Явление радиоактивности в медицине, промышленности и науке

1.Актуальность проблемы.

1.1. Цель:

Выяснить в каких областях жизнедеятельности человека используют явление радиоактивность.

1.2. 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-3-

3.Основная часть.

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.

Сегодня радиоактивность  не только приносит людям несчастье, а наоборот, помогает! Радиоактивность (, а точнее радиоизотопы) может использоваться в медицине, промышленности и науке… Давайте рассмотрим по подробней и узнаем, каким же образом это происходит.

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.

 

-9-

         

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.

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.

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.Применение 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. 
 

-10-

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.

3.3.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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-11-

4.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 выяснила, 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-12-

2.Введение

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.

           

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,

-4-

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     Пьер 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. 25 июня 1903 года в маленькой  аудитории Сорбонны Мария Кюри защищает докторскую диссертацию. 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.

-5-

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).