Izotopy Promieniotwórcze

Izotopy Promieniotwórcze
Oprócz 272 stabilnych izotopów wszystkich pierwiastków znanych jest około 2000 ich izotopów promieniotwórczych, o różnych czasach połowicznego zaniku i rodzajach rozpadu promieniotwórczego . Ze względu na pochodzenie izotopy dzielimy je na :
- Pierwotne - posiadające czasy połowicznego zaniku powyżej 0,5 mld lat, które powstały wraz ze stabilną materią tworzącą Ziemię i nie zdążyły się jeszcze całkiem rozpaść.
- Wtórne - pochodzą z sekwencyjnych rozpadów niektórych izotopów.
- Kosmogenne - grupa ponad 10 izotopów promieniotwórczych lekkich pierwiastków, powstających ciągle, głównie w górnych warstwach atmosfery ziemskiej.
Izotopy promieniotwórcze stosowane są w wielu dziedzinach badań technicznych (np. w badaniach przepływów - śledząc z zewnątrz układu przemieszczanie się w nim płynu zawierającego domieszkę izotopu promieniotwórczego, lub w badaniach zużycia materiałów - implantując izotop w elementy konstrukcyjne np. silnika i badając zmiany aktywności tego izotopu w oleju silnikowym w czasie pracy), znajdują zastosowanie w przemyśle (izotopowe czujniki poziomu, wagi izotopowe, izotopowe czujniki przeciwpożarowe), medycynie (radiofarmaceutyki, zasilacze izotopowe), biologii (śledzenie obiegu i roli mikroelementów), geologii (radiometryczne metody geologiczne) oraz w badaniach podstawowych (metoda atomów znaczonych, badania dyfuzji, badania strukturalne itd.)
Zastosowanie izotopów promieniotwórczych :
Pierwiastek Izotop Wykorzystywane promieniowanie czas półrozpadu. Zastosowanie:
- Ameryk 241Am alfa 432,7 lat czujniki dymu (instalacje przeciwpożarowe)
- Cez 137Cs gamma 30 lat radiografia przemysłowa, bomba cezowa, pomiary grubości
- Iryd 192Ir gamma 73,8 lat radiografia przemysłowa
- Jod 131I gamma 8 dni badanie tarczycy (medycyna)
- Pluton 238Pu alfa 87,7 lat stymulatory serca,
- Tal 204Tl beta 3,8 lat sprzęt do pomiaru grubości
Izotopy promieniotwórcze stosuje się również (jako źródła promieniotwórcze) do modyfikacji cech przedmiotów naświetlanych: wywoływania mutacji, sterylizacji, wywoływania zmian w strukturze polimerów, zabijania tkanek nowotworowych.
Emisja promieniowania izotopów promieniotwórczych zachodzi z różną, ale charakterystyczną prędkością. Szybkość rozpadu danego izotopu charakteryzuje okres połowicznego rozpadu, zwany także okresem półtrwania. Jest to czas, w ciągu którego połowa atomów substancji promieniotwórczej ulega rozpadowi. Każda substancja promieniotwórcza ma stały okres półtrwania. Dla różnych pierwiastków promieniotwórczych okresy półtrwania wahają się od ułamków sekund do miliardów lat.
Zjawisko promieniotwórczości, zwane też radioaktywnością jest to samorzutna przemiana jąder pierwiastków chemicznych, której towarzyszy emisja promieniowania.
W 1895 r. Roentgen odkrył zagadkowe, niewidzialne dla oka ludzkiego promienie, które nazwano promieniami ,,X”(później promieniami Roentgena). Promienie te przenikają przez drewno, nieprzezroczysty papier oraz czernią kliszę fotograficzną. Pobudzają też niektóre substancje do fluoryzowania (świecenia).
Badania uczonych zajmujących się promieniotwórczością wykazały, że atomy pewnych pierwiastków wysyłają trzy rodzaje promieniowania.
Każde z nich charakteryzuje się różnym zasięgiem i przenikliwością, a także w inny sposób oddziałuje z polem elektrycznym. Pierwszy rodzaj promieniowania ma bardzo niewielki zasięg, wynoszący w powietrzu zaledwie kilka centymetrów. Również jego przenikliwość jest niewielka, może być zatrzymana nawet przez kartkę papieru. Jeżeli znajdzie się w polu elektrycznym, odchyla się w kierunku bieguna ujemnego. Nazwano je promieniowaniem α. Promieniowanie to jest strumieniem jąder helu, składającym się z dwóch protonów i dwóch neutronów.
Drugi rodzaj promieniowania odchyla się w polu elektrycznym w stronę bieguna dodatniego. Ma dłuższy zasięg (w powietrzu około 2 metrów) i większą przenikliwość od promieni α. Jednak i je można stosunkowo łatwo zatrzymać. Do tego celu wystarczy płytka metalowa. Promieniowanie to nazwano promieniowaniem β. Jest ono strumieniem elektronów.
Trzeci rodzaj promieniowania nie odchyla się w polu elektrycznym. Ponieważ promieniowanie to, nazwane promieniowaniem γ, może zatrzymać jedynie bezpośrednie zderzenie z atomem, wykazuje ono bardzo dużą przenikliwość. Do jego zatrzymania potrzeba płyty ołowianej grubości kilku centymetrów. Natura tego promieniowania jest inna niż poprzednio wymienionych.
Promieniotwórczości α i promieniotwórczość β mają naturę korpuskularną, podczas gdy promieniowanie γ jest promieniowaniem elektromagnetycznym o bardzo małej długości fali, mniejszej niż promieniowanie rentgenowskie.