Reklama

Получение радиоактивных изотопов и их применение

Ядерная физика, кроме своего основного технического применения — в ядерной энергетике, — широко используется в самых различных областях науки и техники.

Широко используется высокая проникающая способность γ-излучения, которая много больше, чем у рентгеновских лучей. Поскольку излучение поглощается тем больше, чем большую толщину вещества оно проходит, то по изменению интенсивности излучения, проходящего сквозь предмет, можно измерять его толщину, а также обнаруживать внутренние дефекты. Для измерения малых толщин используется β-излучение.

Ионизирующее действие излучения используется для нейтрализации статического электричества, например, в текстильной промышленности. Нити при трении (особенно синтетические) сильно электризуются, прилипают к различным частям машины, плохо скручиваются. Нередко это приводило даже к самовозгоранию. Излучение радиоактивных изотопов делает воздух электропроводным и снимает заряды.

Ионизирующее действие излучения используется в медицине для разрушения злокачественных опухолей; γ-излучение убивает микробы и применяется для стерилизации инструментов и одежды, для предохранения овощей, фруктов, мяса от порчи и т. д.

При поглощении радиоактивного излучения выделяется тепло, которое можно использовать для обогрева. Такой изотопный источник тепла был использован для внутреннего обогрева «Лунохода-1» во время лунных ночей.

Большинство применений радиоактивных изотопов основано на явлении искусственной радиоактивности, от крытом в 1934 г. Фредериком и Ирен Жолио-Кюри. Они обнаружили, что алюминий, бор и магний при облучении а-частицами становились радиоактивными. Оказалось, что при облучении алюминия α-частицами происходит ядерная реакция

IMG_ыы20140413_0003_cr

Изотоп фосфора β+-радиоактивен и, выбрасывая позитрон, превращается в устойчивый изотоп кремния:

IMG_210140413_0003_cr

Открытие искусственной радиоактивности замечательно, во-первых, тем, что впервые были искусственно созданы радиоактивные вещества, а во-вторых, оказалось, что радиоактивные изотопы существуют не только у тяжелых элементов, но и у легких элементов, например, у фосфора — радиофосфор, у азота — радиоазот.

Дальнейшие исследования показали, что искусственно можно создать радиоактивные изотопы у всех элементов. Большинство из них испускает либо β--лучи, либо β+-лучи. Радиоактивные изотопы получаются при облучении ядер α-частицами, протонами, дейтронами, γ-квантами большой энергии.

Ферми начал исследования искусственной радиоактивности, возникающей при поглощении ядрами нейтронов. В настоящее время метод облучения нейтронами наиболее широко применяется для получения радиоактивных изотопов. Все ядра, кроме Не (гелия), поглощают нейтроны, и при этом в большинстве случаев образуются β--активные изотопы. В качестве источника нейтронов используется обычно ядерный реактор.

В продуктах деления урана содержится около 180 радиоактивных изотопов. Многие из них извлекаются из радиоактивных отходов реактора и используются.

Искусственные радиоактивные изотопы служат не только разнообразными источниками радиоактивных излучений, их широко используют в качестве меченых атомов.

Поскольку радиоактивные изотопы какого-либо элемента по химическим свойствам ничем не отличаются от его устойчивых изотопов, то, вводя в состав вещества небольшое количество радиоактивных атомов, можно следить за поведением этого вещества в различных процессах. Примешивая к веществу радиоактивные атомы, мы как бы отмечаем те молекулы, в которые попадают эти атомы, дающие о себе знать радиоактивным излучением. Поэтому такой способ исследования получил название метода меченых атомов. Он отличается очень высокой чувствительностью, поскольку с помощью счетчика Гейгера — Мюллера можно регистрировать ничтожные количества радиоактивных атомов. Приведем несколько примеров его применения.

Добавляя к металлу радиоактивный изотоп и измеряя радиоактивность смазочных масел, можно установить, насколько быстро снашивается трущаяся поверхность, и подобрать наиболее подходящие материалы как для детали, так и для смазочных масел. Вместо добавления радиоактивного изотопа при изготовлении детали часто создают в готовой детали наведенную радиоактивность, облучив ее нейтронами.

В химии метод меченых атомов используется для определения растворимости очень мало растворимых веществ.

IMG_20140413_000в3_cr

Меченые атомы помогают установить, как действуют на растения вводимые в почву удобрения, как усваиваются важнейшие элементы. На рис. 39.6 показаны фотографии растений, поглотивших радиоактивный фосфор (фотографии получены под действием радиоактивного излучения радиофосфора).

С помощью меченых атомов изучают фотосинтез в растениях. Было установлено, что кислород в реакциях фотосинтеза выделяется из воды, а не из углекислого газа, как считали раньше. Методом меченых атомов определяют скорость обмена веществ в тканях живого организма; было установлено, что ткани обновляются гораздо быстрее, чем полагали раньше.

С помощью радиоактивной «метки» можно следить за движением крови в организме и обнаружить нарушения кровообращения; меченые атомы позволяют наблюдать за усвоением питательных веществ и лекарств, исследовать деятельность внутренних органов (наблюдая, например, как накапливается меченый йод в щитовидной железе, можно быстро поставить диагноз).

Интересное применение радиоактивные изотопы нашли в археологии. В верхних слоях атмосферы происходит взаимодействие нейтронов вторичных космических лучей с ядрами атмосферного азота:

IMG_20140413_00в03_cr

Образующийся радиоактивный углерод С окисляется, перемешивается с основной массой атмосферного углекислого газа и участвует в круговороте углерода. В тканях растений и животных существует постоянная равновесная концентрация изотопа С.

Эта концентрация начинает падать, когда прекращается обмен веществ. Зная период полураспада радиоуглерода (5730 лет), по содержанию нераспавшегося радиоуглерода в ископаемых находках, например, в черепе древнего человека, молено определить их возраст. С помощью радиоуглерода получено много ценных сведений. Установлено, например, что в Англии и Америке человек появился около 10 400 лет назад, т. е. сразу после ледникового периода.

Из рассмотренных примеров видно, насколько широко используются в науке и технике достижения ядерной физики. Однако самым главным применением ядерной физики является ядерная энергетика. Ускоренное развитие ядерной техники позволит решить одну из важнейших проблем, стоящих перед человечеством, — удовлетворение быстро растущих потребностей в энергии.

Советский Союз вместе со всем прогрессивным человечеством ведет последовательную борьбу за полное запрещение и уничтожение ядерного оружия и успешно сотрудничает с другими странами в области мирного использования ядерной энергии.

Reklama