38. Строение атомного ядра. Ядерные реакции. Радиоактивность.
Использование радиоактивных изотопов в диагностике и лечении В состав ядра входят два вида элементарных частиц: протоны p и нейтроны n (общее название – нуклоны). Число протонов Z определяет заряд ядра и равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева, а суммарное число протонов и нейтронов равно массовому числу элемента ZАХ: Так, в ядре ртути 20080Hg Z(число протонов) = 80 протонов и A – Z(нейтронов) = 200 – 80 = 120 нейтронов. Если в ядре элемента избыток или недостаток нейтронов (по сравнению с элементом таблицы Менделеева), такие элементы называют изотопами.
Ядра и элементарные частицы участвуют в ядерных реакциях, превращаясь из одних в другие. В ядерных реакциях выполняются различные законы сохранения: энергии, импульса, момента импульса и заряда. Масса исходных частиц и масса продуктов реакции немного отличаются. За счет разницы масс ΔМ продуктов реакции и исходных частиц в реакции выделяется (Е < 0) или поглощается (E > 0) энергия:
Свойство некоторых веществ самопроизвольно испускать ионизирующее излучение называется радиоактивностью, а такие вещества радиоактивными. Это в основном изотопы (C, Sr, Cs, Rn, Ra, Th, U, Pu…).
Любой радиоактивный элемент характеризуется периодом полураспада Т – временем, за которое число радиоактивных ядер уменьшается в 2 раза.
Закон радиоактивного распада лежит в основе измерения возраста ископаемых останков растений и животных (радиационное датирование), а также используется в агробиологических и зооинженерных исследованиях (метод меченых атомов).
Радиационное датирование. Этот метод основан на измерении концентрации радиоактивного изотопа углерода 14С в исследуемом образце и называется радиоуглеродным методом. Суть радиоуглеродного метода определения возраста ископаемых биологических объектов заключается в следующем. Радиоактивный изотоп углерода 14С постоянно образуется в верхних слоях атмосферы при столкновениях атомов азота с вторичными нейтронами, образующимися при бомбардировке атмосферы космическим излучением. Как и обычный углерод, он быстро окисляется кислородом воздуха, образуя углекислый газ, который в процессе фотосинтеза попадает в ткани растений. Растения поедаются животными, и таким образом углерод 14С попадает также в ткани животных и накапливается в них. Если животное или растение погибает и погребается без доступа кислорода (например, заливается вулканической лавой или селевым потоком), поступление 14С в организм прекращается, и концентрация изотопа начинает уменьшаться вследствие радиоактивного распада. Чем меньше концентрация 14С в окаменелости (по сравнению с близкими видами ныне живущих организмов), тем она считается древнее.
Метод меченых атомов. Этот метод основан на использовании радиоактивных изотопов (они-то и названы «мечеными» атомами). Микроскопическую дозу радиоактивного изотопа (обычно с небольшим периодом полураспада) вводят в один из участков исследуемой системы, например, в почву вблизи корней растения, в корм животного или же непосредственно в ткань инъекцией. Затем с помощью дозиметра (счетчика радиоактивного излучения) наблюдают за перемещением введенного изотопа в данной системе. Анализируя результаты этих наблюдений, можно получить довольно ценные сведения о процессах обмена веществ в организме. С помощью метода меченых атомов успешно изучаются такие важные в сельскохозяйственном производстве вопросы как фотосинтез, рациональное применение удобрений, усвоение различных элементов растениями, внекорневая подкормка растений, питание сельскохозяйственных животных, синтез молочного жира и мышечных белков, передвижение воды и водяного пара в почве, миграция насекомых, действие инсектицидов.
Негативное действие радиоактивного излучения на живые организмы.
В целом все виды излучения опасны для человека и животных, поскольку вызывают мутации и онкологические заболевания.