Treść zadania

Najlepsze rozwiązanie

• 

  0 0

  moni56 29.4.2010 (18:05)

  Izotopy i ich zastosowanie
  
  
  
  Izotopy to atomy zawierające w jądrze jednakową ilość protonów, ale różniące się liczbą neutronów. W związku z tym charakteryzują się one jednakową liczbą atomową (Z), ale jednocześnie różną liczbą masową (A). Większość pierwiastków występuje w przyrodzie w postaci kilku izotopów. Dobrym przykładem jest chlor, którego dwa izotopy 35Cl (o masie atomowej 35u) i 36Cl (o masie atomowej 36) występują w przyrodzie niemal w jednakowych ilościach. Procentowa zawartość poszczególnych izotopów danego pierwiastka w jego całkowitej ilości jest wielkością niemal niezmienną. W związku z powyższym masa atomowa pierwiastka jest średnią wyliczoną w oparciu o udziały procentowe i masy poszczególnych izotopów. Oczywiście można zauważyć różnice w masach atomowych konkretnego pierwiastka występującego różnych regionach Ziemi, co wiąże się z pewnością z różnymi warunkami środowiskowymi, w różnych epokach geologicznych, które sprzyjały gromadzeniu się w danym miejscu lżejszych, bądź cięższych izotopów.
  
  Izotopy można podzielić na naturalne (występujące w przyrodzie), oraz sztuczne (otrzymane przez człowieka głownie w wyniku reakcji jądrowych). Większość izotopów naturalnych to izotopy trwałe. Niektóre jednak ulegają rozpadowi promieniotwórczemu, podobnie jak większość izotopów sztucznych. Rozpad promieniotwórczy to samorzutny proces, w wyniku którego jądra atomów danego izotopu ulegają rozpadowi i przechodzą w jądra lżejsze, a towarzyszy temu emisja promieniowania w postaci różnego rodzaju cząstek elementarnych oraz energii. Wielkością charakteryzującą dany izotop promieniotwórczy jest tzw. okres połowicznego rozpadu (okres półtrwania), który definiuje się jako czas, po którym połowa początkowej masy izotopu promieniotwórczego uległa rozpadowi. Obecnie znanych jest około 2000 izotopów promieniotwórczych różnych pierwiastków, które różnią się między sobą czasem połowicznego zaniku (okresem półtrwania), a także rodzajem rozpadu promieniotwórczego, jakiemu ulegają.
  
  Promieniowanie α, to strumień tzw. cząstek α, składających się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Cząstki α są to więc jądra atomu helu. Mają dużą masę i duży ładunek, co powoduje, że zasięg i przenikliwość tego promieniowania są niewielkie. Promieniowanie β to strumień szybko poruszających się elektronów (β-) lub pozytonów (β+). Masa tych cząstek jest znikomo mała, co powoduje, że zarówno zasięg, jak i przenikliwość tego typu promieniowania są już dość znaczne. Trzeci rodzaj promieniowania – tzw. promieniowanie γ – jest promieniowaniem elektromagnetycznym (podobnie jak światło). Jest promieniowaniem niezwykle przenikliwym. Jak już wspomniano, różne izotopy mogą ulegać różnym przemianom promieniotwórczym. Mogą zatem emitować różnego rodzaju promieniowanie.
  
  Wiele izotopów promieniotwórczych (radioizotopów) znalazło ze względu na swe właściwości szerokie zastosowanie. Niewielu ludzi zdaje sobie sprawę z faktu, iż izotopy promieniotwórcze wykorzystywane są w wielu dziedzinach życia. Czasem są nawet obecne w przedmiotach wykorzystywanych na co dzień. Bardzo dobrym przykładem są czujniki przeciwpożarowe wykrywające obecność dymu. Stosuje się w nich promieniotwórcze izotopy 241Am lub 238Pu, emitujące promieniowanie typu α. Pojawienie się dymu powoduje przerwanie wiązki emitowanego promieniowania, a co za tym idzie uruchomienie systemu alarmowego. Bardzo wielką zaletą jest stosunkowo duży okres półtrwania co powoduje, iż czujniki te mogą być z powodzeniem stosowane przez długi okres czasu. Promieniowanie emitowane przez radioizotopy stosuje się ostatnio nawet w przemyśle spożywczym. Dowiedziono, iż żywność poddania działaniu promieniowania γ lub wiązki elektronów nie jest szkodliwa dla organizmu człowieka, ani nie traci żadnych wartości odżywczych. Co więcej, żywność taka dłużej zachowuje świeżość, a promieniowanie eliminuje wszelkie szkodliwe drobnoustroje.
  
