Download
1 / 76
770 likes | 1.01k Views
Dane INFORMACYJNE. Nazwa szkoły: Zespół Szkół Nr5 ID grupy: 97/41_mf_g1 Kompetencja: matematyczno - fizyczna Temat projektowy: TP 018 RADIOAKTYWNOŚĆ Semestr/rok szkolny: V / 2011/2012. TP 018 radioaktywność. Budowa atomu.
E N D
Dane INFORMACYJNE • Nazwa szkoły: • Zespół Szkół Nr5 • ID grupy: • 97/41_mf_g1 • Kompetencja: • matematyczno - fizyczna • Temat projektowy: • TP 018 RADIOAKTYWNOŚĆ • Semestr/rok szkolny: • V / 2011/2012
Budowa atomu Atom zbudowany jest z jądra w które składa się z nukleonów (protonów i neutronów) oraz orbit po których poruszają się elektrony
Emisja promieniowania Atom wypromieniowuje energię w wyniku przeskoku elektronu z orbity o wyższym poziomie energetycznym na orbitę o niższym poziomie energetycznym, oddając jej nadmiar emitując foton o energii
Odkrycie promieniotwórczości Przypadkowo włożył do swojego fartucha gdzie znajdowała się klisza filmowa włożył sól uranową. Po kilku dniach gdy przypomniał sobie o zawartości fartucha okazało się że film prześwietlił się w miejscu zetknięcia z sola uranową. Zjawisko to dowodziło o istnieniu nowej formy energii.
Henri BECQUEREL 1852 - 1908 Francuski fizyk i chemik, członek francuskiej Akademii Nauk. Odkrył zjawisko promieniotwórczości. W 1903 roku razem z Marią i Pierem Curie otrzymał Nagrodę Nobla.
Maria Curie - SKŁODOWSKA 1867-1934 • Zajmowała się fizyką i chemią. • Odkryła dwa pierwiastki promieniotwórcze • 1898 Polon Po • 1898 Rad Ra • Laureatka nagrody Nobla • 1903 z Pierem Curie i Henri Becquerelem • 1911 z chemii • Była prekursorem leczenia raka za pomocą promieniotwórczości. „Nauka leży u podstaw każdego postępu, który ułatwia życie ludzkie i zmniejsza jego cierpienia"
Promieniotwórczość naturalna Źródła naturalne stanowi około 70% promieniowania na Ziemi. Pierwiastki promieniotwórcze wchodzące w skład gleby (potas, tor oraz uran) dają dawkę, która zależy w dużym stopniu od typu gleby. Pierwiastkiem promieniotwórczym, który wdychamy oraz wchłaniamy z przyjmowanym pożywieniem może być radon o liczbie masowej 222. Jest on gazem powstałym w wyniku reakcji rozpadu uranu. Pierwiastkiem takim może być także potas, który gromadzi się w naszym organizmie. Uranjest metalem ciężkim występującym powszechnie w przyrodzie, nie tylko w skałach ale też w wodzie, roślinach, zwierzętach a nawet w człowieku. Dla celów wydobywczych największe znaczenie mają bloki skalne z dużą zawartością minerałów uranowych Pluton(w postaci kuli metalicznej) transuranowiec, radioaktywny metal, po raz pierwszy wytworzony i zbadany przez zespół kierowany przez amerykańskiego chemika Glenna T. Seaborga w 1941 roku. Najważniejszym jego izotopem jest 239Pu, stosowany do produkcji broni i w energetyce jądrowej. Tor(próbka) jest ważnym dodatkiem stopowym, zwiększającym wysokotemperaturową wytrzymałość metali, np. magnezu. Stosuje się go również w czujnikach fotoelektrycznych, jako dodatek stopowy (w ilości 2%).
Złoża Uranu Największe zasoby uranu posiadają: Kanada, Australia, Niger, Rosja, USA, Namibia i PA. Jego wydobycie na świecie w 2001 r. wyniosło 33 tys. ton, z czego najwięcej przypadło na: Kanadę, Australię, Niger, USA, Rosję, Namibię i RPA. Uran jest coraz powszechniej wykorzystywany, do produkcji energii jądrowej i w medycynie. Ma także duże zastosowanie militarne. Wykorzystywanie uranu niesie jednak wiele problemów, m. in. istnieje niebezpieczeństwo skażenia promieniotwórczego podczas jego eksploatacji oraz problem w zagospodarowaniu odpadów
Licznik Geigera - Müllera Urządzenie opracowane przez Hansa Geigera wraz z Walterem Müllerem w 1928 roku, służące do detekcji promieniowania jądrowego. Ponieważ jonizacja gazów wewnątrz licznika zachodzi nie tylko w wyniku promieniowania alfa, ale także innych rodzajów promieniowania jonizującego (beta i gamma), toteż licznik Geigera zlicza w istocie niemal całkowity poziom czynników jonizujących w otoczeniu.
