Utilizarea izotopilor radioactivi în medicină. Utilizarea izotopilor radioactivi în medicina veterinară

Instituția de învățământ municipală „Școala secundară Pobedinskaya” districtul Shegarsky, regiunea Tomsk

CERTIFICAREA DE STAT (FINALA) A ABSOLUTILOR CLASELE IX

REZUMAT ÎN FIZICĂ

FENOMENUL RADIOACTIVITĂȚII. VALOAREA SA ÎN ȘTIINȚĂ, TEHNOLOGIE, MEDICINĂ

Efectuat: Dadaev Aslan, elev în clasa a IX-a

supraveghetor: Gagarina Lyubov Alekseevna, profesor de fizică

p. Pobeda 2010

1. Introducere ………………………………………………………… ... pagina 1

2. Fenomenul de radioactivitate ……… .. ……………… ................. pagina 2

2.1.Descoperirea radioactivității ………………………… ................ pagina 2

2.2. Surse de radiații ………………………………………… .. pagina 6

3. Obținerea și aplicarea izotopilor radioactivi …………… ..pagina 8

3.1.Utilizarea izotopilor în medicină …………………………… ........ pagina 8

3.2. Izotopi radioactivi în agricultură ……………… pagina 10

3.3.Cronometria radiațiilor …………………………………… pagina 11

3.4. Aplicarea izotopilor radioactivi în industrie ... pagina 12

3.5. Utilizarea izotopilor în știință …………………………… ... pagina 12

4. Concluzie ……………………………………………………… ... pagina 13

5. Literatură ……………………………………………………… ..pagina 14

INTRODUCERE

Conceptul atomilor ca particule minuscule invariabile de materie a fost distrus de descoperirea electronului, precum si de fenomenul dezintegrarii radioactive naturale, descoperit de fizicianul francez A. Becquerel. Remarcabilii fizicieni francezi Maria Sklodowska-Curie și Pierre Curie au avut o contribuție semnificativă la studiul acestui fenomen.

Radioactivitatea naturală există de miliarde de ani și este prezentă literalmente peste tot. Radiațiile ionizante au existat pe Pământ cu mult înainte de originea vieții pe acesta și au fost prezente în spațiu înainte de Pământul însuși. Materialele radioactive au fost încorporate în Pământ încă de la naștere. Orice persoană este ușor radioactivă: în țesuturile corpului uman, una dintre principalele surse de radiații naturale este potasiul - 40 și rubidiul - 87 și nu există nicio modalitate de a scăpa de ele.

Efectuând reacții nucleare în timpul bombardării nucleelor ​​atomilor de aluminiu cu particule a -, celebrii fizicieni francezi Frederic și Irene Curie - Joliot au reușit în 1934 să creeze artificial nuclee radioactive. Radioactivitatea artificială nu este în principiu diferită de cea naturală și se supune acelorași legi.

În prezent, izotopii radioactivi artificiali sunt produși în moduri diferite. Cel mai frecvent este iradierea unei ținte (un viitor medicament radioactiv) într-un reactor nuclear. Este posibil să se iradieze ținta cu particule încărcate în instalații speciale în care particulele sunt accelerate la energii mari.

Ţintă: afla in ce domenii ale vietii este folosit fenomenul de radioactivitate.

Sarcini:

· Studiați istoria descoperirii radioactivității.

· Aflați ce se întâmplă cu substanța cu radiații radioactive.

· Aflați cum să obțineți izotopi radioactivi și unde vor fi folosiți.

· Dezvoltați abilitățile de a lucra cu literatură suplimentară.

· Efectuați o prezentare a materialului în versiunea pentru computer.

PARTE PRINCIPALĂ

2.Fenomenul de radioactivitate

2.1 Descoperirea radioactivității

Istorie radioactivitate a început cu faptul că în 1896 fizicianul francez Henri Becquerel era angajat în luminescență și studiul razelor X.

Descoperirea radioactivității, cea mai clară dovadă a structurii complexe a atomului .

Comentând descoperirea lui Roentgen, oamenii de știință emit ipoteza că razele X sunt emise în timpul fosforescenței, indiferent de prezența razelor catodice. A. Becquerel a decis să testeze această ipoteză. După ce a înfășurat placa fotografică în hârtie neagră, a așezat pe ea o placă de metal bizară acoperită cu un strat de sare de uraniu. După o expunere de patru ore în lumina soarelui, Becquerel a dezvoltat o placă fotografică și a văzut pe ea silueta exactă a unei figurine de metal. A repetat experimentele cu mari variații, obținând amprente ale unei monede, ale unei chei. Toate experimentele au confirmat o ipoteză testabilă, pe care Becquerel a raportat-o ​​pe 24 februarie la o ședință a Academiei de Științe. Cu toate acestea, Becquerel nu încetează să experimenteze, pregătind toate opțiunile noi.

Henri Becquerel Welhelm Conrad Roentgen

Pe 26 februarie 1896, vremea peste Paris s-a deteriorat și plăcile fotografice pregătite cu bucăți de sare de uraniu au trebuit să fie puse într-un sertar întunecat al mesei înainte de apariția soarelui. A apărut peste Paris pe 1 martie, iar experimentele au putut fi continuate. Luând înregistrările, Becquerel a decis să le dezvolte. După ce a dezvoltat plăcile, omul de știință a văzut pe ele siluete de mostre de uraniu. Neînțelegând nimic, Becquerel a decis să repete experimentul la întâmplare.

A pus două farfurii într-o cutie opacă, a turnat sare de uraniu peste ele, punând mai întâi sticlă pe una dintre ele, iar pe cealaltă o farfurie de aluminiu. Timp de cinci ore toate acestea au fost într-o cameră întunecată, după care Becquerel a dezvoltat plăci fotografice. Și ce - siluetele mostrelor sunt din nou clar vizibile. Aceasta înseamnă că unele raze se formează în sărurile de uraniu. Sunt asemănătoare cu razele X, dar de unde provin? Un lucru este clar că nu există nicio legătură între razele X și fosforescență.

El a raportat acest lucru la o ședință a Academiei de Științe din 2 martie 1896, derutând complet toți membrii acesteia.

Becquerel a mai stabilit că, în timp, intensitatea radiației din aceeași probă nu se modifică și că o nouă radiație este capabilă să descarce corpurile electrificate.

Majoritatea membrilor Academiei din Paris, după următorul raport al lui Becquerel la o întâlnire din 26 martie, credeau că are dreptate.

Fenomenul descoperit de Becquerel a primit numele radioactivitate, la propunerea Mariei Sklodowska - Curie.

Maria Sklodowska - Curie

Radioactivitate - capacitatea atomilor unor elemente chimice de a emana spontan.

În 1897, Maria, făcând teza de doctorat, alegând o temă de cercetare - descoperirea lui Becquerel (Pierre Curie și-a sfătuit soția să aleagă acest subiect), a decis să găsească un răspuns la întrebarea: care este adevărata sursă de radiație de uraniu? În acest scop, ea decide să examineze un număr mare de mostre de minerale și săruri și să afle dacă numai uraniul are proprietatea de a emite. Lucrând cu mostre de toriu, ea descoperă că, la fel ca uraniul, produce aceleași raze și aproximativ aceeași intensitate. Aceasta înseamnă că acest fenomen se dovedește a fi o proprietate nu numai a uraniului și trebuie să i se dea un nume special. Uraniul și toriu au fost numite elemente radioactive. Lucrările au continuat cu noi minerale.

Pierre, ca fizician, simte importanța muncii și, părăsind temporar studiul cristalelor, începe să lucreze cu soția sa. În urma acestei lucrări comune au fost descoperite noi elemente radioactive: poloniu, radiu etc.

În noiembrie 1903, Royal Society i-a acordat lui Pierre și Marie Curie unul dintre cele mai înalte premii științifice ale Angliei, Medalia Davy.

Pe 13 noiembrie, soții Curie, în același timp cu Becquerel, primesc o telegramă de la Stockholm că trei dintre ei au fost distinși cu Premiul Nobel pentru Fizică pentru descoperiri remarcabile în domeniul radioactivității.

Afacerea, începută de soții Curie, a fost preluată de studenții lor, printre care se numărau fiica lor Irene și ginerele Frederic Joliot, care în 1935 au devenit laureați Nobel pentru descoperire. radioactivitate artificială .

Irene și Frederic Curie - Joliot

fizicienii englezi E. Rutherfordși F. Soddy s-a dovedit că în toate procesele radioactive au loc transformări reciproce ale nucleelor ​​atomice ale elementelor chimice. Studiul proprietăților radiațiilor care însoțesc aceste procese în câmpurile magnetice și electrice a arătat că aceasta este împărțită în particule a, particule b și raze g (radiație electromagnetică cu o lungime de undă foarte scurtă).

E. Rutherford F. Soddy

Un timp mai târziu, ca urmare a studierii diferitelor caracteristici și proprietăți fizice ale acestor particule (sarcină electrică, masă etc.), a fost posibil să se stabilească că b - o particulă este un electron și a - o particulă este complet ionizată. atomul elementului chimic heliu (adică un atom de heliu, care și-a pierdut ambii electroni).