  Jedną z najważniejszych dziedziną, w której podstawowe znaczenie i bardzo szerokie zastosowanie mają izotopy promieniotwórcze jest medycyna. Radioizotopy wykorzystywane są zarówno w diagnostyce poszczególnych narządów jak i w radioterapii. Bardzo często w metodach diagnostycznych i leczniczych wprowadza się bezpośrednio do organizmu człowieka substancję promieniotwórczą. Substancja taka musi spełnić wiele rygorystycznych wymagań. Musi łatwo się wbudowywać w badany lub leczony narząd, a także być w niewielkim stopniu szkodliwa dla organizmu. Emitowane promieniowanie powinno być łatwo wykrywane i rejestrowane. Jednym z podstawowych badań wykorzystujących izotopy promieniotwórcze (głównie 99Tc) jest scyntygrafia. Polega ono na wprowadzeniu do organizmu pacjenta odpowiedniego związku chemicznego znakowanego radioizotopem i rejestrowaniu emitowanego przez niego promieniowania. Przy pomocy scyntygrafii można uzyskać obraz badanego narządu, a także ocenić jego funkcjonowanie. Do badań układu krwionośnego wykorzystuje się między innymi izotopy 42K, 43K oraz 129Cs. Nowotwory układu szkieletowego, jak i dokładne miejsca złamania kości często uwidoczniane są przy pomocy izotopu 47Ca. Wśród innych stosowanych w diagnostyce medycznej izotopów należy wymienić 51Cr, 32P i 59Fe wykorzystywane przy badaniach krwi, a także izotopy jodu (125I, 131I, 132I) stosowane w badaniach tarczycy. Dużą część izotopów promieniotwórczych stosuje się w również w leczeniu (głównie nowotworów), np. 131I przy leczeniu schorzeń tarczycy. Izotopy 60Co oraz 137Cs stosuje się do naświetlania komórek nowotworowych, co powoduje ich niszczenie bez szkodliwości dla zdrowych tkanek.
  
  Radioizotopy wykorzystuje się również w geologii. W oparciu o izotopy zawarte w różnych skałach można określić w przybliżeniu ich wiek. Wykorzystywane są w tym celu naturalne substancje promieniotwórcze charakteryzujące się bardzo długim okresem półtrwania. Wykonuje się pomiary ilości produktu przemian jądrowych zachodzących minerale w stosunku do ilości naturalnego radioizotopu zawartego w próbce. Również w badaniach archeologicznych często stosuje się metody datowania promieniotwórczego, szczególnie tzw. metodę izotopu 14C – tzw. metoda radiowęglową. We wszystkich organizmach żywych obecny jest, w określonej, stałej ilości, promieniotwórczy izotop węgla 14C. W momencie śmierci organizmu dopływ tego izotopu zostaje zatrzymany. Zaczyna on więc ulegać powolnemu rozpadowi. Mierząc zawartość tego izotopu w próbce materii organicznej, można określić, kiedy nastąpił koniec życia danego organizmu. Szacuje się, że dokładność tego typu datowania wynosi około 50 - 100 lat.
  
  Bardzo dużo izotopów promieniotwórczych znalazło zastosowanie w przemyśle i w technice. Stosuje się je między innymi w urządzeniach służących do pomiaru grubości warstwy papieru, folii aluminiowej, blachy. Radioizotopy wykorzystuje się również w defektoskopach służących do wykrywania wad materiałowych, głównie w wyrobach metalowych.
  
