15.5: Використання радіоактивних ізотопів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 22414

Anonymous
LibreTexts

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Мета навчання

Дізнайтеся про деякі програми радіоактивності.

Радіоактивні ізотопи мають різноманітне застосування. Однак, як правило, вони корисні, оскільки або ми можемо виявити їх радіоактивність, або ми можемо використовувати енергію, яку вони виділяють.

Радіоактивні ізотопи є ефективними простежувачами, оскільки їх радіоактивність легко виявити. Трасер - це речовина, яка може бути використана для проходження шляху цієї речовини через якусь структуру. Наприклад, витоки в підземних водопровідних трубах можна виявити, провівши трохи тритій-містить воду по трубах, а потім за допомогою лічильника Гейгера, щоб знайти будь-який радіоактивний тритій, який згодом присутній у землі навколо труб. (Нагадаємо, що тритій є радіоактивним ізотопом водню.)

Трасери також можуть використовуватися для проходження етапів складної хімічної реакції. Після включення радіоактивних атомів у молекули реагентів вчені можуть відстежувати, куди йдуть атоми, слідуючи їх радіоактивності. Одним з чудових прикладів цього є використання вуглецю-14 для визначення етапів, що беруть участь у фотосинтезі у рослин. Ми знаємо ці кроки, тому що дослідники стежили за прогресом вуглецю-14 протягом усього процесу.

Радіоактивні знайомства

Радіоактивні ізотопи корисні для встановлення віку різних об'єктів. Період напіврозпаду радіоактивних ізотопів не піддається впливу будь-яких факторів навколишнього середовища, тому ізотоп діє як внутрішній годинник. Наприклад, якщо порода проаналізована і виявляється, що містить певну кількість урану-235 і певну кількість її дочірнього ізотопу, можна зробити висновок, що певна частка вихідного урану-235 радіоактивно розпалася. Якщо половина урану розпалася, то порода має вік одного періоду напіврозпаду урану-235, або близько\(4.5\times 10^{9}y\). Багато подібних аналізів, використовуючи найрізноманітніші ізотопи, вказували на те, що вік самої землі закінчився\(4\times 10^{9}y\).

В іншому цікавому прикладі радіоактивного датування, датування водню 3 було використано для перевірки заявлених винтажів деяких старих вишуканих вин.

Один ізотоп, вуглець-14, особливо корисний при визначенні віку колись живих артефактів. Крихітна кількість вуглецю-14 виробляється природним шляхом у верхніх течіях атмосфери, і живі істоти включають частину його в свої тканини, нарощуючи до постійного, хоча і дуже низького рівня. Як тільки жива істота гине, вона більше не набуває вуглець-14; з плином часу вуглець-14, який був у тканині, розпадається. (Період напіввиведення вуглецю-14 становить 5,370 у.) Якщо колись живий артефакт виявлений і проаналізований через багато років після його смерті, а залишився вуглець-14 порівняти з відомим постійним рівнем, можна визначити приблизний вік артефакту. Використовуючи такі методи, вчені визначили, що вік Туринської\(\PageIndex{1}\) Плащаниці (малюнок, який нібито деякими є похоронною тканиною Ісуса Христа і складається з лляних волокон, тип рослини) становить близько 600-700 у, а не 2000 у, як стверджують деякі. Вчені також змогли використовувати радіовуглецеві датування, щоб показати, що вік муміфікованого тіла, знайденого в льодах Альп, склав 5300 у.

Показана плащаниця Турина. — Ілюстрація\(\PageIndex{1}\): Плащаниця Турина. У 1989 році кілька груп вчених використовували датування вуглець-14, щоб продемонструвати, що Туринська плащаниця була всього 600-700 р Багато людей досі чіпляються за інше поняття, незважаючи на наукові докази.

опромінення харчових продуктів

Випромінювання, що випромінюється деякими радіоактивними речовинами, може використовуватися для знищення мікроорганізмів на різних харчових продуктах, продовжуючи термін зберігання цих продуктів. Такі продукти, як помідори, гриби, паростки та ягоди опромінюються викидами коби. Цей вплив вбиває багато бактерій, що викликають псування, тому продукт довше залишається свіжим. Яйця та деякі м'ясо, такі як яловичина, свинина та птиця, також можна опромінювати. Всупереч думці деяких людей, опромінення їжі не робить саму їжу радіоактивною.

Медичні програми

Радіоактивні ізотопи мають численні медичні застосування в діагностиці та лікуванні захворювань та захворювань. Одним із прикладів діагностичного застосування є використання радіоактивного йоду-131 для перевірки активності щитовидної залози (рис.\(\PageIndex{1}\)). Щитовидна залоза на шиї - одне з небагатьох місць в організмі зі значною концентрацією йоду. Для оцінки активності щитовидної залози пацієнту вводять вимірювану дозу ¹³¹ I, а на наступний день використовують сканер для вимірювання кількості радіоактивності в щитовидній залозі. Кількість радіоактивного йоду, яке там збирає, безпосередньо пов'язане з діяльністю щитовидної залози, що дозволяє навченим лікарям діагностувати як гіпертиреоз, так і гіпотиреоз. Йод-131 має період напіврозпаду всього 8 д, тому потенціал пошкодження внаслідок впливу мінімальний. Технецій-99 також може бути використаний для перевірки функції щитовидної залози. Кістки, серце, мозок, печінку, легені та багато інших органів можуть бути зображені подібними способами за допомогою відповідного радіоактивного ізотопу.