În plus, s-a dovedit că radioactivitate Este capacitatea unor nuclee atomice de a se transforma spontan în alte nuclee cu emisia de particule.

De exemplu, au fost găsite mai multe varietăți de atomi de uraniu: cu mase nucleare aproximativ egale cu 234 amu, 235 amu, 238 amu. și 239 amu Mai mult, toți acești atomi aveau aceleași proprietăți chimice. Au intrat în reacții chimice în același mod, formând aceiași compuși.

Unele reacții nucleare produc radiații puternic penetrante. Aceste raze pătrund printr-un strat de plumb gros de câțiva metri. Această radiație este un flux de particule încărcate neutru. Aceste particule sunt numite neutroni.

Unele reacții nucleare produc radiații puternic penetrante. Aceste raze sunt de diferite tipuri și au putere de penetrare diferită. De exemplu, flux de neutroni pătrunde printr-un strat de plumb gros de câțiva metri.

2.2. Surse de radiații

Radiațiile sunt foarte numeroase și variate, dar aproximativ Șapte sursele sale principale.

Prima sursă este Pământul nostru. Această radiație se explică prin prezența elementelor radioactive pe Pământ, a căror concentrație variază mult în diferite locuri.

a doua origine radiații - spațiu, de unde un flux de particule de înaltă energie cade constant pe Pământ. Sursele formării radiației cosmice sunt exploziile stelare din galaxie și erupțiile solare.

A treia sursă radiațiile sunt materiale radioactive naturale utilizate de oameni pentru construcția spațiilor rezidențiale și industriale. În medie, rata dozei în interiorul clădirilor este cu 18% - 50% mai mare decât în ​​exterior. În interior, o persoană își petrece trei sferturi din viață. O persoana care se afla constant intr-o camera construita din granit poate primi - 400 mrem/an, din caramida rosie - 189 mrem/an, din beton - 100 mrem/an, din lemn - 30 mrem/an.

Al patrulea sursa de radioactivitate este puțin cunoscută de populație, dar nu mai puțin periculoasă. Acestea sunt materiale radioactive pe care oamenii le folosesc în activitățile lor zilnice.

Cerneala Check conține carbon radioactiv pentru identificarea ușoară a documentelor falsificate.

Uraniul este folosit pentru a produce vopsea sau email pe ceramică sau bijuterii.

Uraniul și toriul sunt folosite în producția de sticlă.

Dinții artificiali din porțelan sunt întăriți cu uraniu și ceriu. În același timp, radiația către membranele mucoase adiacente dinților poate ajunge la 66 rem/an, în timp ce rata anuală pentru întregul organism nu trebuie să depășească 0,5 rem (adică, de 33 de ori mai mult)

Ecranul televizorului emite 2-3 mrem/an de persoană.

a cincea sursa - intreprinderi de transport si prelucrare a materialelor radioactive.

Şaselea sursa de radiații sunt centralele nucleare. La centralele nucleare,

pe langa deseurile solide mai sunt lichide (apa contaminata din circuitele de racire ale reactoarelor) si gazoase continute in dioxidul de carbon folosit pentru racire.

Al șaptelea sursa de radiații radioactive sunt instalațiile medicale. În ciuda utilizării lor obișnuite în practica de zi cu zi, riscul de radiații de la ele este mult mai mare decât din toate sursele considerate mai sus și ajunge uneori la zeci de rem. Una dintre cele mai comune metode de diagnosticare este un aparat cu raze X. Deci, cu raze X ale dinților - 3 rem, cu fluoroscopie a stomacului - la fel, cu fluorografie - 370 mrem.

Ce se întâmplă cu substanța cu radiații radioactive?

La început, consistența surprinzătoare cu care elementele radioactive emit radiații. În timpul zilei, lunilor, anilor, intensitatea radiațiilor nu se modifică vizibil. Nu este influențată de încălzire sau de creșterea presiunii, reacțiile chimice în care elementul radioactiv a intrat, de asemenea, nu au afectat intensitatea radiației.

În al doilea rând, radioactivitatea este însoțită de eliberarea de energie și este eliberată continuu de-a lungul unui număr de ani. De unde vine această energie? Când o substanță este radioactivă, suferă unele modificări profunde. S-a presupus că atomii înșiși suferă transformări.

Prezența acelorași proprietăți chimice înseamnă că toți acești atomi au același număr de electroni în învelișul de electroni și, prin urmare, aceleași sarcini nucleare.

Dacă sarcinile nucleelor ​​atomilor sunt aceleași, atunci acești atomi aparțin aceluiași element chimic (în ciuda diferențelor dintre masele lor) și au același număr de serie în tabelul D.I. Mendeleev. Au fost numite varietăți ale aceluiași element chimic, care diferă prin masa nucleelor ​​atomice izotopi .

3. Producerea și utilizarea izotopilor radioactivi

Se numesc izotopi radioactivi care apar în mod natural natural... Dar multe elemente chimice se găsesc în natură doar într-o stare stabilă (adică radioactivă).

În 1934, oamenii de știință francezi Irene și Frédéric Joliot-Curie au descoperit că izotopii radioactivi pot fi creați artificial prin reacții nucleare. Astfel de izotopi au fost numiți artificial .

Pentru a obține izotopi radioactivi artificiali, se folosesc de obicei reactoare nucleare și acceleratoare de particule. Există o industrie specializată în producția de astfel de articole.

Ulterior, s-au obținut izotopi artificiali ai tuturor elementelor chimice. În total, în prezent sunt cunoscuți aproximativ 2000 de izotopi radioactivi, iar 300 dintre ei sunt naturali.

În prezent, izotopii radioactivi sunt utilizați pe scară largă în diverse domenii ale activităților științifice și practice: tehnologie, medicină, agricultură, comunicații, armată și altele. În acest caz, așa-numitul metoda atomului etichetat.

3.1 Utilizarea izotopilor în medicină

Utilizarea izotopilor, unul dintre cele mai remarcabile studii efectuate cu ajutorul „atomilor marcați”, a fost studiul metabolismului în organisme.

Cu ajutorul izotopilor au fost dezvăluite mecanismele de dezvoltare (patogeneză) a unui număr de boli; sunt de asemenea folosite pentru a studia metabolismul și a diagnostica multe boli.

Izotopii sunt introduși în corpul uman în cantități extrem de mici (sigure pentru sănătate), care nu sunt capabili să provoace modificări patologice. Sunt distribuite neuniform în întregul corp prin sânge. Radiația rezultată din degradarea unui izotop este înregistrată de dispozitive (contoare speciale de particule, fotografiere) situate în apropierea corpului uman. Drept urmare, puteți obține o imagine a oricărui organ intern. Din această imagine, se poate aprecia dimensiunea și forma acestui organ, concentrația crescută sau scăzută a izotopului în

diferite părți ale acestuia. De asemenea, este posibil să se evalueze starea funcțională (adică, munca) a organelor interne prin rata de acumulare și excreție a radioizotopului de către acestea.

Deci, starea circulației cardiace, debitul sanguin, imaginea cavităților inimii este determinată folosind compuși, inclusiv izotopi de sodiu, iod, tehnețiu; izotopii de tehnețiu și xenon sunt utilizați pentru a studia ventilația pulmonară și bolile măduvei spinării; Macroagregatele de albumină serică umană cu izotop de iod sunt utilizate pentru a diagnostica diferite procese inflamatorii în plămâni, tumorile acestora și în diferite boli ale glandei tiroide.

Utilizarea izotopilor în medicină

Concentrarea și funcțiile excretorii ale ficatului sunt studiate folosind vopsea de trandafir Bengal cu un izotop de iod, aur. Imaginea intestinului, stomacului se obține folosind izotopul tehnețiului, splina folosind eritrocite cu izotopul tehnețiului sau cromului; cu ajutorul izotopului de seleniu sunt diagnosticate boli ale pancreasului. Toate aceste date ne permit să facem diagnosticul corect al bolii.

Diverse anomalii în funcționarea sistemului circulator sunt, de asemenea, investigate folosind metoda „atomi marcați” și sunt detectate tumori (deoarece în ele se acumulează unii radioizotopi). Datorită acestei metode, s-a constatat că într-un timp relativ scurt, corpul uman este aproape complet reînnoit. Singura excepție este fierul, care face parte din sânge: începe să fie absorbit de organism din alimente numai atunci când rezervele sale sunt epuizate.

De mare importanță în alegerea unui izotop este problema sensibilității metodei de analiză a izotopilor, precum și tipul dezintegrarii radioactive și energia radiației.

În medicină, izotopii radioactivi sunt utilizați nu numai pentru diagnostic, ci și pentru tratamentul anumitor boli, precum tumorile canceroase, boala Graves etc.

Datorită utilizării unor doze foarte mici de radioizotopi, expunerea la radiații a organismului în timpul diagnosticării și tratamentului cu radiații nu reprezintă un pericol pentru pacienți.

