Izotopy promieniotwórcze, ich zastosowanie i szkodliwe działanie na środowisko - referat.

CO TO JEST IZOTOP???

Izotop - stanowi odmianę jąder atomowych o jednakowej liczbie protonów (a więc liczbie atomowej) a różnej liczbie neutronów, czyli różniących się liczbą masową. Terminem izotopy oznacza się atomy, w skład których wchodzą jądra izotopowe. uwidaczniamy to zapisem charakteryzującym jądro atomowe np. chlor jest mieszaniną dwóch izotopów: 3517Cl i 3717Cl. Masa atomowa pierwiastka jest średnią mas jego izotopów. Niektóre izotopy są trwałe (większość izotopów naturalnych) inne są promieniotwórcze (otrzymywane w reakcjach jądrowych, czyli sztuczne).


IZOTOPY PROMIENIOTWÓRCZE

Nietrwałe izotopy ulegające samorzutnym przemianom jąder. Izotopy dzielimy na: izotopy naturalne i izotopy sztuczne. Większość izotopów naturalnych jest izotopami trwałymi (są to izotopy naturalne lub sztuczne, których jądra nie ulegają samorzutnej przemianie promieniotwórczej), a tylko niektóre ulegają przemianom promieniotwórczym. Na przykład chlor ma 9 izotopów, z których tylko 2 (35Cl i 37Cl) są trwałe, natomiast pozostałe ulegają promieniotwórczemu rozpadowi.
Większość izotopów sztucznych uzyskiwanych w reakcjach jądrowych jest izotopami promieniotwórczymi.

Wśród izotopów promieniotwórczych rozróżniamy:



1. NATURALNE izotopy promieniotwórcze: wodoru (radiowodór 3H lub T, czyli tryt izotop promieniotwórczy wodoru wysyłający słabe promieniowanie , okres połowicznego rozpadu 12,4 lat. Tryt występuje w małych ilościach w przyrodzie, powstaje pod wpływem działania promieniowania kosmicznego na azot. Obecnie pojawia się w atmosferze w zwiększonych ilościach w wyniku wybuchów termojądrowych), węgla (radiowęgiel 14C), potasu (40K), rubidu (87Rb), indu (115In), lantanu (138La), neodymu (150Nd), samaru (152Sm), lutetu (176Lu), renu (187Re), platyny (190Pt), polonu (210Po), astatu (215At, 216At, 218At), radonu (222Rn), fransu (223Fr), radu (226Ra), aktynu (227Ac), toru (232Th), protaktynu (231Pa - okres połowicznego rozpadu tego izotopu wynosi 34 000 lat), uranu (234U, 235U, 238U).


2. SZTUCZNE izotopy promieniotwórcze: wodoru (3H), węgla (14C), sodu (24Na), krzemu (31Si), fosforu (32P), siarki (35S), potasu (42K), wapnia (45Ca), żelaza (59Fe), kobaltu (60Co), miedzi (64Cu), galu (72Ga), arsenu (76As), kryptonu (85Kr), strontu (90Sr - produkt rozszczepienia jąder uranu i plutonu wysyłający promieniowanie z okresem połowicznego rozpadu 28 lat), niobu (94Nb), srebra (110Ag), indu (116In), antymonu (124Sb), jodu (131J), ksenonu (133Xe), cezu (137Cs - sztuczny izotop promieniotwórczy, produkt rozszczepienia jąder uranu i plutonu), irydu (192Ir), platyny (197Pt), złota (198Au), talu (204Tl), polonu (210Po), plutonu (238Pu).




Ze względu na pochodzenie izotopy promieniotwórcze dzieli się na trzy kategorie:

