Застосування радіоактивних ізотопів в медицині. Використання радіоактивних ізотопів у ветеринарії
Муніципальне загальноосвітній заклад «Побединская середня загальноосвітня школа» Шегарскій район Томська область
ДЕРЖАВНА (ПІДСУМКОВА) АТЕСТАЦІЯ ВИПУСКНИКІВ IX КЛАСІВ
РЕФЕРАТ З ФІЗИКИ
ЯВИЩЕ РАДІОАКТИВНОСТІ. ЙОГО ЗНАЧЕННЯ В НАУЦІ, ТЕХНІКИ, МЕДИЦИНІ
виконав:Дадаєв Аслан, учень 9 класу
керівник:Гагаріна Любов Олексіївна, учитель фізики
п. Перемоги 2010
1. Введение ..................................................................... ... стр.1
2. Явище радіоактивності ......... .. ........................... ................. стор.2
2.1.Откритіе радіоактивності .............................. ................ стор.2
2.2. Джерела радіації ................................................ .. стор.6
3. Отримання і застосування радіоактивних ізотопів ............... ..стр.8
3.1.Іспользованіе ізотопів в медицині ........................ ........ стор.8
3.2. Радіоактивні ізотопи в сільському господарстві .................. стор.10
3.3.Радіаціонная хронометрія .......................................... стор.11
3.4. Застосування радіоактивних ізотопів в промисловості ... стор.12
3.5. Використання ізотопів в науці ................................. ... стор.12
4. Висновок .................................................................. ... стор.13
5. Література .................................................................. ..стр.14
ВСТУП
Подання про атомах як незмінних найдрібніших частинках речовини було зруйновано відкриттям електрона, а також явища природного радіоактивного розпаду, відкритого французьким фізиком А. Беккерелем. Значний внесок у вивчення цього явища внесли видатні французькі фізики Марія Склодовська - Кюрі і П'єр Кюрі.
Природна радіоактивність існує мільярди років, вона присутня буквально всюди. Іонізуючі випромінювання існували на Землі задовго до зародження на ній життя і були присутні в космосі до виникнення самої Землі. Радіоактивні матеріали увійшли до складу Землі із самого її народження. Будь-яка людина злегка радіоактивний: в тканинах людського тіла одним з головних джерел природної радіації є калій - 40 і рубідій - 87, причому не існує способу від них позбавитися.
Шляхом здійснення ядерних реакцій при бомбардуванні ядер атомів алюмінію а - частками відомим французьким фізикам Фредеріку і Ірен Кюрі - Жоліо в 1934 році вдалося штучно створити радіоактивні ядра. Штучна радіоактивність принципово нічим не відрізняється від природної і підпорядковується тим же законам.
В даний час штучні радіоактивні ізотопи отримують різними способами. Найбільш поширеним є опромінення мішені (майбутнього радіоактивного препарату) в ядерному реакторі. Можливо опромінення мішені зарядженими частинками в спеціальних установках, де частинки прискорюються до великих енергій.
мета:з'ясувати в яких областях життєдіяльності використовують явище радіоактивності.
завдання:
· Вивчити історію відкриття радіоактивності.
· З'ясувати, що відбувається з речовиною при радіоактивному випромінюванні.
· З'ясувати, як отримати радіоактивні ізотопи і де вони застосуються.
· Розвивати навички роботи з додатковою літературою.
· У комп'ютерному виконанні виконати презентацію матеріалу.
ОСНОВНА ЧАСТИНА
2.Явленіе радіоактивності
2.1.Откритіе радіоактивності
Історія радіоактивностіпочалася з того, як в 1896 році французький фізик Анрі Беккерель займався люмінесценцією і дослідженням рентгенівських променів.
Відкриття радіоактивності, найбільш яскраве свідчення складної будови атома .
Коментуючи відкриття Рентгена вчені висувають гіпотезу про те, що рентгенівські промені випускаються при фосфоресценції незалежно від наявності катодних променів. А. Беккерель вирішив перевірити цю гіпотезу. Обернувши фотопластинку чорним папером, він поклав на неї металеву пластинку химерної форми, покриту шаром солі урану. Давши чотиригодинну витримку на сонячному світлі, Беккерель виявив фотопластинку і побачив на ній точний силует металевої фігурки. Він повторив досліди з великими варіаціями, отримуючи відбитки монети, ключа. Всі досліди підтвердили перевіряється гіпотезу, про що Беккерель доповів 24 лютого на засіданні академії наук. Однак Беккерель не припиняє досліди, готуючи все нові варіанти.
Анрі Беккерель Вельгельм Конрад Рентген
26 лютого 1896 року погода над Парижем зіпсувалася і підготовлені фотопластинки з шматочками уранової солі довелося покласти в темний ящик столу до появи сонця. Воно з'явилося над Парижем 1 березня, і досліди можна було продовжити. Взявши пластинки, Беккерель вирішив їх проявити. Проявивши пластинки, вчений побачив на них силуети уранових зразків. Нічого не розуміючи, Беккерель вирішив повторити випадковий досвід.
Він уклав в світлонепроникну коробку дві пластинки, насипав на них уранову сіль, поклавши попередньо на одну з них скло, а на іншу - алюмінієву пластинку. П'ять годин все це знаходилося в темній кімнаті, після чого Беккерель виявив фотопластинки. І що ж - силуети зразків знову чітко видно. Значить, які - то промені утворюються в солях урану. Вони схожі на Х - промені, але звідки вони беруться? Зрозумілим є одне, що зв'язку між Х - променями і фосфоресценції немає.