3.2. Izotopi radioactivi în agricultură

Izotopii radioactivi devin din ce în ce mai larg utilizați în agricultură... Iradierea semințelor de plante (bumbac, varză, ridichi etc.) cu doze mici de raze gamma din preparate radioactive duce la o creștere vizibilă a randamentului. Dozele mari de radiații provoacă mutații în plante și microorganisme, ceea ce în unele cazuri duce la apariția unor mutanți cu noi proprietăți valoroase ( selecție radio). Astfel, s-au crescut soiuri valoroase de grâu, fasole și alte culturi, precum și s-au obținut microorganisme foarte productive folosite la producerea antibioticelor.

Radiațiile gamma de la izotopii radioactivi sunt, de asemenea, folosite pentru a combate insectele dăunătoare și pentru a conserva alimentele. „Atomii urmăriți” sunt utilizați pe scară largă în ingineria agricolă. De exemplu, pentru a afla care dintre îngrășămintele cu fosfor este mai bine absorbită de plantă, diferite îngrășăminte sunt marcate cu fosfor radioactiv. Prin examinarea plantelor pentru radioactivitate, este posibil să se determine cantitatea de fosfor absorbită de acestea din diferite tipuri de îngrășăminte.

O aplicație interesantă pentru determinarea vârstei obiectelor antice de origine organică (lemn, cărbune, țesături etc.) a fost obținută prin metoda carbonului radioactiv. Plantele conțin întotdeauna beta - un izotop radioactiv de carbon cu un timp de înjumătățire de T = 5700 de ani. Se formează în atmosfera Pământului în cantități mici din azot sub acțiunea neutronilor. Acestea din urmă apar din cauza reacțiilor nucleare cauzate de particulele rapide care intră în atmosferă din spațiu (razele cosmice). Combinându-se cu oxigenul, acest carbon formează dioxid de carbon, care este absorbit de plante și prin ele de animale.

Izotopii sunt folosiți pe scară largă pentru a determina proprietățile fizice ale solului

și rezervele de elemente de hrană vegetală din acesta, pentru a studia interacțiunea solului și îngrășămintele, procesele de asimilare a nutrienților de către plante, intrarea hranei minerale în plante prin frunze. Ei folosesc izotopi pentru a detecta efectul pesticidelor asupra organismului plantei, ceea ce face posibilă stabilirea concentrației și a momentului de tratament al culturilor. Folosind metoda izotopilor, sunt investigate cele mai importante proprietăți biologice ale culturilor agricole (în evaluarea și selecția materialului de reproducere), randamentul, maturitatea timpurie și rezistența la frig.

V creșterea animalelor studiază procesele fiziologice din corpul animalelor, analizează hrana pentru conținutul de substanțe toxice (din care doze mici sunt greu de determinat prin metode chimice) și microelemente. Cu ajutorul izotopilor se dezvoltă tehnici de automatizare a proceselor de producție, de exemplu, separarea culturilor de rădăcină de pietre și bulgări de sol la recoltarea cu o combină de recoltat pe soluri pietroase și grele.

3.3 Cronometria radiațiilor

Unii izotopi radioactivi pot fi utilizați cu succes pentru a determina vârsta diferitelor fosile ( cronometria radiatiilor). Cea mai comună și eficientă metodă de cronometrie a radiațiilor se bazează pe măsurarea radioactivității materiei organice, care este cauzată de carbonul radioactiv (14C).

Studiile au arătat că în fiecare gram de carbon din orice organism apar 16 dezintegrari beta radioactive pe minut (mai precis, 15,3 ± 0,1). După 5730 de ani, doar 8 atomi pe minut se vor descompune în fiecare gram de carbon, după 11.460 de ani - 4 atomi.

Un gram de carbon din probele tinere de pădure emite aproximativ cincisprezece particule beta pe secundă. După moartea unui organism, completarea acestuia cu carbon radioactiv se oprește. Cantitatea disponibilă din acest izotop scade din cauza radioactivității. Prin determinarea procentului de carbon radioactiv din reziduurile organice, este posibil să se determine vârsta acestora dacă se află în intervalul de la 1000 la 50.000 și chiar până la 100.000 de ani.

Numărul de dezintegrari radioactive, adică radioactivitatea probelor de testat, este măsurat de detectoare de radiații.

Astfel, prin măsurarea numărului de dezintegrari radioactive pe minut într-o anumită cantitate de greutate a materialului probei studiate și recalculând acest număr pe gram de carbon, putem stabili vârsta obiectului de la care a fost prelevată proba. Această metodă este folosită pentru a afla vârsta mumiilor egiptene, rămășițele incendiilor preistorice etc.

3.4. Utilizarea radioactivelor izotopi în industrie

Un exemplu este următoarea metodă de monitorizare a uzurii segmentului pistonului la motoarele cu ardere internă. Prin iradierea segmentului pistonului cu neutroni, aceștia provoacă reacții nucleare în el și îl fac radioactiv. Când motorul funcționează, particulele din materialul inelului intră în uleiul de lubrifiere. Prin examinarea nivelului de radioactivitate a uleiului după un anumit timp de funcționare a motorului, se determină uzura inelului. Izotopii radioactivi fac posibilă aprecierea difuziei metalelor, proceselor în furnalele înalte etc. Radiația gamma puternică a preparatelor radioactive este utilizată pentru a studia structura internă a turnărilor metalice pentru a detecta defectele acestora.

Izotopii sunt utilizați și în echipamentele de fizică nucleară pentru fabricarea contoarelor de neutroni, ceea ce face posibilă creșterea eficienței de numărare de peste 5 ori, în energia nucleară, ca moderatori și absorbanți de neutroni.

3.5. Utilizarea izotopilor în știință

Utilizarea izotopilor în biologie a condus la o revizuire a ideilor anterioare despre natura fotosintezei, precum și despre mecanismele care asigură asimilarea de către plante a substanțelor anorganice a organismului carbonați, nitrați, fosfați etc. Prin introducerea unei etichete în organisme cu alimente sau prin injecție, a fost posibil să se studieze viteza și rutele de migrare a multor insecte (țânțari, muște, lăcuste), păsări, rozătoare și alte animale mici și să se obțină date despre numărul populațiilor acestora. .

În zona fiziologia plantelor si biochimia cu ajutorul izotopilor s-au rezolvat o serie de probleme teoretice și aplicative: căile de intrare a substanțelor minerale, lichide și gaze în plante, precum și rolul diferitelor elemente chimice, inclusiv microelemente, în viața plantelor. fost clarificată. Se arată, în special, că carbonul pătrunde în plante nu numai prin frunze, ci și prin sistemul radicular, căile și vitezele de mișcare a unui număr de substanțe de la sistemul radicular la tulpină și frunze și de la aceste organe la s-au stabilit rădăcini.

În zona fiziologia și biochimia animalelor și oamenilor au fost studiate ratele de intrare a diferitelor substanțe în țesuturile lor (inclusiv rata de încorporare a fierului în hemoglobină, fosfor în țesuturile nervoase și musculare, calciu în oase). Utilizarea alimentelor „etichetate” a condus la o nouă înțelegere a ratelor de absorbție și distribuție a nutrienților, a „soartei” acestora în organism și a ajutat la urmărirea influenței factorilor interni și externi (foamete, asfixie, surmenaj etc.) asupra metabolismului.

CONCLUZIE

Fizicienii francezi proeminenți Maria Sklodowska - Curie și Pierre Curie, fiica lor Irene și ginerele Frederic Joliot și mulți alți oameni de știință nu numai că au adus o mare contribuție la dezvoltarea fizicii nucleare, dar au fost luptători pasionați pentru pace. Ei au efectuat lucrări semnificative privind utilizarea pașnică a energiei atomice.

În Uniunea Sovietică, lucrările asupra energiei atomice au început în 1943 sub conducerea remarcabilului om de știință sovietic I. V. Kurchatov. În condițiile dificile ale unui război fără precedent, oamenii de știință sovietici rezolvau cele mai complexe probleme științifice și tehnice asociate cu stăpânirea energiei atomice. La 25 decembrie 1946, sub conducerea lui I.V. Kurchatov, pentru prima dată pe continentul Europei și Asia, a avut loc o reacție în lanț. În Uniunea Sovietică a început epoca atomului pașnic.

În cursul muncii mele, am aflat că izotopii radioactivi obținuți prin mijloace artificiale și-au găsit o largă aplicație în știință, tehnologie, agricultură, industrie, medicină, arheologie și alte domenii. Acest lucru se datorează următoarelor proprietăți ale izotopilor radioactivi:

· O substanta radioactiva emite continuu un anumit tip de particule iar intensitatea nu se modifica in timp;

· Radiația are o anumită capacitate de penetrare;

· Radioactivitatea este însoțită de eliberarea de energie;

· Sub influența radiațiilor pot apărea modificări în substanța iradiată;

· Radiația poate fi înregistrată în diferite moduri: contoare speciale de particule, fotografie etc.

LITERATURĂ

1. F.M. Diaghilev „Din istoria fizicii și viața creatorilor săi” - M .: Iluminismul, 1986.

2. A.S. Enokhin, O.F. Kabardin și colab. „Reader in Physics” - M .: Education, 1982.

3. P.S. Kudryavtsev. „Istoria fizicii” - M .: Educație, 1971.

4. G. Da. Myakishev, B.B. Bukhovtsev „Clasa de fizică a 11-a”. - M .: Educație, 2004.

5. A.V. Peryshkin, E.V. Gutnik „Clasa de fizică 9” - M .: Dropia, 2005.

6. Resurse de internet.

Revizuire

pentru lucrarea de examen de fizică „Fenomenul radioactivităţii. Importanța sa în știință, tehnologie, medicină”.

