутри данной популяции, миграции микробов, а также отдельных соединений внутри организма. Вводя в организмы с пищей или путём инъекций метку, удалось изучить скорость и пути миграции многих насекомых (москитов, мух, саранчи), птиц, грызунов и др. мелких животных и получить данные о численности их популяций.

В области физиологии и биохимии растений с помощью изотопов решен ряд теоретических и прикладных проблем: выяснены пути поступления минеральных веществ, жидкостей и газов в растения, а также роль различных химических элементов, в том числе микроэлементов, в жизни растений. Показано, в частности, что углерод поступает в растения не только через листья, но и через корневую систему, установлены пути и скорости передвижения ряда веществ из корневой системы в стебель и листья и из этих органов к корням.

В области физиологии и биохимии животных и человека изучены скорости поступления различных веществ в их ткани (в том числе скорость включения железа в гемоглобин, фосфора в нервную и мышечные ткани, кальция в кости). Использование "меченой" пищи привело к новому представлению о скоростях всасывания и распространения пищевых веществ, об их "судьбе" в организме и помогло проследить за влиянием внутренних и внешних факторов (голодание, асфиксия, переутомление и т. д.) на обмен веществ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выдающиеся французские физики Мария Склодовская – Кюри и Пьер Кюри, их дочь Ирен и зять Фредерик Жолио и многие другие ученые не только внесли большой вклад в развитие ядерной физики, но были страстными борцами за мир. Они вели значительную работу по мирному использованию атомной энергии.

В Советском Союзе работы над атомной энергией начались в 1943 году под руководством выдающегося советского ученого И. В. Курчатова. В трудных условиях небывалой войны советские ученые решали сложнейшие научные и технические задачи, связанные с овладением атомной энергией. 25 декабря 1946 года под руководством И.В.Курчатова впервые на континенте Европы и Азии была осуществлена цепная реакция. В Советском Союзе началась эра мирного атома.

В ходе работы я выяснил, радиоактивные изотопы, полученные искусственным путем, нашли широкое применение в науке, технике, сельском хозяйстве, промышленности, медицине, археологии и других областях. Это обусловлено следующими свойствами радиоактивных изотопов:

· радиоактивное вещество непрерывно излучает определенный вид частиц и интенсивность в течение времени не меняется;

· излучение обладает определенной проникающей способностью;

· радиоактивность сопровождается выделением энергии;

· под действием излучения могут происходить изменения в облучаемом веществе;

· излучение можно зафиксировать разными способами: специальными счетчиками частиц, фотографированием и т.д.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ф.М. Дягилев «Из истории физики и жизни ее творцов» - М.: Просвещение, 1986.

2. А.С. Енохин, О.Ф. Кабардин и др. «Хрестоматия по физике» - М.: Просвещение, 1982.

3. П.С. Кудрявцев. «История физики» - М.: Просвещение, 1971.

4. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев «Физика 11 кл.» - М.: Просвещение, 2004.

5. А.В. Перышкин, Е.В. Гутник «Физика 9 кл.» - М.: Дрофа, 2005.

6. Интернет – ресурсы.

Рецензия

на экзаменационный реферат по физике «Явление радиоактивности. Его значение в науке, технике, медицине».

Актуальность выбранной темы автор видит в возможности использования ядерной энергии в мирных целях. Радиоактивные изотопы, полученные искусственным путем, нашли широкое применение в различных сферах научной и практической деятельности: науке, технике, сельском хозяйстве, промышленности, медицине, археологии и др.

Однако в разделе «Введение» не указана актуальность и заинтересованность автора в выбранной теме реферата.

Доступно, логически прописано открытие радиоактивности; исследования, проводимые с помощью «меченых атомов».

Оформление реферата не во всех случаях соответствует требованиям:

· Не пронумерованы страницы;

· Каждый раздел напечатан не с новой страницы;

· В тексте нет ссылок на иллюстрации;

· В разделе «Литература» не указаны сайты Интернет – ресурсов.

В целом, несмотря на незначительные недочеты в составлении и оформлении, можно сказать, что реферат «Явление радиоактивности. Его значение в науке, технике, медицине» заслуживает оценки «хорошо».

Учитель физики МОУ «Побединская СОШ»: ___________/Л.А. Гагарина/

Природные радиоактивные веще-ства имеют высокие нуклонные числа. Можно создать искусственные радио-активные вещества путем бомбарди-ровки более легких нуклидов а-частицами, протонами или нейтронами. Образованные таким образом веще-ства называются радиоизотопами.

Примечание.

Нуклид — это любое конкретное ядро, имеющее определен-ные протонное и соответственно нуклонное числа. Различные нуклиды, ко-торые имеют одинаковое протонное число (но различные нуклонные чис-ла), называются изотопами (изотоп-ные нуклиды).