Sztuczne przemiany Źródła sztuczne stanowią 30 procent promieniowania występującego na Ziemi. Źródło napromieniowania pochodzące z branży medycznej jest nieregularnie rozłożone w populacji, radioterapia i prześwietlenia rentgenowskie. W skład źródła przemysłowego wchodzi energia jądrowa.
Wskaźniki izotopowe Są to atomy określonego izotopu danego pierwiastka , które wprowadzone do cząsteczek jakiegoś związku chemicznego na miejsce występujących w naturalnym stosunku izotopowym atomów tego samego pierwiastka, zmieniają ten stosunek lub powodują wystąpienie nieobecnej poprzednio promieniotwórczości (wskaźniki promieniotwórcze), co pozwala na śledzenie tych atomów za pomocą analizy izotopowej, metod radiometrycznych lub NMR i wnioskowanie o zachowaniu się wspomnianego związku np. w przemianach chemicznych, procesach biologicznych i przemysłowych. D2 deuter T 3 tryt C14 węgiel O18 tlen N15 azot
Wskaźniki izotopowe Deuter D2, stabilny izotop wodoru występujący naturalnie. W wodzie morskiej TrytT3(radiowodór) jest nietrwałym izotopem wodoru, w niewielkich ilościach występuje w atmosferze jednak głównym jego źródłem są reakcje jądrowe WęgielC14 ,to promieniotwórczy izotop węgla, odkryty 27 lutego 1940 roku przez Martina Kamena i Sama Rubena. Węgiel-14 powstaje w górnych warstwach troposfery i w stratosferze w wyniku pochłonięcia neutronu przez atom azotu. Neutrony powstają w wyniku oddziaływania promieniowania kosmicznego z atomami atmosfery.
Wskaźniki izotopowe Tlen O18, jest naturalnym, stabilnym izotopem tlenu i jednym z izotopów środowiskowych. Głównie występuje w rdzeniach lodowych, głównie Arktyki i Antarktydy Azot N15jest rzadkim stabilnym izotopem azotu. Ten izotop jest często wykorzystywany w badaniach rolniczych i medycznych
Radiacyjne utrwalanie żywności Jest to metoda utrwalania żywności polegająca na napromieniowaniu żywności promieniowaniem jonizującym, które niszczy drobnoustroje, szkodniki i hamuje naturalne procesy biologiczne.
Wady i zalety • Zalety: • zapobieganie zatruciom pokarmowym, • przedłużenie okresu przechowywania produktów spożywczych, • eliminowanie konieczności stosowania chemicznych środków konserwujących, • znaczne ograniczenie strat spowodowanych psuciem. • Wady: • promieniowanie jonizujące, podobnie jak inne metody utrwalania, zabija drobnoustroje, ale pozostawia ich toksyczne produkty przemiany, • wydłużanie trwałości i czasu przechowywania leży wyłącznie w interesie przedsiębiorcy, a nie konsumenta, • radiacja może powodować niszczenie witamin, składników odżywczych, niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych.
Radiacyjne utrwalanie żywności a prawo Ustawą z dnia 11 maja 2001 r. o warunkach zdrowotnych żywności i żywienia (DzU nr 63, poz.634) ,,..napromienianie promieniowaniem jonizującym jest dopuszczalne, jeżeli nie stanowi zagrożenia dla zdrowia i życia człowieka oraz jest technologicznie uzasadnione ..”
