ЛЕКЦИЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ 1 Радиоактивность Ее виды 2 Закон

ЛЕКЦИЯ: РАДИОАКТИВНОСТЬ 1. Радиоактивность. Ее виды 2. Закон радиоактивного распада 3. Активность радиоактивного распада 4. Единицы активности радиоактивного распада 5. Радиочувствительность и резистентность 6. Правило Бергонье-Трибондо

РАДИОАКТИВНОСТЬ • Радиоактивность -самопроизвольный распад неустойчивых ядер с испусканием других ядер или элементарных частиц. Характерным признаком, отличающим ее от других видов ядерных превращений, является самопроизвольность (спонтанность) этого процесса. Различают радиоактивность естественную и искусственную.

ВИДЫ РАДИОАКТИВНОСТИ • Естественная радиоактивность встречается у неустойчивых ядер, существующих в природных условиях. • Основным источником природного фона является газ радон 222 Rn и продукты его распада. Из почвы он поступает в приземный слой атмосферы и воды подземных источников, непрерывно облучая -частицами (5, 4 Мэ. В) и излучением (0, 51 Мэ. В).

Пять основных источников природной радиоактивности № Доля Источник природного рад-го фона 1 49, 5% Газ радон 222 Rn и продукты его распада 2 15% Радиоизотоп 40 K 3 15, 3% Космическое излучение 4 12, 2% Радиевый ряд урана 5 8% Ториевый ряд урана

ИСКУССТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ • Искусственной называют радиоактивность ядер, образованных в результате различных ядерных реакций. Принципиального различия между естественной и искусственной радиоактивностями нет. Им присущи общие закономерности. • Рассмотрим основные типы радиоактивного распада.

-РАСПАД • Альфа-распад состоит в самопроизвольном превращении одного ядра в другое ядро с испусканием -частицы (ядра атома гелия). Схему альфа-распада с учетом правила смещения (закона сохранения зарядового и массового чисел) записывают в виде:

--РАСПАД • Электронный β--распад заключается в превращении одного ядерного нейтрона в протон и электрон. При этом появляется еще одна частица ν' - антинейтрино:

Позитронный, или +-распад • Позитронный β+-распад заключается в превращении одного ядерного протона в нейтрон и позитрон. При этом появляется еще одна частица ν - нейтрино:

Электронный, или е-захват. • Ядро захватывает один из электронов внутренних орбит атома. Эта реакция имеет вид:

Закон радиоактивного распада • Радиоактивный распад - это статистическое явление. Невозможно предсказать, когда распадется данное нестабильное ядро, можно лишь сделать некоторые вероятностные суждения об этом событии. Пусть за достаточно малый интервал времени dt распадается d. N ядер. Это число пропорционально интервалу времени dt, а также общему числу N радиоактивных ядер: d. N= - ∙N∙dt

Основной закон радиоактивного распада • где - постоянная распада, пропорциональная вероятности распада радиоактивного ядра и различная для разных радиоактивных веществ. Знак «-» поставлен в связи с тем, что d. N < 0, так как число нераспавшихся радиоактивных ядер убывает со временем. • Разделим переменные и проинтегрируем с учетом того, что нижние пределы интегрирования соответствуют начальным условиям (t = 0, N = N 0; No - начальное число радиоактивных ядер), а верхние - текущим значениям t и N:

Основной закон радиоактивного распада - ∙t • N=N 0∙e • Это основной закон радиоактивного распада: число радиоактивных ядер, которые еще не распались, убывает со временем по экспоненциальному закону. На практике вместо постоянной распада чаще используют другую характеристику радиоактивного изотопа - период полураспада Т. Это время, в течение которого распадается половина радиоактивного элемента.

Основной закон радиоактивного распада • Выразим закон через период полураспада: • N 0/2=N 0 ∙Т • 2= e • ln 2= ∙Т, = ln 2/T. ln 2=0, 693. -0, 693∙t/T • N=N 0∙e - ∙Т ∙e

Убывание количества ядер исходного вещества при радиоактивном распаде

Активность распада • Активностью (А) распада называют количество распадов за единицу времени:

Единицы активности распада • Единица активности — беккерель (Бк), что соответствует активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за 1 с происходит один акт распада. • Наиболее употребительной единицей активности является кюри (Ки); 1 Ки = 3, 7 • 1010 Бк = 3, 7 • 1010 с-1. Кроме того, существует еще одна внесистемная единица активности — резерфорд (Рд); 1 Рд = 106 Бк - 106 с-1.