Первым радиоизотопом был неста-бильный изотоп фосфора. Он был по-лучен в 1934 г. путем бомбардировки алюминия а-частицами:

2 4 He + 13 27 Al= 15 30 P+ 0 1 n

В результате реакции образуется фос-фор-30 и нейтрон. Заметьте, что в каждой части уравнения сумма ну- клонных чисел составляет 31, а сумма протонных чисел — 15. Фосфор-30 распадается, испуская позитрон , и имеет период полураспада примерно 3 мин.

О позитроне ранее не упоминалось, поскольку он не присутствует в есте-ственной радиоактивности. Он имеет массу, равную массе электрона, и по-ложительный заряд, который равен и противоположен заряду электрона. Он обозначается как Че.

Когда магний подвергается бом-бардировке нейтронами, то образует-ся радиоизотоп натрия. Происходит следующая реакция:

12 24 Mg+ 0 1 n= 11 24 Na+ 1 1 H

Натрий распадается с испусканием b-частицы:

11 24 Na- -1 0 e= 12 24 Mg

Детально ознакомиться с техникой производства радиоизотопов вы може-те в других изданиях. Важно лишь отметить, что в настоящее время мож-но синтезировать любой радиоизотоп. Большая часть из них имеет короткие периоды полураспада. Это очень важ-но, поскольку их активность и, следова тельно, опасность их радиоактивного излучения не являются длительными.

Применение радиоизотопов

Все изотопы определенного веще-ства имеют одинаковые химические свойства и ведут себя идентично. Пре-имуществом радиоизотопов является то, что их местонахождение можно легко обнаружить по испускаемой ими радиации.

Радиоизотопы могут быть также использованы для определения степе-ни износа подшипников. Если радио-изотоп внедрить в подшипник, то его тонкие стираемые с поверхности и уно-симые с маслом частички будут ра-диоактивными. Если пробу этого мас-ла проверить на радиоактивность, то по результатам можно проверить сте-пень происходящего износа.

Утечки в трубах могут быть об-наружены добавлением небольшого количества радиоизотопа в текущую по ним жидкость. Для нахождения места, где происходит утечка радио-изотопа, используется детектор излу-чения.

Кобальт-60 является нестабильным радионуклидом с периодом полураспа-да 5,23 года. Он образуется бомбар-дировкой нейтронами кобальта-59:

27 59 Co+ 0 1 n= 27 60 Co

Кобальт-60 испускает высокоэнерге- тичное у-излучение. Оно используется в раковой терапии вместо сложно по-лучаемого А’-излучения высокой энер-гии. Оно также может применяться

для обнаружения трещин в сварных швах. Источник уизлучения должен быть особенно хорошо экранирован, но громадным преимуществом его пе-ред источником рентгеновских лучей является то, что он более портативен и не требует источника питания.

Радиоактивный фосфор Р-32 и ра-диоактивный иод-131 являются пред-ставителями тех многочисленных ис-кусственных радионуклидов, которые используются для отыскания повреж-дений. Смеси, содержащие небольшие количества радиоактивного изотопа вместе со стабильным изотопом, при-меняются для прослеживания прохож-дения веществ в стволе растения, те-лах животных и человека. Местона-хождение радиоактивного изотопа в теле может быть определено без вскры-тия или проникновения в него по ис-пускаемой радиации. Это позволяет диагностировать состояние некоторых внутренних органов без хирургическо-го вмешательства

Радиоизотопы широко применяют-ся в промышленности, например, для гого, чтобы проверить, постоянна ли толщина производимого материала. По мере того как материал проходит между радиоактивным источником и счетчиком, любое изменение его тол-щины вызывает изменение в скорости счета (если толщина уменьшается, то скорость счета увеличивается), и этр может быть зафиксировано (рис. 1).




Естественные радиоактивные изотопы

Существует небольшое число ра-диоизотопов с низким протонным чис-лом, которые находятся в естествен-ном виде. Они образуются в резуль-тате бомбардировки излучением из космоса (космическими лучами). Наи-более известным из них является ра-диоактивный углерод-14, который об-разуется из азота при бомбардировке его нейтронами:

7 14 N+ 0 1 n= 6 14 C+ 1 1 H

Углерод-14 распадается с испусканием b-частицы и снова становится азотом:

6 14 C- -1 0 e= 7 14 N

Углерод-14 имеет большой период по-лураспада — примерно 5600 лет. Сле-дует отметить, что существует равно-весие уровня образования углерода-14 в атмосфере и уровня его распада и что количество его в атмосфере по-стоянно. Часть его вбирается расте-ниями и животными. Когда растение или животное погибает, то оно более не потребляет углерод, а имевшийся в нем углерод-14 распадается. Таким образом, время, когда существо умер-ло, может быть определено по актив-ности углерода-14 в нем. Датирование при помощи углерода стало, таким образом, важным методом работы ар-хеологов и антропологов.