Izotopy w medycynie – medycyna nuklearna Medycyna nuklearna zajmuje się zastosowaniem izotopów promieniotwórczych w rozpoznaniu leczenia chorób (radioterapia) oraz w badaniach naukowych dotyczących np. zastosowania znaczników radioizotopowych w testach Elisa. • Zastosowanie izotopów promieniotwórczych w diagnostyce polega na: • wprowadzeniu substancji promieniotwórczych do tkanek i narządów organizmu • a następnie rejestrowaniu promieniowania za pomocą detektorów umieszczonych • poza badanym obiektem • scyntygrafia, • PET, • SPECT
Izotopy w medycynie – medycyna nuklearna Wynik badania izotopowego nie może być podstawą do rozpoznania choroby, Może jednak znacznie ułatwić proces jej rozpoznania choroby, dając obraz np. stanu nerek, rozdziału krwi w łożysku naczyniowym itp. Obecnie stosuje się około 200 różnych związków znakowanymi izotopami Promieniotwórczymi. Dobieranych w zależności od tego jaki narząd będzie badany i pod jakim katem
Badanie układu krążenia Szerokie zastosowanie mają izotopy promieniotwórcze w badaniu układu krążenia. Współczesne metody izotopowe pozwalają na badanie ukrwienia mięśnia sercowego oraz oceny parametrów krążenia
Badanie układu kostnego W badaniu układu kostnego stosuje się związki fosforanowe. Przeprowadzane badania maja na celu wykrycie ognisk nowotworowych w przypadku Pierwotnych nowotworów kości oraz przerzutów nowotworowych w celu określenia miejsc ewentualnej resekcji chirurgicznej. Pacjentowi aplikuje się promieniotwórcze mające naturalne naturalne powinowactwo do tkanek rakowych. Bardzo dobre efekty daje Molibden 99 produkujący silne promieniotwórczy Technet 99M
Kardiologia • Izotopy pierwiastków używane są w rozrusznikach serca. Badania kardiologiczne przy pomocy izotopów promieniotwórczych umożliwiają wykrycie np. • niedokrwienia serca, • zakrzepów.
Eliminacja bólu W medycynie izotopy również wykorzystywane są do zmniejszania lub eliminowania bólu przy przerzutach raka do kości. W tym przypadku są one jedynym w pełni zwalczającym tę dolegliwość środkiem, ponieważ tylko one potrafią trafić do odpowiedniego zakończenia nerwowego.
Rezonans magnetyczny - diagnostyka Badanie rezonansem magnetycznym (w skrócie nazywane MR lub MRI) wykorzystuje oddziaływanie fal o częstotliwości radiowej na protony, które znajdują się w polu magnetycznym i rejestruje związane z tym zjawiska energetyczne. Procesy te w czasie obrazowania ciała ludzkiego, dotyczą głównie protonów wodoru. Działanie rezonansu magnetycznego opiera się na wykorzystaniu właściwości protonów wodoru, które w odpowiednio silnym polu magnetycznym ulegają namagnesowaniu, pobierają impulsy fal elektromagnetycznych i wysyłają impuls podczas zaniku pobudzenia. Budowa tkanek ludzkich charakteryzuje się różnym stopniem zawartości wody, co też powoduje różne natężenie sygnału w badaniu
Promieniowanie X w medycynie • Badanie to umożliwia w sposób całkowicie nieinwazyjny ocenę struktur anatomicznych całego człowieka w dowolnej płaszczyźnie i także trójwymiarowo, a szczególnie dobrze ocenę: • ośrodkowego układu nerwowego (mózg i kanał kręgowy) • tkanek miękkich kończyn (tkanki podskórne, mięśnie i stawy). • Obecnie jest to metoda pozwalająca w najlepszy sposób ocenić struktury anatomiczne oraz ewentualną patologię z dokładnością do kilku milimetrów. Badanie służy także nieinwazyjnej ocenie naczyń całego organizmu (tzw. angiografia rezonansu magnetycznego).
Rezonans magnetyczny - diagnostyka W angiografii rezonansu magnetycznego przy pomocy aparatu do rezonansu magnetycznego i bez użycia środka kontrastowego (w sposób nieinwazyjny) można otrzymać obraz naczyń krwionośnych i ocenić ewentualne patologie (np. tętniaki, naczynia patologiczne, itp.). Uruchamiając odpowiedni program w komputerze można uzyskać obraz układu tętnic lub żył organizmu.
Aparaty terapeutyczne Gammatron kobaltowy – bomba kobaltowa Przyspieszacz liniowy
Radioterapia Polega na wykorzystaniu promieniowania jonizującego - na przykład promieni Roentgena, gamma, radu czy kobaltu - do niszczenia komórek rakowych. Tomograf komputerowy metodą diagnostyczną pozwalającą na uzyskanie obrazów tomograficznych (przekrojów) badanego obiektu. Wykorzystuje ona złożenie projekcji obiektu wykonanych z różnych kierunków do utworzenia obrazów przekrojowych (2D) i przestrzennych (3D). Symulator – działanie jest podobne do działania aparatu rentgenowskiego. Do symulacji można użyć specjalnych środków kontrastowych. Ma to na celu precyzyjne zlokalizowanie guza. Na skórze oznacza się za pomocą flamastrów, tuszu obszar do napromieniania- tzw. pole wlotowe.