  Oczywiście chyba najbardziej znaną dziedziną wykorzystującą izotopy promieniotwórcze jest energetyka jądrowa. Zajmuje się ona uzyskiwaniem na szeroką skalę energii z procesów rozszczepienia ciężkich jąder atomowych. Głównym izotopem stosowanym do tych celów jest 235U. Pierwsze elektrownie pojawiły się już w latach pięćdziesiątych XX stulecia, a obecnie obserwuje się znaczny wzrost znaczenia tego rodzaju otrzymywania energii. Spowodowane jest to przede wszystkim tym, iż wykorzystywane w tym celu surowce (ropa naftowa, węgiel) mogą za jakiś czas ulec wyczerpaniu. Poza tym elektrownie jądrowe nie emitują do atmosfery szkodliwych substancji. Również wydajność elektrowni jądrowych jest zdecydowanie bardziej korzystna (1gram uranu pozwala na uzyskanie energii odpowiadającej zużyciu 2,7tony węgla kamiennego. Elektrownia jądrowa zwykle jest połączeniem reaktora jądrowego z klasyczną elektrownią cieplną. Jej moc zależy przede wszystkim od rodzaju reaktora, ale także wykorzystywanej metody chłodzenia. Uzyskiwana energia cieplna jest następnie zamieniana na energię elektryczną. Największe sprzeciw i kontrowersje przy budowie nowych elektrowni jądrowych wiąże się z problemem odpadów promieniotwórczych, a w szczególności ich transportem i późniejszym przechowywaniem. Obawy związane z energetyką jądrową szczególnie widoczne są w krajach Europy Środkowej (szczególnie w Polsce), co wiąże się zapewne z awarią reaktora atomowego Czarnobylu w roku 1986, której skutki są niekiedy widoczne do dnia dzisiejszego. Należy jednak pamiętać, że przy zachowaniu należytych środków ostrożności, elektrownie jądrowe nie stanową żadnego zagrożenia dla środowiska i dla człowieka.
  
  Izotopy promieniotwórcze znalazły również zastosowanie przy produkcji broni masowego rażenia, zastosowanej po raz pierwszy jeszcze podczas II Wojny Światowej w ataku na Hiroszimę i Nagasaki. Broń atomowa wykorzystuje energię wytwarzaną podczas reakcji rozszczepiania jąder atomowych (głównie uranu i plutonu). Oprócz wyzwolenia ogromnych ilości energii powstaje tzw. fala uderzeniowa o ogromnej sile rażenia. Emitowane jest także promieniowanie, które powoduje skażenie promieniotwórcze ogromnych obszarów. Oprócz bomb atomowych stosuje się również tzw. bomby wodorowe, nazywane czasem bombami termojądrowymi. Działanie bomby wodorowej oparte jest na wykorzystaniu reakcji łączenia się lekkich jąder atomowych (np. wodoru) w jądra cięższe. Procesowi temu towarzyszy zwykle wydzielanie ogromnych ilości energii, dużo większych niż w przypadku „zwykłej” bomby atomowej. Popularnym w ostatnich czasach stało się sformułowanie „brudna bomba”. Określa ono rodzaj broni radiologicznej, której działanie uzyskuje się poprzez rozrzucenie poprzez zwykłą eksplozję na konkretnym terenie materiału radioaktywnego, który powoduje skażenie terenu.
  
  Przedstawione przykłady jasno dowodzą, iż izotopy promieniotwórcze znalazły bardzo szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach życia. Wykorzystywane są głownie do celów pożytecznych jak na przykład leczenie groźnych chorób (nowotworów), badanie jakości otrzymywanych wyrobów, a nawet produkcja urządzeń wykorzystywanych na co dzień. Ogromne znaczenie zyskuje w ostatnich latach energetyka jądrowa. Należy jednak pamiętać o niebezpieczeństwach związanych z wykorzystywaniem radioizotopów. Przykładem ich niszczycielskiego działania jest broń masowego rażenia, a także skażenia promieniotwórcze środowiska. Te ostatnie jednak mogą i powinny być kontrolowane i stopniowo eliminowane przez człowieka. W wielu laboratoriach na całym świecie ciągle trwają prace nad kolejnymi praktycznymi zastosowaniami radioizotopów w najrozmaitszych dziedzinach.
  
  promieniowanie naturalne
  
  Promieniotwórczość to samoistna przemiana jąder atomowych w inne. Wraz z odkryciem zjawiska promieniotwórczości możliwe stało się przemienienie jednego pierwiastka w inny. Wielu badaczy, pod wpływem tego odkrycia, zajęło się badaniami mającymi na celu bombardowanie cząstkami jądrowymi wszystkich znanych pierwiastków.
  
  Gdy promieniotwórczości ulegają pierwiastki, które występują swobodnie w przyrodzie, to taki proces nazywamy promieniotwórczością naturalną. Promieniowanie naturalne istnieje już od bardzo dawna na Ziemi i może występować bez wpływu człowieka. Promieniotwórczość naturalna, to tło, w którym możliwe jest życie, wywołuje jednak zmiany genetyczne. Tkanki żywe są w jednak w stanie eliminować te szkodliwe zmiany dzięki procesom naprawczym powstałym na skutek ewolucji.
  
  
  

  Dodawanie komentarzy zablokowane - Zgłoś nadużycie