1) pierwotne izotopy promieniotwórcze, posiadające czasy połowicznego zaniku (T1/2) powyżej 0,5 mld lat, które powstały wraz ze stabilną materią tworzącą Ziemię (nukleogeneza) i nie zdążyły się jeszcze całkiem rozpaść - najbardziej istotnymi (tj. najbardziej rozpowszechnionymi i mającymi znaczący udział w dawce od tła naturalnego) izotopami w tej klasie są: 40K (1,28 mld lat), 238U (4,5 mld lat), 232Th (14 mld lat), mniej istotne to 235U (0,71 mld lat), 87Rb (48 mld lat) oraz alfa promieniotwórcze pierwiastki ziem rzadkich, np. 147Sm (105 mld lat), a także kilkanaście in.
2) wtórne izotopy promieniotwórcze, które pochodzą z sekwencyjnych rozpadów niektórych izotopów należących do kategorii pierwszej (szeregi promieniotwórcze) - łącznie jest to grupa ponad trzydziestu izotopów, wśród nich najistotniejsze są izotopy radu: 226Ra i 228Ra, radonu: 222Rn i 220Rn, polonu: 210Po, i ołowiu: 210Pb.
3) kosmogenne pierwiastki promieniotwórcze, czyli grupa ponad dziesięciu izotopów promieniotwórczych lekkich pierwiastków, powstających ciągle, głównie w górnych warstwach atmosfery ziemskiej, w reakcjach jądrowych (tzw. reakcje spalacji) wywołanych przez protony promieniowania kosmicznego - najbardziej istotne wśród nich to: 14C (5,7 tys. lat), 7Be (54 dni), 10Be (1,7 mln lat), 3H (12 lat), mniej istotne to wybrane izotopy siarki, chloru, fosforu, aluminium.


PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ

Promieniotwórczość - zjawisko samoistnej przemiany jednych jąder atomowych w inne. Głównymi procesami odpowiedzialnymi za promieniotwórczość są: rozpad beta, rozpad alfa, wychwyt elektronu, spontaniczne rozszczepienie. Dzieli się na sztuczną i naturalną.

Promieniotwórczość sztuczna to zjawisko promieniotwórczości obserwowane dla izotopów promieniotwórczych innych niż występujące w naturalnym środowisku ziemi, otrzymanych najczęściej w wyniku aktywacji izotopów stabilnych.
Promieniotwórczość naturalna, zjawisko obecności w środowisku naturalnym substancji promieniotwórczych niezależnie od działalności człowieka (w odróżnieniu od skażeń promieniotwórczych). W środowisku można zaobserwować ponad 60 izotopów promieniotwórczych.

D – pierwiastek promieniotwórczy
A – promieniowanie α
B – promieniowanie
C – promieniowanie γ
E - papier
F – aluminium
G - beton
ODPADY PROMIENIOTWÓRCZE


Odpady promieniotwórcze, niewykorzystywane substancje promieniotwórcze. Powstają przy wydobywaniu i oczyszczaniu rud uranowych, wytwarzaniu ładunków jądrowych i paliwa jądrowego oraz jego późniejszej przeróbce, przy wytwarzaniu i oczyszczaniu preparatów zawierających izotopy promieniotwórcze (do różnych zastosowań) itp.
Odpady promieniotwórcze dzieli się na klasy ze względu na stan skupienia i formę chemiczną, aktywność (aktywność źródła promieniotwórczego) i radiotoksyczność zawartych w nich izotopów promieniotwórczych. Podstawowym rozróżnieniem odpadów promieniotwórczych jest podział na nisko- lub wysokoaktywne.
Odpady wysokoaktywne zazwyczaj przechowuje się w miejscu wytworzenia przez okres rzędu lat (potrzebny do rozpadu większości względnie krótkożyciowych izotopów promieniotwórczych zawartych w odpadach promieniotwórczych) w szczelnych opakowaniach zanurzonych w basenach wodnych (woda odbiera ciepło pochodzące z rozpadów promieniotwórczych), po czym poddawane są przetworzeniu, w wyniku którego zazwyczaj dąży się do zmniejszenia objętości odpadów promieniotwórczych zawierającego bardzo długożyciowe izotopy.
Jedną z metod postępowania z niskoaktywnymi odpadami promieniotwórczymi jest zaś zwiększanie ich objętości poprzez rozcieńczenie nieaktywnymi substancjami, przez co powstaje mieszanina o aktywności właściwej porównywalnej z aktywnością elementów naturalnego środowiska, którą można wprowadzić do środowiska.
Zazwyczaj jednak odpady promieniotwórcze, niskoaktywne, umieszczone w szczelnych pojemnikach, składuje się na zamkniętych składowiskach odpadów (w Polsce składowisko takie znajduje się w Różanie). Ostatecznym miejscem przechowywania najbardziej długożyciowych odpadów promieniotwórczych są tzw. składowiska docelowe, lokalizowane na terenach asejsmicznych, na dużych głębokościach w skałach, przez które nie penetruje woda.
Obliczany czas nienaruszonego przechowywania odpadów promieniotwórczych w takich składowiskach sięga milionów lat, składowiska takie są bardzo drogie. Problemy związane z gospodarką odpadami promieniotwórczymi są głównym ograniczeniem rozwoju energetyki jądrowej.
Oprócz 272 stabilnych izotopów wszystkich pierwiastków znanych jest ok. 2000 ich izotopów promieniotwórczych (radioizotopów), o różnych czasach połowicznego zaniku i rodzajach rozpadu promieniotwórczego.