Autorul vede relevanța temei alese în posibilitatea utilizării energiei nucleare în scopuri pașnice. Izotopii radioactivi obținuți artificial și-au găsit o largă aplicație în diverse domenii ale activității științifice și practice: știință, tehnologie, agricultură, industrie, medicină, arheologie etc.

Totuși, secțiunea „Introducere” nu indică relevanța și interesul autorului față de tema aleasă a rezumatului.

Disponibil, explicat logic descoperirea radioactivității; cercetări efectuate cu ajutorul „atomilor marcați”.

Designul rezumatului nu îndeplinește în toate cazurile cerințele:

· Paginile nu sunt numerotate;

· Fiecare secțiune nu este tipărită dintr-o pagină nouă;

· Nu există referiri la ilustrații în text;

· În secțiunea „Literatura” nu sunt indicate site-urile de resurse Internet.

În general, în ciuda deficiențelor minore în compilare și design, putem spune că abstractul „Fenomenul radioactivității. Importanța sa în știință, tehnologie, medicină „merită o evaluare „bună”.

Profesor de fizică al MOU „Școala secundară Pobedinskaya”: ___________ / L.A. Gagarin /

Astăzi, aceste substanțe și-au găsit o mare aplicație în diferite domenii aplicate, în special. Sunt folosite atât pentru tratarea, cât și pentru diagnosticarea bolilor.

De exemplu, iodul radioactiv-131 este utilizat ca terapie pentru boala tiroidiană Basedow. În acest caz, se recomandă injectarea în doze mari din acest element, deoarece acestea contribuie la distrugerea țesuturilor anormale, în urma cărora structura organului este restabilită și, odată cu aceasta, funcția. Iodul este, de asemenea, utilizat pe scară largă pentru a diagnostica starea glandei tiroide. Când este introdus în organism, rata de depunere în celule este evaluată pe ecranul monitorului, pe baza căruia se pune un diagnostic.

Pentru diagnosticul tulburărilor circulatorii, izotopii de sodiu joacă un rol important.

Izotopii de cobalt, în special cobaltul-60, sunt utilizați cel mai des în viața de zi cu zi pentru tratamentul bolilor neoplazice. Și-a găsit aplicație în radiochirurgie la crearea „tunurilor cu cobalt, în dezinfectologie pentru sterilizarea instrumentelor și materialelor medicale.

În general, toate metodele de studiu a organelor interne folosind astfel de elemente sunt de obicei numite radioizotop. Izotopii pot fi utilizați și pentru a produce microorganisme utile. Și acestea sunt baza pentru sinteza agenților antibacterieni.

Utilizare industrială și agricolă

Izotopii radioactivi sunt, de asemenea, de mare importanță în alte sfere ale activității umane. În industria ingineriei, acestea sunt utilizate pentru a determina gradul de uzură a diferitelor piese din motoare.

Ele pot fi utilizate pentru a determina viteza de difuzie a metalelor în furnalele înalte.

Un domeniu important este detectarea defectelor. Cu ajutorul unor astfel de elemente chimice, puteți investiga structura pieselor, inclusiv a celor metalice.

Cu ajutorul izotopilor radioactivi se creează noi soiuri de plante agricole. În plus, s-a dovedit științific că iradierea gamma crește randamentul culturilor, crește rezistența acestora la factorii adversi. Aceste substanțe sunt utilizate pe scară largă în reproducere. La fertilizarea plantelor se folosește o metodă în care acestea sunt etichetate cu fosfor radioactiv și se evaluează eficiența îngrășămintelor. În virtutea tuturor, se poate concluziona că izotopii radioactivi sunt utilizați în multe domenii de activitate. Au proprietăți pe care nu le au aceleași elemente cu masă atomică normală.

Pentru a înțelege mai bine ce sunt izotopii, vă puteți juca. Imaginează-ți bile mari transparente. Uneori pot fi văzute în parc. Fiecare bila este nucleul unui atom.

Fiecare nucleu este format din protoni și neutroni. Protonii sunt particule încărcate pozitiv. În loc de protoni, aveți iepurași de jucărie alimentați de baterii. Și în loc de neutroni - iepurași fără baterii, pentru că nu poartă nicio încărcare. Pune 8 iepurași cu baterii în ambele bile. Aceasta înseamnă că în fiecare nucleu bilă aveți 8 protoni încărcați pozitiv. Acum iată ce să faci cu iepurii fără baterii - neutroni. Pune 8 iepuri de neutroni într-o minge și 7 iepuri de neutroni în cealaltă.

Numărul de masă este suma protonilor și neutronilor. Numără iepurii din fiecare minge și află numărul de masă. Într-o bilă numărul de masă este 16, în cealaltă bilă este 17. Vedeți două bile-nuclee identice cu același număr de protoni. Numărul lor de neutroni este diferit. Bilele au acționat ca izotopi. Tu stii? Deoarece izotopii sunt variante ale aceluiași element cu un număr diferit de neutroni. Se pare că aceste bile nu sunt de fapt doar nuclee de atomi, ci cele mai reale elemente chimice din tabelul periodic. Ține minte, care are o taxă de +8? Desigur, este oxigen. Acum este clar că oxigenul are mai mulți izotopi și toți diferă unul de celălalt prin numărul de neutroni. Un izotop de oxigen cu un număr de masă de 16 are 8 neutroni, iar un izotop de oxigen cu un număr de masă de 17 are 9 neutroni. Numărul de masă este indicat în partea din stânga sus a simbolului chimic al elementului.

Imaginați-vă baloane cu iepuri de câmp și va fi mai ușor de înțeles

Izotopii radioactivi și radiațiile ionizante pentru diagnosticare și tratament sunt utilizați pe scară largă în medicină, dar în medicina veterinară nu au găsit o aplicație largă pentru utilizare practică.

Izotopii radioactivi utilizați pentru diagnosticare trebuie să îndeplinească următoarele cerințe: să aibă un timp de înjumătățire scurt, radiotoxicitate scăzută, capacitatea de a-și înregistra radiațiile și, de asemenea, să se acumuleze în țesuturile organului examinat. De exemplu, 67 Ga (galiu) este utilizat pentru a diagnostica stările patologice ale țesutului osos, izotopii de stronțiu (85 Sr și 87 Sr) sunt utilizați pentru a diagnostica tumorile scheletice primare și secundare și sunt utilizați 99 Tc și 113 In (tehnețiu și indiu). pentru a diagnostica ficatul.- 131 I (iod) si glanda tiroida 24 Na (sodiu) si 131 I (iod), splina - 53 Fe (fier) ​​si 52 Cr (crom).

Izotopii radioactivi sunt utilizați pentru a determina starea funcțională a sistemului cardiovascular prin viteza fluxului sanguin și volumul sângelui circulant. Metoda se bazează pe înregistrarea mișcării sângelui marcat cu radiații gamma în inimă și în diferite părți ale vaselor. Metodele radioizotopilor fac posibilă determinarea volumului minut al sângelui din inimă și al volumului de sânge care circulă în vase, în țesuturile organelor. Cu ajutorul gazelor radioactive, dintre care radioizotopul xenonului (133 Xe) este mai des utilizat, se determină starea funcțională a respirației externe - ventilație, difuzie în sângele pulmonar.

Metoda izotopilor este foarte eficientă în studiul metabolismului apei, atât în ​​condiții normale, cât și în tulburări metabolice, patologii infecțioase și neinfecțioase. Metoda constă în introducerea izotopului său radioactiv tritiu (3 H) în compoziția moleculei de hidrogen (1 H). Apa marcată sub formă de injecții este injectată în sânge, cu care tritiul se răspândește rapid în tot organismul și pătrunde în spațiul extracelular și în celule, unde intră în reacții de schimb cu molecule biochimice. În același timp, urmărirea traseului și a reacțiilor de schimb ale tritiului determină dinamica schimbului de apă.

În unele boli de sânge, devine necesar să se studieze funcțiile splinei; în aceste scopuri, se utilizează un radioizotop de fier (59 Fe). Fierul radioactiv este injectat în sânge ca o etichetă în compoziția eritrocitelor sau a plasmei, din care este absorbit de splină, proporțional cu tulburarea funcțională a organului. Concentrația de 59 Fe în splină este determinată prin înregistrarea radiației gamma care însoțește dezintegrarea radioactivă a nucleelor ​​de 59 Fe folosind o sondă gamma aplicată în zona splinei.

Este utilizat pe scară largă în practica clinică. scanarea organelor examinate- ficat, rinichi, splina, pancreas etc. Prin aceasta metoda se studiaza distributia radioizotopului in organul studiat si starea functionala a organului. Scanarea oferă o reprezentare vizuală a locației organului, mărimea și forma acestuia. Distribuția difuză a substanței radioactive face posibilă detectarea în organe a zonelor de acumulare intensă (focare „fierbinte”) sau a unei concentrații scăzute a izotopului (zone „reci”).