Радіоактивні ізотопи, показані при діагностичному скануванні щитовидної залози. — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Медична діагностика. Радіоактивний йод може бути використаний для зображення щитовидної залози в діагностичних цілях. Джерело: Сканування люб'язно надано Мьо Ханом, ua.wikipedia.org/wiki/file:Thyroid_scan.jpg.

Дуже мало радіоактивного матеріалу потрібно в цих діагностичних методах, оскільки випромінюване випромінювання так легко виявити. Однак терапевтичні програми зазвичай вимагають набагато більших доз, оскільки їх мета полягає в переважному знищенні хворих тканин. Наприклад, якщо була виявлена пухлина щитовидної залози, значно більша інфузія (тисячі рем, на відміну від діагностичної дози менше 40 rem) йоду-131 може допомогти знищити пухлинні клітини. Аналогічним чином радіоактивний стронцій використовується для не тільки виявлення, але і для полегшення болю раку кісток. У таблиці\(\PageIndex{1}\) наведено кілька радіоактивних ізотопів та їх медичне застосування.

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Деякі радіоактивні ізотопи з медичним застосуванням
Ізотоп	Використовувати
³² П	виявлення та лікування раку, особливо в очах і шкірі
^{59 лют}	діагностика анемії
⁶⁰ Ко	гамма-опромінення пухлин
^{99 м} Тс*	сканування мозку, щитовидної залози, печінки, кісткового мозку, легенів, серця та кишечника; визначення обсягу крові
¹³¹ Я	діагностика і лікування функції щитовидної залози
¹³³ Се	візуалізація легенів
^{198 авт}.	діагностика захворювань печінки
*« m» означає, що це метастабільна форма цього ізотопу технецію.

На додаток до безпосереднього застосування радіоактивних ізотопів до ураженої тканини, гамма-випромінювання деяких ізотопів можуть бути спрямовані в бік тканини, що підлягає руйнуванню. Кобальт-60 є корисним ізотопом для такого роду процедури.

Застосування продуктів харчування та напоїв: Радіоактивність у вині

Любителі вина поклали деякий запас у вінтажі, або роки, в які виноград вирощувався до того, як вони були перетворені на вино. Вино може відрізнятися за якістю в залежності від сорту. Деякі любителі вина охоче платять набагато більше за пляшку вина з певним вінтажем. Але як перевірити, що пляшка вина насправді була частиною певного урожаю? Чи є етикетка підробкою? Чи справді цей тайник вина був знайдений у підвалі французького замку з 1940-х років, чи він був зроблений у 2009 році?

Винна етикетка з пляшки вина 1991 року. — Малюнок\(\PageIndex{3}\): Винна етикетка. Ця винна етикетка з пляшки вина претендує на урожай 1991 року. Чи справді вино з цього вінтажу, чи це підробка? Радіоактивність може допомогти визначити відповідь. Джерело: Використовується з дозволу Ральфа Вермута.

Цезій-137 - радіоактивний ізотоп, який має період напіврозпаду 30,1 у.Він був введений в атмосферу в 1940-х і 1950-х роках шляхом атмосферних випробувань ядерної зброї декількома країнами після Другої світової війни. Значна кількість цезію-137 було випущено під час Чорнобильської ядерної катастрофи в 1986 році. В результаті цього забруднення атмосфери вчені провели точні вимірювання кількості цезію-137, наявного в навколишньому середовищі з 1950 року. Деяка частина ізотопу цезію засвоюється живими рослинами, в тому числі виноградними лозами. Використовуючи відомі вінтажі, енологи (винні вчені) можуть побудувати детальний аналіз цезію-137 різних вин протягом багатьох років.

Перевірка вінтажу вина вимагає вимірювання активності цезію-137 у вині. Вимірюючи поточну активність цезію-137 у зразку вина (гамма-промені від радіоактивного розпаду проходять крізь скляні винні пляшки легко, тому немає необхідності відкривати пляшку), порівнюючи її з відомою кількістю цезію-137 з марочного, і враховуючи плин часу, дослідники може збирати докази за або проти заявленого винного марочного.

Приблизно до 1950 року кількість цезію-137 в навколишньому середовищі було незначним, тому якщо вино, датоване до 1950 року, демонструє якусь вимірювану активність цезію-137, це майже напевно підробка, тому не варто вищеплювати за це багато грошей! Це може бути гарне вино, але йому майже точно не більше 60 років.

Резюме

Радіоактивність має кілька практичних застосувань, включаючи трасери, медичні програми, знайомства з колись живими об'єктами та збереження їжі.