Zastosowanie Izotopów
Spis Treści
1.Okładka
2.Spis Treści
3.Izotop-co to?
4.Napromieniowanie Żywności
5.Izotopy w Medycynie
6-7.Broń Jądrowa
8-9.Nauka i Technika
Co to jest Izotop???
Wszystkie atomy tego samego pierwiastka mają taką samą liczbę protonów i elektronów, mogą jednak różnić się między sobą liczbą neutronów. Najlżejszy najprostszy pierwiastek- wodór istnieje w trzech różnych odmianach, z O, 1 lub 2 neutronami w jądrach. Normalny wodór ma w jądrze jeden proton i ani jednego neutronu. Inny rodzaj wodoru, deuter, ma w jądrze proton i neutron, a jądro trylu zawiera prócz charakterystycznego dla wodoru pojedynczego protonu aż dwa neutrony. Powyższe trzy odmiany wodoru nazywamy izotopami pierwiastka wodoru. Ogólnie określa się atomy pierwiastka o identycznej liczbie protonów, ale różnej liczbie neutronów, jako izotopy danego pierwiastka. Dla przykładu uran występuje w przyrodzie w odmianach, które zawierają 234, 235 lub 238 nukleonów. Wiemy już, że wszystkie jądra uranu mają 92 protony. Stąd trzy izotopy uranu mają odpowiednio 142 (234-92), 143 i 146 neutronów w swoich jądrach atomowych. Oznaczamy je jako U-234, U-235 i U-238. Sumaryczna ilość nukleonów danego izotopu nazywana jest często liczbą masową, zaś liczba protonów - liczbą porządkową. U-235 ma więc liczbę masową 235 oraz liczbę porządkową 92, izotop wodoru deuter ma liczbę masową 2 i liczbę porządkową 1.
Napromieniowanie Żywności
Szczególnie popularną technologią stało się napromieniowanie żywności. Stosuje się ją by móc dłużej przechowywać żywność. Na podstawie badań okazało się, że żywność utrwalana radiacyjnie nie jest toksyczna ani też radioaktywna, jednak podobnie jak i inne procesy utrwalające radiacja powoduje pewne zmiany chemiczne w żywności. Ich rodzaj i zasięg zależą od chemicznego składu produktu, dawki promieniowania, temperatury oraz dostępu światła i tlenu podczas napromieniania. Pod wpływem promieniowania jonizującego tworzą się między innymi wolne rodniki i zmniejsza się o 20-60% zawartość witamin A, B1,C i E. Trzeba jednak pamiętać, że podobne zmiany zachodzą w żywności pod wpływem termicznej obróbki lub długotrwałego jej przechowywania.
Izotopy w Medycynie
Bardzo ważne miejsce w dzisiejszym świecie zajmuje zastosowanie promieniowania jonizującego w medycynie np. prześwietlenia rentgenowskie . Zasada działania jest bardzo prosta i polega na tym, że wiązka promieni X przenikając przez badany narząd ulega osłabieniu, ponieważ część promieni zostaje pochłonięta przez tkankę. Narządy zbudowane z tkanek o różnej gęstości, w różnym stopniu pochłaniają wiązkę promieniowania. Niejednorodnie osłabiona wiązka promieni X trafia na kliszę fotograficzną i powoduje jej zaciemnienie proporcjonalnie do stopnia osłabienia. W ten sposób na kliszy fotograficznej uzyskujemy obraz badanego narządu. Jednym z ważniejszych osiągnięć techniki rentgenowskiej jest tomografia komputerowa. Sterowany komputerem proces wykonywania kolejnych zdjęć badanego narządu w różnych płaszczyznach i pod różnym kątem pozwala uzyskiwać warstwowy obraz, przedstawiający bardzo dokładne nawet niewielkie zmiany chorobowe. Innym ważnym zastosowaniem promieniowania w medycynie jest radioterapia. Stosuje się ją w przypadku nowotworów szczególnie czerniaka (nowotwór skóry).
BROŃ JĄDROWA
Broń masowego rażenia, w której wykorzystuje się reakcję rozszczepienia jąder lub reakcję jądrową do wyzwalania w krótkim czasie wielkich ilości energii (wybuch jądrowy). Wyróżnia się następujące rodzaje broni jądrowej:
1. Bomba jądrowa (atomowa) -składa się z urządzenia detonującego, konwencjonalnego materiału wybuchowego (trotyl) i materiału rozszczepialnego (uran 235U lub pluton 239Pu), podzielonego na dwie lub więcej części, każda o masie mniejszej niż masa krytyczna. Wybuch bomby jądrowej następuje po odpaleniu ładunku prochowego i szybkim skupieniu wszystkich części materiału rozszczepialnego, co inicjuje niekontrolowaną reakcję rozszczepienia, trwającą aż do rozproszenia materiału rozszczepialnego. Moc bomby jądrowej może osiągnąć kilkaset kiloton TNT
2. Bomba termojądrowa (wodorowa) -składa się z substancji czynnej (prawdopodobnie mieszaniny deuteru i trytu lub deuterku litu 6LiD), połączonej z bombą jądrową i pełniącą funkcje zapalnika. Wybuch bomby jądrowej wytwarza temperaturę rzędu 107 K, niezbędna do zapoczątkowania niekontrolowanej reakcji termojądrowej. Moc bomby termojądrowej może dochodzić do 100 mln ton TNT.