Utilizarea terapeutică a radioizotopilor și a radiațiilor ionizante se bazează pe efectele lor biologice. Se știe că celulele cele mai radiosensibile sunt celule tinere, cu diviziune intensivă, care includ și celule canceroase; prin urmare, radioterapia s-a dovedit eficientă în tratarea neoplasmelor maligne și a bolilor organelor hematopoietice. În funcție de localizarea tumorii, iradierea gamma externă se realizează cu ajutorul dispozitivelor gamma-terapeutice; aplica aplicatoare cu califoriu radioactiv (252 Cf) pe piele pentru actiune de contact; soluțiile coloidale de preparate radioactive sau ace goale umplute cu radioizotopi sunt injectate direct în tumoră; radionuclizii de scurtă durată sunt injectați intravenos, care se acumulează selectiv în țesuturile tumorale.

Scopul radioterapiei cancerului este suprimarea capacității celulelor tumorale de a se multiplica nelimitat... Cu o dimensiune mică a focarului tumoral, această problemă este rezolvată prin iradierea tumorii cu o doză care poate suprima foarte rapid activitatea clonogenă a tuturor celulelor tumorale. Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, în timpul radioterapiei, nu numai tumora, ci și țesuturile sănătoase din jur vor apărea inevitabil în zona de iradiere. O parte din țesutul normal este iradiată în mod specific pentru a suprima creșterea celulelor tumorale care invadează țesutul normal.

În radioterapie, este necesară îmbunătățirea echipamentelor și a surselor de radiații capabile să asigure o mai bună distribuție spațială a dozei între tumoră și țesuturile înconjurătoare. În stadiul inițial al dezvoltării radioterapiei, sarcina principală a fost creșterea energiei raze X , ceea ce a făcut posibilă trecerea de la tratamentul neoplasmelor localizate superficial la tumorile localizate profund în țesuturi. Utilizarea dispozitivelor gamma de cobalt permite îmbunătățirea raportului dintre dozele de adâncime și suprafață. În acest caz, doza maximă absorbită va fi distribuită nu pe suprafața tumorii, ca în cazul iradierii cu raze X, ci la o adâncime de 3-4 mm. Utilizarea acceleratorilor liniari de electroni face posibilă iradierea unei tumori cu un fascicul de electroni de înaltă energie. Cele mai avansate instalații sunt dotate în prezent cu un colimator de petale, care permite formarea unui câmp de iradiere corespunzător formei tumorii. O distribuție spațială mai precisă a dozei absorbite între tumoră și țesuturile normale din jur este obținută utilizând particule grele încărcate, care includ protoni, ioni de heliu, ioni de elemente grele și π--mezoni. Pe lângă progresul tehnic al radioterapiei, este la fel de importantă creșterea eficacității biologice a tratamentului, ceea ce presupune efectuarea de cercetări pentru a studia procesele care apar în diferite țesuturi în timpul iradierii. Cu o prevalență limitată a procesului tumoral, iradierea tumorii este o metodă eficientă de tratament. Cu toate acestea, radioterapia numai pentru tumori este mai puțin eficientă. Majoritatea pacienților sunt vindecați prin metode chirurgicale, medicamentoase și combinate în combinație cu radioterapia. Îmbunătățirea eficacității metodelor de tratament cu radiații prin simpla creștere a dozelor de radiații determină o creștere bruscă a frecvenței și severității complicațiilor radiațiilor în țesuturile normale. Acest proces poate fi depășit, în primul rând, prin studiul aprofundat al proceselor care au loc în țesuturi în condiții de iradiere fracționată, iar în al doilea rând, prin studierea factorilor care afectează radiosensibilitatea celulelor tumorale și a țesuturilor normale, ținând cont de caracteristicile individuale ale pacienților. . Aceste circumstanțe necesită dezvoltarea de noi metode de creștere a eficacității radioterapiei, în special prin utilizarea radiomodificatorilor și a noilor moduri de fracționare a dozei. Rezistența radio inițială a celulelor canceroase, care se modifică semnificativ atât între tumorile de diferite origini, cât și în cadrul aceleiași tumori, are o mare influență asupra eficacității radioterapiei. Se obișnuiește să includă limfoamele, mieloamele, seminoamele, tumorile capului și gâtului ca neoplasme radiosensibile. Tumorile cu radiosensibilitate intermediară includ tumorile mamare, cancerul pulmonar și cancerul vezicii urinare. Cele mai radiorezistente tumori includ tumorile de origine neurogenă, osteosarcoamele, fibrosarcoamele și cancerul de rinichi. Tumorile slab diferențiate sunt mai radiosensibile decât cele foarte diferențiate. În prezent, există date despre variabilitatea ridicată a radiosensibilității liniilor celulare obținute din aceeași tumoră. Motivele variabilității mari a radiosensibilității celulelor canceroase la radiații rămân neclare până în prezent.

O sarcină importantă terapia cancerului este dezvoltarea unor metode de control selectiv (selectiv) al radiosensibilității tisulare, care vizează creșterea radiosensibilității celulelor tumorale și creșterea radiorezistenței celulelor țesuturilor sănătoase. Un factor care crește semnificativ rezistența la radio a celulelor tumorale este hipoxie rezultând dintr-un dezechilibru în ratele de multiplicare şi creştere celulară a reţelei vasculare care alimentează aceste celule. Acest lucru a fost dovedit pe baza faptului că rezistența radio a celulelor iradiate crește semnificativ odată cu deficiența de oxigen sau hipoxie și, de asemenea, pe baza că dezvoltarea hipoxiei este o consecință logică a creșterii necontrolate a tumorilor maligne. Celulele tumorale cresc mai repede, vascularizația le hrănește, prin urmare, vascularizația celulelor tumorale, în comparație cu vascularizația celulelor normale, este defectă din punct de vedere fiziologic. Densitatea rețelei capilare este distribuită neuniform pe volumul tumorii. Celulele divizoare situate în apropierea vaselor împing capilarele în afară, iar la o distanță de 150-200 de microni de ele există zone de hipoxie cronică, în care oxigenul nu ajunge. În plus, diviziunea celulară necontrolată duce la o creștere periodică a presiunii intratumorale, din cauza căreia există o compresie temporară a capilarelor individuale și încetarea microcirculației sanguine în ele, în timp ce tensiunea oxigenului (pO 2) poate scădea la valori zero și de aceea se observă o stare de hipoxie acută. În astfel de condiții, unele dintre cele mai radiosensibile celule tumorale mor, în timp ce celulele radiorezistente rămân și continuă să se dividă. Aceste celule sunt numite celule tumorale hipoxice.

Metodele de control al radiosensibilității tisulare în timpul terapiei cu radiații se bazează pe diferențele de aport de sânge și regimurile de oxigen, metabolism și rata diviziunii celulare în tumori și țesuturi normale. Pentru a crește radiosensibilitatea celulelor tumorale hipoxice oxigenul este folosit ca sensibilizant... În 1950, oamenii de știință britanici au dezvoltat o metodă oxibarradioterapie, in care in timpul sedintelor de radioterapie pacientul este plasat intr-o camera de presiune, in care se afla oxigen sub presiune de trei atmosfere. În acest caz, hemoglobina este saturată cu oxigen, iar tensiunea oxigenului dizolvat în plasma sanguină crește semnificativ. Utilizarea acestei metode a îmbunătățit semnificativ tratamentul mai multor tipuri de tumori, în primul rând cancerul de col uterin și neoplasmele capului și gâtului. În prezent, o altă metodă este utilizată pentru a satura celulele cu oxigen - respirație cu carbogen, un amestec de oxigen și 3-5% dioxid de carbon, care îmbunătățește ventilația pulmonară prin stimularea centrului respirator. Prescrierea nicotinamidei, un medicament care dilată vasele de sânge, contribuie la îmbunătățirea efectului terapeutic. Se acordă multă atenție dezvoltării compușilor chimici cu proprietăți de acceptare a electronilor, care, ca și oxigenul, au un electron nepereche, datorită căruia se asigură o reactivitate ridicată. Spre deosebire de oxigen, sensibilizatorii cu acceptori de electroni nu sunt utilizați de celulă în procesul de metabolism energetic și, prin urmare, sunt mai eficienți.

Pe lângă hipoxie, folosește oncologia cu radiații hipertermie adică, pe termen scurt, în decurs de 1 oră, încălzirea locală a anumitor părți ale corpului (hipertermie locală) sau încălzirea întregului corp, cu excepția creierului, la o temperatură de 40–43,5 0 C (hipertermie generală). Această temperatură provoacă moartea unora dintre celule, care crește în condiții de tensiune redusă a oxigenului, caracteristică zonelor hipoxice ale neoplasmelor maligne. Hipertermia este utilizată pentru a trata numai anumite neoplasme maligne și benigne (în principal adenom de prostată). Pentru a obține efecte mai mari ale tratamentului, hipertermia este utilizată în combinație cu radioterapie și chimioterapie, în timp ce hipertermia este efectuată înainte sau după iradiere. Sesiunile de hipertermie se desfășoară de 2-3 ori pe săptămână, în timp ce încălzirea tumorii după ședința de iradiere este mai des folosită pentru a asigura o temperatură mai mare în tumoră decât în ​​țesuturile normale. La temperaturi ridicate, proteinele speciale (proteinele de șoc termic) sunt sintetizate în celulele tumorale, care sunt implicate în recuperarea celulelor prin radiații, prin urmare, o parte din deteriorarea celulelor tumorale iradiate este restaurată, iar iradierea repetată provoacă moartea acestor celule restaurate și celule nou formate. S-a constatat că unul dintre factorii de intensificare a efectului radiațiilor cu ajutorul hipertermiei este suprimarea abilităților reparatorii ale celulei canceroase.