SZKODLIWE DZIAŁANIE NA ŚRODOWISKO


Badaniem ochrony srodowiska w Warszawie zajmuje się np.
CLOR, Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej, instytut badawczy zatrudniający ok. 200 osób, mający siedzibę w Warszawie (Żerań), instytucja powołana w 1957, podległa Państwowej Agencji Atomistyki, prowadząca kontrolę skażeń promieniotwórczych środowiska oraz skażeń wewnętrznych, napromienienia pracowników, aparatury dozymetrycznej itp.
Opad promieniotórczy globalny, skażenie promieniotwórcze obserwowane na całej powierzchni Ziemi, powstałe w wyniku prowadzenia w latach 1945-1962, w otwartej atmosferze, testów broni jądrowej (oraz kilku późniejszych katastrof satelitów posiadających na pokładzie substancje radioaktywne). Ocenia się, że dawka skuteczna otrzymana w ciągu całego życia przez przeciętnego człowieka na Ziemi od pierwiastków promieniotwórczych z globalnego opadu promieniotwórczego wynosi 4,5 mSv (siwert), ok. połowa tej wielkości wynika ze wzrostu stężenia 14C, przy czym nieznacznie większą dawkę skuteczną otrzymuje mieszkaniec półkuli północnej niż południowej (dla porównania w czasie całego życia od tła naturalnego otrzymuje się ponad 120 mSv).
Skażenie promieniotwórcze środowiska,
1) pojawienie się w środowisku naturalnym sztucznych pierwiastków promieniotwórczych (promieniotwórczość sztuczna).
Głównymi źródłami skażenia promieniotwórczego środowiska są: opad promieniotwórczy globalny, powstały w wyniku testów z bronią jądrową (głównie w latach 1958-1963), katastrofy jądrowe (Czarnobyl, katastrofy w rejonie Czelabińska na Uralu w 1957 i 1967), przeróbka paliwa jądrowego (w tym radziecki program produkcji broni jądrowej uchodzący obecnie za największą katastrofę jądrową w dziejach), rutynowe i awaryjne wycieki radioaktywne w trakcie eksploatacji urządzeń jądrowych, wycieki ze składowisk odpadów promieniotwórczych, wypadki rozszczelnień źródeł promieniotwórczych wykorzystywanych w geologii, medycynie, przemyśle, itp.
Głównymi sztucznymi długożyciowymi izotopami promieniotwórczymi, znajdującymi się obecnie w środowisku naturalnym na całej kuli ziemskiej, są m.in. (w nawiasach rodzaje emitowanego promieniowania i orientacyjny czas połowicznego zaniku): 137Cs (gamma, beta 30 lat), 90Sr (beta, 28 lat), 239Pu (alfa, 24 tys. lat), 240Pu (alfa, 8 tys. lat).
2) wzrost koncentracji naturalnych pierwiastków promieniotwórczych w środowisku, wywołany działalnością człowieka. Ten rodzaj skażeń związany jest głównie z eksploatacją kopalin i to nie tylko uranu - również kopalnictwo węgla prowadzi do lokalnych, niekiedy znacznych skażeń radioaktywnych związanych z gromadzeniem się radu w osadach z wód kopalnianych. Do tej klasy zaliczyć należy ok. trzykrotny wzrost stężenia izotopu węgla 14C w całej biosferze, będący wynikiem testów z bronią jądrową.