Радиочувствительность и радиорезистентность • Эти понятия, характеризуют степень чувствительности животных и растительных организмов, а также их клеток и тканей к воздействию ионизирующих излучений. Чем больше возникает изменений в ткани под влиянием радиации, тем ткань более радиочувствительна, и, наоборот, способность организмов или отдельных тканей не давать патологических изменений при действии ионизирующих излучений характеризует степень их радиорезистентности, т. е. устойчивости к радиации.

Правило Бергонье-Трибондо • Радиочувствительность тканей тем выше, чем больше их пролиферативная активность и меньше степень дифференциации. • Повреждающее действие ионизирующих излучений на биообъекты носит дозозависимый характер. Построение графиков типа «доза-эффект» позволило сравнивать радиочувствительность биообъектов, сопоставляя дозы излучения, вызывающие в них равные по величине эффекты.

ПРИНЦИПЫ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ РАДИОБИОЛОГИИ • Основными принципами количественной радиобиологии являются: • Принцип попадания; • Мишени и • усилителя

Управление радиобиологическим эффектом • Существуют факторы, способные изменять (ослаблять или усиливать) радиочувствительность клеток, тканей и организма в целом. Они называются радиомодифицирующими агентами. Радиомодификация - искусственное ослабление или усиление реакций биологических объектов на действие ионизирующих излучений.

Использование радионуклидов в медицине • Радионуклидами называют радиоактивные изотопы химических элементов с малым периодом полураспада. В природе такие изотопы отсутствуют, поэтому их получают искусственно. В современной медицине радионуклиды широко используются в диагностических и терапевтических целях.

Диагностическое применение • Основано на избирательном накоплении некоторых химических элементов отдельными органами. Йод, например, концентрируется в щитовидной железе, а кальций - в костях. • Введение в организм радиоизотопов этих элементов позволяет обнаруживать области их концентрации по радиоактивному излучению и получать таким образом важную диагностическую информацию. Такой метод диагностики называется методом меченых атомов.

Терапевтическое использование • Основано на разрушающем действии ионизирующего излучения на клетки опухолей. • 1. Гамма-терапия использование γизлучения высокой энергии (источник 60 Со) для разрушения глубоко расположенных опухолей. Чтобы поверхностно расположенные ткани и органы не подвергались губительному действию, воздействие ионизирующего излучения осуществляется в разные сеансы по разным направлениям.

Задачи • Какова активность препарата, если в течение 10 мин распадается • 10 000 ядер этого вещества? • Решение. • A=d. N/dt= 10000/(10 60)=16, 6 б. К. • Ответ: A= 16, 6 б. К.

2. Возраст древних образцов дерева можно приближенно определить по удельной массовой активности изотопа 14 C в них. Сколько лет тому назад было 6 срублено дерево, которое пошло на изготовление предмета, если удельная массовая активность углерода в нем составляет 75 % от удельной массы активности растущего дерева? Период полураспада радона Т = 5570 лет.

Удельная массовая активность • Для характеристики активности единицы массы радиоактивного источника вводят величину, называемую удельной массовой активностью и равную отношению активности изотопа к его массе. Удельная массовая активность выражается в беккерелях на килограмм (Бк/кг).

Решение • По формуле: A= N 0∙e- ∙t -0, 693∙t/T • =A 0∙e • ln. A /A= lne 0, 693∙t/T 0 • ln 1/0, 75=0, 693 ∙t/T, • t=0, 288∙T/0, 693=2300 лет • t=2300 лет

Задача 3. После Чернобыльской аварии в некоторых местах загрязненность почвы радиоактивным цезием-137 была на уровне 45 Ки/км 2. Через сколько лет активность в этих местах снизится до относительно безопасного уровня 5 Ки/км 2. Период полураспада цезия-137 равен Т = 30 лет

Решение • • • t= ln. A 0 /A∙T/0, 693=95 лет • Ответ: t= 95 лет -0, 693∙t/T По формуле: A= A 0∙e 0, 693∙t/T ln. A 0 /A= lne

• Задача 4. Допустимая активность йода 131 в щитовидной железе человека должна быть не более 5 н. Ки. У некоторых людей, находившихся в зоне Чернобыльской катастрофы, активность йода-131 доходила до 800 н. Ки. Через сколько дней активность снижалась до нормы? Период полураспада йода-131 равен 8 суткам.

Решение • По формуле: A= A 0∙e-0, 693∙t/T • ln. A 0 /A= lne 0, 693∙t/T • t= ln. A 0 /A∙T/0, 693=59 сутoк • Ответ: t= 59 сутoк

• СПАСИБО ЗА • ВНИМАНИЕ!