S-a dovedit experimental că atunci când celulele încălzite la o temperatură de 42 ° C sunt iradiate, efectul dăunător depinde de pH-ul mediului celular, în timp ce cea mai mică moarte celulară a fost observată la pH = 7,6 și cea mai mare la pH = 7,0. sau mai putin. Pentru a crește eficacitatea tratamentului tumorii, se injectează în organism o cantitate mare de glucoză, pe care tumora o absoarbe cu lăcomie și o transformă în acid lactic, prin urmare, pH-ul celulelor tumorale scade la 6 și 5,5. Introducerea unei cantități crescute de glucoză în organism crește și conținutul de zahăr din sânge de 3-4 ori, prin urmare, pH-ul scade semnificativ și crește efectul antitumoral al hipertermiei, care se manifestă prin moartea celulelor în masă.

Când se dezvoltă metode de iradiere a tumorii, problema protecției împotriva radiațiilor a țesuturilor normale Prin urmare, este necesar să se dezvolte metode care să mărească rezistența radio a țesuturilor normale, care, la rândul lor, vor crește dozele de radiații ale tumorilor și vor crește eficacitatea tratamentului. S-a dovedit acum că, în condiții de hipoxie, daunele radiațiilor asupra celulelor tumorale sunt semnificativ îmbunătățite în comparație cu iradierea în aer. Acest lucru oferă motive pentru a utiliza metode de iradiere a tumorilor în condiții de hipoxie gazoasă (oxigen) pentru protecția selectivă a țesutului normal. În prezent, continuă căutarea radioprotectorilor chimici care să aibă un efect protector selectiv doar pentru țesuturile normale și, în același timp, să nu protejeze celulele tumorale de deteriorare.

În tratamentul multor boli oncologice, se utilizează terapia complexă, adică utilizarea combinată a radiațiilor și a medicamentelor chimioterapeutice care au un efect radiomodificator. Radiațiile sunt utilizate pentru a suprima creșterea tumorii de bază, iar terapia medicamentoasă este utilizată pentru a combate metastazele.

În terapia cu radiații, particulele nucleare grele sunt utilizate pe scară largă - protoni, ioni grei, π-mezoni și neutroni de diferite energii... Fasciculele de particule grele încărcate sunt create pe acceleratoare și au o împrăștiere laterală scăzută, ceea ce face posibilă formarea câmpurilor de doză cu un contur clar de-a lungul graniței tumorii. Toate particulele au aceeași energie și, în consecință, aceeași adâncime de penetrare în țesut, ceea ce permite mai puțină iradiere a țesuturilor normale situate de-a lungul fasciculului în afara tumorii. La particulele încărcate grele, pierderile de energie liniare cresc la sfârșitul cursei, prin urmare, doza fizică pe care o creează în țesuturi nu scade odată cu creșterea adâncimii de penetrare, ca în cazul iradierii cu radiații rar ionizante, ci crește. Creșterea dozei de radiație absorbită în țesuturi la sfârșitul cursei se numește vârful Bragg. Este posibil să se extindă vârful Bragg la dimensiunea unei tumori utilizând așa-numitele filtre pieptene pe calea particulelor. În figura 6 sunt prezentate rezultatele evaluării distribuției în profunzime a dozei generate de diferite tipuri de radiații atunci când este iradiată o tumoră cu diametrul de 4 cm, situată în corp la o adâncime de 8–12 cm.

Orez. 6. Distribuția spațială a dozei absorbite de radiații a diferitelor tipuri de radiații

Dacă doza relativă de radiație egală cu unitatea cade în mijlocul tumorii, adică la 10 cm de suprafața corpului, atunci cu iradiere gamma și neutronă, doza la intrarea fasciculului (adică, în țesuturile normale) este de două ori mai mare decât doza la centrul tumorii. În acest caz, iradierea țesuturilor sănătoase are loc și după trecerea fasciculului de radiații prin tumora malignă. O imagine diferită este observată atunci când se utilizează particule grele încărcate (protoni accelerați și π-mezoni), care transferă energia principală direct tumorilor și nu țesuturilor normale. Doza absorbită în tumoră este mai mare decât doza absorbită în țesuturile normale situate de-a lungul fasciculului, atât înainte de intrarea în tumoră, cât și după ieșirea din tumoră.

Terapia corpusculară(iradierea cu protoni accelerați, ioni de heliu și hidrogen) este utilizată pentru iradierea tumorilor situate în apropierea organelor critice. De exemplu, dacă tumora este localizată lângă măduva spinării, țesuturile creierului, lângă organele radiosensibile ale pelvisului mic, în globul ocular.

Terapia cu neutroni s-a dovedit a fi cel mai eficient în tratamentul mai multor tipuri de tumori cu creștere lentă (cancer de prostată, sarcom de țesut moale, cancer al glandelor salivare). Pentru iradiere se folosesc neutroni rapizi cu energii de până la 14 MeV. În ultimii ani, interesul pentru terapia de captare a neutronilor, pentru care se folosesc neutroni termici cu o energie scăzută de 0,25–10 keV, care sunt generați în reactoare nucleare și sunt îndepărtați prin canale separate către încăperile de procedură situate în apropierea reactorului. Atomii de bor-10 și gadoliniu-157 sunt utilizați pentru captarea neutronilor. Când un neutron este captat de atomi de bor-10, se descompune în atomi de litiu și particule alfa, a căror cale în țesuturi este egală cu mai multe diametre celulare, prin urmare, zona de expunere la radiații intense poate fi limitată numai de celulele în care există va avea un conținut ridicat de bor. Captarea neutronilor de către gadoliniu-157 duce, de asemenea, la dezintegrarea nucleelor ​​sale, care este însoțită de radiații gamma și formarea a două tipuri de electroni - electroni Auger și electroni de conversie. Electronii Auger au o rază foarte scurtă, prin urmare, pentru a provoca deteriorarea celulei, gadoliniul trebuie să fie în celulă însăși, dar gadoliniul nu pătrunde în celulă, prin urmare principalul efect dăunător este cauzat de electronii de conversie care decurg din degradarea gadoliniului. în spațiul intercelular. Pentru terapia de captare a neutronilor, este necesar să se asigure livrarea de bor și gadoliniu direct în celulele tumorale sau cel puțin în spațiul intercelular. O condiție necesară pentru aceasta este să se asigure că aceste elemente pătrund numai în țesuturile tumorale, excluzând în același timp posibilitatea de a pătrunde în celulele țesuturilor normale. Pentru a îndeplini această condiție, este necesar să se utilizeze purtători sintetici de bor și gadoliniu.

Diferite tipuri de tumori diferă semnificativ în rata de creștere. Rata de creștere a tumorii este determinată nu numai de durata ciclului celular, ci și de proporția de celule care mor permanent și sunt îndepărtate din tumoră. În țesuturile normale din zona de iradiere, există și celule în diferite stadii ale ciclului, iar raportul dintre celulele care se divide și cele de repaus nu este același la începutul și la sfârșitul iradierii. Adâncimea deteriorării celulelor tumorale și țesuturilor normale după o singură iradiere este determinată de radiosensibilitatea lor inițială și cu iradierea fracționată - în plus de eficiența recuperării celulelor din leziuni subletale. Dacă pauza până la a doua fracțiune de iradiere este de 6 ore sau mai mult, atunci este posibilă repararea aproape completă a deteriorării acestui tip de celule, astfel încât aceste celule nu mor. Concomitent cu recuperarea, moartea este înregistrată în unele tipuri de celule. De exemplu, celulele de origine limfoidă încep să moară deja în prima zi după iradiere. Moartea celulelor afectate letal de altă origine (adică, non-limfoide), atât tumorale, cât și țesuturi sănătoase, se întinde pe câteva zile și are loc atât în ​​timpul următoarei diviziuni, cât și câteva ore după aceasta. Celulele tumorale din afara ciclului, precum și celulele de repaus ale țesuturilor normale, pot să nu prezinte semne de deteriorare letală pentru o anumită perioadă de timp. Imediat după iradiere, majoritatea tumorilor continuă să crească chiar și după iradierea cu doze mari, ceea ce va duce ulterior la moartea unei părți semnificative a celulelor. Acest lucru se datorează diviziunii celulelor care și-au păstrat viabilitatea, precum și mai multor diviziuni ale celulelor afectate letal.