3. Bomba kobaltowa -bomba jądrowa lub termojądrowa umieszczona w płaszczu z metalicznego kobaltu. W czasie wybuchu tej bomby powstaje w dużych ilościach izotop 60Co emitujący promieniowanie g, co powoduje znaczne skażenia promieniotwórcze terenu. Jak dotychczas, taka bomba nie była wypróbowana.
4. Bomba neutronowa -bomba termojądrowa, której główną część energii wybuchu unosi strumień neutronów szybkich. Niszczy przede wszystkim organizmy żywe.
Zastosowanie izotopów promieniotwórczych jako źródła promieniowania
Szeroką dziedzinę zastosowania izotopów promieniotwórczych stanowi radiografia. Metoda analizy radiograficznej polega na badaniu wewnętrznej struktury materiałów i wyrobów za pomocą promieniowania jonizującego (rentgenowskiego, gamma). W odlewach bardzo często tworzą się niepożądane pęcherze, luki i pęknięcia, pochłaniające promieniowanie jonizujące w inny sposób niż materiał, z którego został wykonany badany obiekt. W rezultacie na radiogramie, czyli na kliszy fotograficznej umieszczonej po przeciwległej stronie, w stosunku do ródła promieniowania badanego obiektu lub na ekranie fluoryzującym, są widoczne szczegóły badanego przedmiotu. W hutach i w fabrykach często stosuje się prześwietlanie konstrukcji aparatami rentgenowskimi (defektoskopia rentgenowska). Bardziej opłacalna jest metoda defektoskopii izotopowej, polegająca na wykorzystaniu Co, Cs, Ir, Tm lub mieszaniny Eu i Eu jako ródeł promieniowania gamma (defektoskopia gamma).
Izotopem promieniotwórczym jest zwykle kobalt 60 lub cez 137 znajdujący się w grubej osłonie biologicznej, najczęściej w kształcie kuli („bomby") z okienkiem przepuszczającym promienie gamma. Aparat nosi nazwę bomby kobaltowej lub cezowej. Termin „bomba kobaltowa” jest również stosowany do bomby jądrowej.
Defektoskopia izotopowa jest stosowana przede wszystkim w metalurgii, przemyśle maszynowym, stoczniowym, lotniczym i chemicznym. Bomby kobaltowe i cezowe są stosowane w medycynie do celów diagnostycznych (wykrywanie uszkodzeń kości) i w leczeniu nowotworów.
ZASTOSOWANIE IZOTOPÓW W NAUCE I TECHNICE
Obecnie jest już znanych ok. 1000 nietrwałych, promieniotwórczych izotopów pierwiastków chemicznych (radioizotopów) oraz ok. 300 trwałych. Wyodrębnienie, rozdzielenie i badanie chemiczne pierwiastków promieniotwórczych obejmuje dziedzina nauk chemicznych zwaną radiochemią. Ze względu na łatwość wykrywania izotopów promieniotwórczych, nawet z większej odległości, są one szeroko stosowane do badań analitycznych oraz do badania procesów fizycznych i chemicznych, jak dyfuzja w cieczach i ciałach stałych, rozpuszczalność, strącanie osadów, określanie poziomu cieczy w zbiornikach itp.
Radioizotopy oddają cenne usługi w defektoskopach służących do wykrywania wad w wyrobach metalowych. Promieniowanie y radioizotopu 60Co prześwietla stal o grubości 15 cm dając na kliszy obraz pęknięć i innych uszkodzeń wewnętrznych. W porównaniu do niewielkiego zasobnika z preparatem promieniotwórczym lampy rentgenowskie wymagałyby kosztownej i niewygodnej w użyciu dodatkowej aparatury.
Metody radiometryczne umożliwiają śledzenie wędrówki izotopów w organizmach, dzięki czemu można dziś znacznie dokładniej niż za pomocą klasycznych metod chemicznych poznać i zrozumieć metabolizm, czyli procesy przyswajania i przemiany materii w organizmie. W ten sposób stwierdzono np. gromadzenie się fluoru w zębach, prześledzono za pomocą izotopu fosforu 32P (T1/2= 14,5 dnia) procesy trawienne, dzięki izotopom jodu 131I (T1/2= 8 dni) gromadzącym się w tarczycy opanowano diagnostykę choroby Basedowa.
Ważną dziedziną, w której znalazły zastosowanie izotopy, jest badanie mechanizmu reakcji chemicznych za pomocą wskaników izotopowych, czyli atomów znaczonych. Używając np. do reakcji estryfikacji alkoholu znaczonego izotopem tlenu 18O (nie promieniotwórczy, ale różni się masą od zwykłego tlenu) można ustalić, który z dwóch możliwych mechanizmów:
* *
I. RCOOH + HOCH3= RCOOCH3 – H2O
* *
II. RCOOH + HOCH3= RCOOCH3 + H2O
ma miejsce w rzeczywistości (tlen znaczony zaznaczono gwiazdką). Okazało się, że w ogromnej większości tego typu reakcji znaczony tlen pozostaje w cząsteczce estru, a zatem słuszny jest mechanizm I.
*w załączniku gotowa praca z oprawa graficzną