Sterylizacja Izotopy służą też do szybkiej i pewnej sterylizacji aparatury, rękawiczek, strzykawek, igieł, zestawów opatrunkowych, eliminując zwłaszcza w przypadku tych jednorazowego użycia wysokich temperatur. Silne promieniowanie Gamma, dla większości bakterii i grzybów chorobotwórczych i gnilnych jest nawet bardziej zabójcze niż wysoka temperatura
Rozpad Rozpad alfa(przemiana α) – rozpad reakcja jądra atomu w wyniku którego jest emitowana cząstka , (jądro helu 42He). Cząstka jest podwójnie zjonizowany atom helu (jądro helu). W wyniku rozpadu powstaje jądro o liczbie masowej mniejszej o 4 a atomowej mniejszej o 2.
Rozpad • Przemiana ta zachodzi zgodnie z zasadą zachowani • ładunku, ładunek jądra wyjściowego równy jest ładunkowi jądra pochodnego i cząstki emitowanej • energii, masa jądra wyjściowego równa jest masie jądra pochodnego i masie cząstki wyemitowanej, zgodnie z równaniem Einsteina E=mc2, • Cząstki alfa wydzielone w czasie rozpadu mogą następnie zderzać się z atomami ośrodka jonizując je. Efekt ten wykorzystywany był często przy wielu doświadczeniach. W końcu cząstka alfa ulega zobojętnieniu i przechodzi w atom helu.
Rozpad • Rozpad – jest to przemiana jądrowa, której skutkiem jest emisja z jądra cząstki . • Wyróżnia się dwa rodzaje tego rozpadu: • rozpad β − (beta minus) • rozpad β +(beta plus). • W wyniku tego rozpadu zawsze wydzielana jest energia, którą unoszą produkty rozpadu. Część energii rozpadu może pozostać zmagazynowana w jądrze w postaci energii jego wzbudzenia, dlatego rozpadowi beta towarzyszy często emisja promieniowania gamma.
Rozpad - Reakcja jądrowa, w której emitowany jest elektron e- oraz antyneutrino elektronowe. W wyniku tej przemiany liczba masowa pozostaje bez zmian a liczba atomowa wzrasta o 1. Rozpadowi beta minus towarzyszy promieniowanie gamma oraz dla niektórych jąder emisja protonów lub neutronów.
Rozpad + Reakcja jądrowa, w której emitowany jest cząstka β+ (pozyton e+) oraz neutrino elektronowe. W wyniku tej przemiany liczba atomowa jądra maleje o 1, a liczba masowa pozostaje bez zmian. Rozpadowi beta minus towarzyszy promieniowanie gamma oraz dla niektórych jąder emisja protonów lub neutronów.
Promieniowanie Promieniowanie jest to fala elektromagnetyczne emitowana z wnętrza jądra o największych częstotliwościach. Przechodząc przez materię jest pochłaniane (wielkość pochłaniania zależy od energii promieniowania).
Rozszczepienie jadra Rozczepienie jądra atomowego - to przemiana jądrowa polegająca na rozpadzie jądra na dwa mniejsze jądra. • Zazwyczaj rozszczepienie jądra atomowego nie jest jedyną możliwością rozpadu po wchłonięciu przez ciężkie jądro neutronu. Konkurują z nim inne dozwolone energetycznie procesy jądrowe takie jak emisja: • kwantów gamma, • emisja neutronu i inne. • Przekrój czynny na rozszczepienie (prawdopodobieństwo zajścia zjawiska) w wyniku bombardowania neutronami zależy od energii neutronów oraz rodzaju jądra atomowego. Wraz ze wzrostem energii neutronów, zwykle następuje spadek wartości przekroju czynnego na rozszczepienie
Prawo rozpadu promieniotwórczego stała rozpadu t czas rozpadu T1/2 czas połowicznego rozpadu, jest to czas w którym rozpadowi ulegnie połowa jąder próbki radioaktywnej T1/2 0,693
Reakcja łańcuchowa Pojedynczy akt rozszczepienia jądra atomowego może w sprzyjających warunkach indukować (poprzez emitowane neutrony) dalsze rozszczepienia, prowadząc do reakcji łańcuchowej.