Imediat după expunerea la radiații în tumoră, crește proporția celulelor relativ radiorezistente care se află la momentul expunerii în stare de hipoxie și a celulelor care se află în fazele cele mai radiorezistente ale ciclului celular. Când se primește un curs standard de radioterapie, când fracțiile sunt efectuate la intervale de 24 de ore, până la momentul următoarei iradieri, celulele sunt supuse următoarelor procese. Pe de o parte, datorită recuperării din leziuni potențial letale și subletale, rezistența la radio a celulelor tumorale și normale este crescută. Pe de alta parte, reluarea simultana a diviziunii si trecerea celulelor de la stadiile cele mai radiorezistente la cele mai radiosensibile, duce la o crestere a radiosensibilitatii. Aceste procese sunt reproduse după fiecare fracțiune de iradiere, prin urmare, la ceva timp după începerea cursului de iradiere, numărul de celule moarte începe să depășească numărul de celule nou formate, astfel încât tumora scade în volum. Pe măsură ce cursul iradierii continuă, vine momentul diviziunii celulare accelerate a tumorii și a țesuturilor normale, ceea ce duce la repopulări aceste țesuturi (sau autovindecare). Repopularea se realizează datorită celulelor tumorale conservate, capabile să se divizeze, care primesc în același timp o cantitate suficientă de nutrienți și oxigen, prin urmare, creșterea tumorii se reia. La iradierea fracționată este necesară cunoașterea ratei de repopulare tumorală, deoarece odată cu fracționarea dozei, o ușoară creștere a intervalului dintre fracțiuni poate duce la un echilibru dinamic, în care gradul de suprimare a creșterii tumorii pe unitatea de doză va toamna.

În prezent, cel mai utilizat curs de terapie terapeutică cu iradierea zilnică a tumorii cu o doză de 2 Gy, în timp ce doza totală totală este de 60 Gy, iar durata totală a cursului este de 6 săptămâni. Pentru a crește eficacitatea radioterapiei, se folosesc noi moduri de fracționare a dozei - multifracționare - administrarea zilnică a 2-3 fracții în loc de una, ceea ce ajută la reducerea severității leziunilor radiațiilor la distanță. Cu radioterapie pentru majoritatea tumorilor maligne, un tratament de 100% pentru bolnavii de cancer nu este încă posibil.

CONCLUZIE

Astfel, cunoașterea regularităților acțiunii biologice a radiațiilor ionizante la nivelul celulelor, microorganismelor, precum și al organismului plantelor și animalelor, face posibilă utilizarea pe scară largă a radiațiilor ionizante în diferite tehnologii de radiații și biologice.

Literatură

1. Grodzinsky D. M. Radiobiologia plantelor / D.М. Grodzinsky, Kiev: Navukova Dumka, 1989, 384 p.

(2) Gulyaev, G.V. Genetica. - Ed. a 3-a, Rev. si adauga. / G.V. Gulieev. Moscova: Kolos, 1984.351 p.

3. Ivanovskii, Yu. A. Efectul stimulării radiațiilor sub acțiunea dozelor mari și mici de radiații ionizante / Rezumat al tezei pentru gradul de Doctor în Științe Biologice. Vladivostok. 2006 - 46 p.

4. K aushanskii, D. A., Kuzin, A.M. Tehnologia radio-biologică / D.A. Kaushansky, A.M. Kuzin. M .: Energoatomizdat. 1984.152 S.

5.Kuzin, A.M., Kaushansky, D.A. Radiobiologie aplicată: (fundamente teoretice și tehnice) / A.M. Kuzin, D.A. Kaushansky. M .: Energoatomizdat. 1981.224 s.

6. R și despre b și despre l o g și I / A.D. Belov, V.A. Kirshin, N.P. Lysenko, V.V. Pak și alții / Ed. Belova. M.: Kolos, 1999. 384C.

7.Samsonova, N.E. Radiații ionizante și producție agricolă. 2007

8. Yarmonenko, SP Radiobiologia omului și animalelor: manual. Manual / S.P. Yarmonenko. - M .: Mai sus. Shk., 2004. - 549 p.

9.Utilizarea radionuclizilor și a radiațiilor ionizante în protecția plantelor (colecție de lucrări științifice) / Alma-Ata, ramura de Est a VASKhNIL, 1980. 132 s.

10. Andreev, S. V., Evlakhova, A. A. Izotopi radioactivi în protecția plantelor / S.V. Andreev, A.A. Evlakhova, Leningrad, „Kolos”, 1980. 71 p.

11.Prelucrarea cu radiații a alimentelor / editat de V.I. Rogachev. Moscova, Atomizdat, 1971. 241 s.

APLICARE

Introducere ………………………………………………………………………………… ..3

1.TEHNOLOGIA RADIO-BIOLOGICĂ ÎN AGRICULTURĂ

1.1. Domenii de aplicare ale tehnologiei biologice cu radiații …………… .4

1.2. Mutageneza radiațiilor ca bază pentru obținerea de noi soiuri de plante agricole, microorganisme ………………………………………………………………… ..6

1.3.Utilizarea efectului stimulator al radiațiilor ionizante în ramurile agriculturii ………………………………………………………………………………… ..12

1.4 Utilizarea radiațiilor ionizante în producția de furaje și aditivi pentru hrana animalelor de fermă ……………………………………………… ..19

1.5 Aplicarea radiațiilor ionizante pentru sterilizarea cu radiații ………… .20 consumabile veterinare, preparate bacteriene și pentru obținerea de vaccinuri radio

1.6 Sterilizarea prin radiații a animalelor și dăunătorilor …………… 27

1.7. Utilizarea izotopilor radioactivi ca indicatori

în zootehnie ………………………………………………………………………………… ..29

1.8. Utilizarea izotopilor radioactivi ca indicatori

în producţia vegetală ………………………………………………………………………………… .31

1.9. Dezinfecția prin radiații a gunoiului de grajd și a scurgerii dejecțiilor de la fermele de animale. Dezinfectarea materiilor prime de origine animală în caz de boli infecțioase …… ..31

2. TEHNOLOGIA RADIO-BIOLOGICĂ ÎN INDUSTRIA PRELUCRĂTORĂ ……………………………………………………………………………… 32

2.1. Utilizarea radiațiilor ionizante în industria alimentară pentru a prelungi perioada de valabilitate a animalelor, culturilor, legumelor și peștelui …………………………………………………………………… ………………… 32

2.2 .. Modificarea calității materiilor prime în vederea îmbunătățirii procesării tehnologice a acesteia ... ..39

2.3 Accelerarea proceselor cu mișcare lentă în tehnologia alimentară …………………… .41

3. TEHNOLOGIA RADIO-BIOLOGICĂ ÎN MEDICINĂ …………….. 42

3.1.Utilizarea radiațiilor ionizante în industria medicală, pentru diagnosticarea și tratarea bolilor la om și animale ........................... .................................. 42

3.2 Utilizarea izotopilor radioactivi și a radiațiilor ionizante pentru diagnosticarea și tratamentul bolilor …………………………………………………………………… .44

CONCLUZIE ………………………………………………………………………………… .54

Anexe ……………………………………………………………………………… ..56

Sterilizarea prin radiații a mediilor de cultură pentru cultivarea microbilor și virușilor sporește proprietățile nutriționale ale unor tipuri de microorganisme. De exemplu, pentru bacteriile nodulare fixatoare de azot. Cel mai bun mediu nutritiv este nitragitul de turbă supus sterilizării prin radiații. Odată cu sterilizarea prin radiații a substratului, conținutul de corpuri microbiene din produsul finit crește și contaminarea microflorei străine scade, în comparație cu sterilizarea la căldură.

Izotopii, în special cei radioactivi, au multe utilizări. Masa 1.13 oferă exemple selectate ale unor aplicații industriale ale izotopilor. Fiecare tehnică menționată în acest tabel este utilizată și în alte industrii. De exemplu, metoda de determinare a scurgerii unei substanțe folosind radioizotopi este utilizată: în industria băuturilor pentru a determina scurgerea din rezervoarele de stocare și conducte; în construcţia de structuri inginereşti pt

Tabelul 1.13. Unele utilizări ale radioizotopilor

determinarea scurgerilor de la conductele de apă subterană; în industria energetică pentru a detecta scurgerile de la schimbătoarele de căldură din centralele electrice; în industria petrolului pentru detectarea scurgerilor de la conductele de petrol subterane; în serviciul de control al apelor reziduale şi uzate pentru determinarea scurgerilor de la colectorii principali.

Izotopii sunt, de asemenea, folosiți pe scară largă în cercetarea științifică. În special, ele sunt utilizate pentru a determina mecanismele reacțiilor chimice. Ca exemplu, să subliniem utilizarea apei marcate cu izotopul stabil de oxigen 180 pentru a studia hidroliza esterilor cum ar fi acetatul de etil (vezi și Secțiunea 19.3). Folosind spectrometria de masă pentru a detecta izotopul 180, s-a descoperit că, în timpul hidrolizei, un atom de oxigen dintr-o moleculă de apă trece în acid acetic și nu în etanol.

Radioizotopii sunt utilizați pe scară largă ca atomi marcați în cercetarea biologică. Pentru a urmări căile metabolice în sistemele vii, se folosesc radioizotopi carbon-14, tritiu, fosfor-32 și sulf-35. De exemplu, absorbția fosforului de către plante din solul fertilizat poate fi monitorizată folosind îngrășăminte care conțin un amestec de fosfor-32.