ZASTOSOWANIE IZOTOPÓW PROMIENIOTWÓRCZYCH

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.).
Izotopy promieniotwórcze stosuje się również (jako źródła promieniotwórcze) do modyfikacji cech przedmiotów naświetlanych: wywoływania mutacji, sterylizacji, wywoływania zmian w strukturze polimerów, zabijania tkanek nowotworowych.
Mała przenikliwość promieniowania alfa lub beta powoduje, że na ogół nawet w pobliżu zasilacza nie otrzymuje się znaczących dawek. Zasilacze izotopowe stosuje się wszędzie tam, gdzie konieczna jest najwyższa niezawodność zasilania, przy jednoczesnych małych wymaganiach co do mocy, np. w stymulatorach (rozrusznikach) serca, w automatach działających w reżimie długotrwałej autonomiczności, np. sondy kosmiczne (rodzina amerykańskich zasilaczy SNAP), automatyczne stacje meteorologiczne znajdujące się w trudno dostępnym terenie (np. stacje arktyczne) itp.systemu przeciwpożarowego sygnał wykrycia dymu w danym pomieszczeniu.
ZASTOSOWANIE POSZCZEGÓLNYCH IZOTOPÓW

WODÓR stosuje się jako surowiec w wielu syntezach przemysłowych, np. do otrzymywania amoniaku, chlorowodoru, utwardzania olejów roślinnych, w syntezie benzyny i in. Jako najlżejszy ze wszystkich gazów jest używany do napełniania balonów. W palnikach tlenowo-wodorowych umożliwia uzyskanie temperatury do 2500C. Przechowuje się go i przewozi w stalowych butlach pod zwiększonym ciśnieniem. Wodór stanowi źródło energii elektrycznej w ogniwach paliwowych zaopatrujących w energię statki kosmiczne,
POLON stosuje się w chemii radiacyjnej jako źródło cząstek , zmieszany z berylem jako źródło neutronów.
RAD wykorzystuje się go do celów leczniczych (w formie chlorku lub bromku) i do celów naukowych.
TOR metaliczny tor stosuje się do powlekania drucików wolframowych w lampach elektronowych i jako adsorbent gazów w aparatach wysoko próżniowych. Szersze zastosowanie ma dwutlenek toru, który służy jako katalizator w procesie otrzymywania syntetycznej benzyny i do wyrobu siatek Auera - wykonanych w 99% z dwutlenku toru i w 1% z dwutlenku ceru, rozżarzających się w płomieniu gazowym i dających intensywne, białe światło.
URAN metaliczny uran o dużej czystości znajduje zastosowanie w reaktorach jądrowych do otrzymywania energii jądrowej.
SÓD wolny ma szerokie zastosowanie. W stopie z potasem stosowany jest jako chłodziwo w reaktorach jądrowych, zaworach silników lotniczych, a także w wielu innych urządzeniach i procesach. Niewielki dodatek sodu do stali podwyższa ich wytrzymałość. Związki sodu w organizmach żywych występują w cieczach poza komórkowych - na przykład ciśnienie osmotyczne plazmy krwi jest podtrzymywane dzięki obecności NaCl.
KRZEM stosuje się jako dodatek do stopów żelaza i glinu, polepszający ich własności mechaniczne i odporność na korozję. Żelazokrzem jest stosowany w hutnictwie jako odtleniacz - substancja dodawana do roztopionych metali w celu usunięcia rozpuszczonego w nich tlenu. Krzem o najwyższej czystości używany jest w elektronice półprzewodnikowej. Z krzemu sporządza się soczewki dla promieni podczerwonych. Krzemionka i krzemiany są stosowane do wyrobu szkła, porcelany, fajansu.
FOSFOR izotop 32P jest stosowany w nauce i technice jako wskaźnik promieniotwórczy i źródło promieni beta, w medycynie do diagnostyki nowotworów i znakowania czerwonych ciałek krwi.
POTAS sole potasu wytwarzane w przemyśle są zużywane w charakterze sztucznych nawozów.
KOBALT stosowany w medycynie do leczenia nowotworów, do sterylizacji żywności, narzędzi chirurgicznych i lekarstw (bomba kobaltowa).
ARSEN związki z arsenem stosowane są do konserwacji skór i preparatów zwierzęcych, do impregnacji drewna, w przemyśle szklarskim do odbarwiania szkła, dodawane do trucizn na gryzonie i owady.

IZOTPY PROMIENIOTWÓRCZE SĄ TAK SAMO POTRZEBNE JAK I SZKODLIWE DLA ŚRODOWISKA I DLA NAS SAMYCH!!!