Terapie cu radiatii.

Radiațiile ionizante sunt capabile să distrugă țesutul viu. Țesuturile tumorale maligne sunt mai sensibile la radiații decât țesuturile sănătoase. Acest lucru face posibilă tratarea cancerelor cu raze γ emise de o sursă care utilizează izotopul radioactiv cobalt-60. Radiația este direcționată către zona corpului pacientului afectată de tumoră; sedinta de tratament dureaza cateva minute si se repeta zilnic timp de 2-6 saptamani. În timpul ședinței, toate celelalte părți ale corpului pacientului trebuie acoperite cu grijă cu un material impermeabil la radiații pentru a preveni distrugerea țesuturilor sănătoase.

Determinarea vârstei probelor folosind radiocarbon.

O mică parte din dioxidul de carbon din atmosferă conține un izotop radioactiv. Plantele absorb acest izotop în timpul fotosintezei. Prin urmare, țesăturile tuturor

plantele și animalele conțin și ele acest izotop. Țesuturile vii au un nivel constant de radioactivitate, deoarece scăderea acestuia din cauza dezintegrarii radioactive este compensată de afluxul constant de radiocarbon din atmosferă. Cu toate acestea, de îndată ce are loc moartea unei plante sau a unui animal, furnizarea de radiocarbon către țesuturile sale se oprește. Acest lucru duce la o scădere treptată a nivelului de radioactivitate în țesutul mort.

Radioactivitatea izotopului se datorează dezintegrarii

Metoda de geocronologie cu radiocarbon a fost dezvoltată în 1946 de W.F. Libby, care a primit Premiul Nobel pentru Chimie pentru aceasta în 1960. Această metodă este utilizată pe scară largă astăzi de arheologi, antropologi și geologi pentru a data probe de până la 35.000 de ani. Precizia acestei metode este de aproximativ 300 de ani. Cele mai bune rezultate se obțin la determinarea vârstei lânii, semințelor, scoicilor și oaselor. Pentru a determina vârsta probei, se măsoară activitatea de radiație p (numărul de descompunere pe minut) la 1 g de carbon conținut în ea. Acest lucru permite stabilirea vârstei probei folosind curba de dezintegrare radioactivă a izotopului.

Timpul de înjumătățire este de 5700 de ani. Țesutul viu în contact activ cu atmosfera are o activitate de 15,3 dec/min la 1 g de carbon. Conform acestor date, este necesar:

a) determinați constanta de dezintegrare pentru

b) trasează curba de dezintegrare pentru

c) calculați vârsta Crater Lake Oregon din SUA), care este de origine vulcanică. S-a constatat că copacul s-a răsturnat în timpul

erupția, care a avut ca rezultat apariția lacului, are o activitate de 6,5 dec/min la 1 g de carbon.

a) Constanta de dezintegrare poate fi găsită din ecuație

b) Curba de dezintegrare este un grafic al activității în funcție de timp. Datele necesare pentru a construi această curbă pot fi calculate prin cunoașterea timpului de înjumătățire și a activității inițiale a probei (activitatea țesutului viu); aceste date sunt date în tabel. 1.14. Curba de dezintegrare este prezentată în Fig. 1.32.

c) Vârsta lacului poate fi determinată folosind curba de dezintegrare (vezi liniile întrerupte în Fig. 1.32). Această vârstă este de 7000 de ani.

Tabelul 1.14. Date pentru trasarea curbei de dezintegrare a carbonului utilizate la determinarea vârstei probelor

Orez. 1.32. Curba de dezintegrare radioactivă a izotopilor

Multe roci de pe Pământ și Lună conțin radioizotopi cu timpi de înjumătățire de ordinul anilor. Măsurând și comparând conținutul relativ al acestor radioizotopi cu conținutul relativ al produselor lor de degradare din probele de astfel de porol de rocă, este posibil să se stabilească vârsta lor. Cele mai importante trei metode de geocronologie se bazează pe determinarea abundenței relative a izotopilor (anii de înjumătățire). (timp de înjumătățire în ani) și (timp de înjumătățire în ani).

Metoda de datare cu potasiu și argon.

Minerale precum mica și unele tipuri de feldspat conțin cantități mici de radioizotop potasiu-40. Se degradează, fiind supus captării electronilor și transformându-se în argon-40:

Vârsta eșantionului este determinată pe baza calculelor care utilizează date privind abundența relativă a potasiului-40 în probă față de argon-40.

Metoda de datare cu rubidiu și stronțiu.

Unele dintre cele mai vechi roci de pe pământ, cum ar fi granitele de pe coasta de vest a Groenlandei, conțin rubidiu. Aproximativ o treime din toți atomii de rubidiu sunt rubidiu-87 radioactiv. Acest radioizotop se descompune pentru a forma izotopul stabil stronțiu-87. Calculele bazate pe utilizarea datelor privind abundența relativă a izotopilor de rubidiu și stronțiu în probe fac posibilă determinarea vârstei unor astfel de roci.

Metoda de datare cu uraniu și plumb.

Izotopii de uraniu se descompun pentru a forma izotopi de plumb. Vârsta mineralelor precum apatita, care conțin impurități de uraniu, poate fi determinată prin compararea conținutului anumitor izotopi de uraniu și plumb din probele lor.

Toate cele trei metode descrise au fost folosite pentru datarea rocilor pământului. Datele rezultate indică faptul că Pământul are ani. Aceste metode au fost folosite și pentru a determina vârsta rocilor lunare livrate pe Pământ în urma expedițiilor spațiale. Vârsta acestor rase variază de la 3,2 la ani.

Producerea și aplicarea izotopilor radioactivi Elev grupa 1 BC Galtsova Vlada

IZOTOPII sunt varietăți ale aceluiași element chimic, care sunt similare în proprietățile lor fizico-chimice, dar au mase atomice diferite. Un atom al oricărui element chimic constă dintr-un nucleu încărcat pozitiv și un nor de electroni încărcați negativ care îl înconjoară (vezi și NUCLEI ATOM). Poziția unui element chimic în tabelul periodic al lui Mendeleev (numărul său de serie) este determinată de sarcina nucleului atomilor săi. Prin urmare, izotopii sunt numiți varietăți ale aceluiași element chimic, atomii cărora au aceeași sarcină nucleară (și, prin urmare, practic aceleași învelișuri de electroni), dar diferă în valorile masei nucleare. Conform expresiei figurative a lui F. Soddy, atomii izotopilor sunt aceiași „în afară”, dar diferiți „în interior”.

Istoria descoperirii izotopilor Prima dovadă că substanțele cu același comportament chimic pot avea proprietăți fizice diferite a fost obținută în studiul transformărilor radioactive ale atomilor elementelor grele. În 1906-07 a devenit clar că produsul dezintegrarii radioactive a uraniului - ioniu și produsul dezintegrarii radioactive a toriului - radiatoriu, au aceleași proprietăți chimice ca și toriul, dar diferă de acesta prin masa atomică și caracteristicile dezintegrarii radioactive. În 1932, a fost descoperit un neutron, o particulă fără sarcină, cu o masă apropiată de masa nucleului unui atom de hidrogen, un proton, și a fost creat un model proton-neutron al nucleului. Drept urmare, știința a stabilit definiția modernă finală a conceptului de izotopi

Producția de izotopi radioactivi Izotopii radioactivi sunt produși în reactoare nucleare și acceleratoare de particule

Aplicarea izotopilor radioactivi la medicina biologiei industriei arheologiei agricole

Izotopi radioactivi în biologie. Unul dintre cele mai remarcabile studii efectuate cu ajutorul „atomilor marcați” a fost studiul metabolismului în organisme.

Izotopi radioactivi în medicină Atât pentru diagnostic, cât și pentru scopuri terapeutice. Sodiul radioactiv este folosit pentru a studia circulația sângelui. Iodul este depus intens în glanda tiroidă, în special în boala Graves.

Izotopi radioactivi în fermă.Iradierea semințelor de plante (bumbac, varză, ridichi). Radiațiile provoacă mutații în plante și microorganisme.

Izotopi radioactivi în arheologie O aplicație interesantă pentru determinarea vârstei obiectelor antice de origine organică (lemn, cărbune). Această metodă este folosită pentru a determina vârsta mumiilor egiptene, rămășițe ale incendiilor preistorice.

Izotopi radioactivi în industrie O metodă de monitorizare a uzurii segmentului pistonului la motoarele cu ardere internă. Vă permite să judecați difuzia metalelor, procesele în furnalele înalte

Spărgătorul de gheață nuclear „Lenin” Creat în 1959. Verificarea ratei dozei de radiații în incinta acestuia.

Lucrul cu substanțe radioactive folosind un manipulator

"Eter" - un convertor de radioizotopi pentru alimentarea dispozitivelor din spațiul cosmic și din mare

Investigarea cusăturilor sudate folosind radiația γ. Iradierea produselor agricole pentru creșterea randamentului acestora

Distribuția fosforului radioactiv adăugat la îngrășămintele din frunzele de roșii Torpedo pentru lucrul cu substanțe radioactive

Aparat de Gammaterapie. Studiul glandei tiroide cu iod radioactiv