Про це він доповів на засіданні академії наук 2 березня 1896, абсолютно збивши з пантелику всіх її членів.
Беккерель встановив також, що часу з плином інтенсивність випромінювання одного і того ж зразка не змінюється і що нове випромінювання здатне розряджати наелектризовані тіла.
Більшість членів Паризької академії після чергової доповіді Беккереля на засіданні 26 березня повірили в його правоту.
Відкрите Беккерелем явище отримало назву радіоактивності,за пропозицією Марії Склодовської - Кюрі.
Марія Склодовська - Кюрі
радіоактивність - здатність атомів деяких хімічних елементів до мимовільного випромінювання.
У 1897 році Марія займаючись докторською дисертацією, вибравши тему для дослідження - відкриття Беккереля (П'єр Кюрі порадив вибрати дружині цю тему), вирішила знайти відповідь на питання: що є справжнім джерелом уранового випромінювання? З цією метою вона вирішує дослідити велику кількість зразків мінералів і солей і з'ясувати, чи тільки уран має властивість випромінювати. Працюючи зі зразками торію, вона виявляє, що він, подібно урану, дає такі ж промені і приблизно такої ж інтенсивності. Значить, дане явище виявляється властивістю не тільки урану, і йому треба дати особливу назву. Уран і торій назвали радіоактивними елементами. Робота тривала з новими мінералами.
П'єр, як фізик, відчуває важливість роботи і, залишивши тимчасово дослідження кристалів, починає працювати разом з дружиною. В результаті даної спільної роботи були відкриті нові радіоактивні елементи: полоній, радій і ін.
У листопаді 1903 року Королівське товариство присудило П'єру і Марії Кюрі одну з вищих наукових нагород Англії - медаль Деві.
13 листопада подружжя Кюрі одночасно з Беккерелем отримують телеграму зі Стокгольма про присудження їм трьом Нобелівської премії з фізики за видатні відкриття в області радіоактивності.
Справа, розпочата подружжям Кюрі, підхопили їхні учні, серед яких була дочка Ірен і зять Фредерік Жоліо, що стали в 1935 році лауреатами Нобелівської премії за відкриття штучної радіоактивності .
Ірен і Фредерік Кюрі - Жоліо
англійськими фізиками Е. Резерфордомі Ф. Соддібуло доведено, що у всіх радіоактивних процесах відбуваються взаємні перетворення атомних ядер хімічних елементів. Вивчення властивостей випромінювання, що супроводжує ці процеси в магнітному і електричному полях, показало, що воно поділяється на a-частинки, b-частинки і g-промені (електромагнітне випромінювання з дуже малою довжиною хвилі).
Е. Резерфорд Ф. Содді
Деякий час по тому в результаті дослідження різних фізичних характеристик і властивостей цих частинок (електричного заряду, маси та ін.) Вдалося встановити, що b - частка є електрон, а а - частка - повністю іонізований атом хімічного елемента гелію (тобто атом гелію, що втратив обидва електрона).
Крім того з'ясувалося, що радіоактивність- це здатність деяких атомних ядер мимовільно перетворюватися в інші ядра з випусканням частинок.
Так, наприклад, було знайдено кілька різновидів атомів урану: з масами ядер, приблизно рівними 234 а.е.м., 235 а.е.м., 238 а.е.м. і 239 а.е.м. Причому всі ці атоми мали однаковими хімічними властивостями. Вони однаковим чином вступали в хімічні реакції, утворюючи одні і ті ж з'єднання.
При деяких ядерних реакціях виникає сильно проникаюче випромінювання. Ці промені проникають через шар свинцю товщиною в кілька метрів. Це випромінювання являє собою потік часток, заряджених нейтрально. Ці частинки названі нейтронами.
При деяких ядерних реакціях виникає сильно проникаюче випромінювання. Ці промені бувають різних видів і мають різну проникаючу здатність. наприклад, потік нейтронів проникає через шар свинцю товщиною в кілька метрів.
2.2. джерела радіації
Радіація досить численна і різноманітна, проте можна виділити близько семи основних її джерел.
першим джереломє наша Земля. Ця радіація пояснюється наявністю в Землі радіоактивних елементів, концентрація яких в різних місцях змінюється в широких межах.
Друге джерелорадіації - космос, звідки на Землю постійно падає потік частинок високої енергії. Джерелами освіти космічного випромінювання є зоряні вибухи в Галактиці і сонячні спалахи.
третє джерелорадіації - це радіоактивні природні матеріали, використовувані людиною для будівництва житлових і виробничих приміщень. В середньому потужність дози всередині будівель на 18% - 50% більше, ніж зовні. Усередині приміщень людина проводить три чверті свого життя. Людина, що постійно перебуває в приміщенні, збудованому з граніту, може отримати - 400 мбер / рік, з червоної цегли -189 мбер / рік, з бетону - 100мбер / рік, з дерева - 30 мбер / рік.
четвертийджерело радіоактивності населенню маловідомий, але не менш небезпечний. Це радіоактивні матеріали, які людина використовує в повсякденній діяльності.
До складу фарб для друку банківських чеків включають радіоактивний вуглець, що забезпечує легку ідентифікацію підроблених документів.
Для отримання фарби або емалі на кераміці або коштовностях застосовується уран.
Уран і торій використовують при виробництві скла.
Штучні зуби з порцеляни посилюються ураном і церієм. При цьому - випромінювання на прилеглі до зубів слизові оболонки може досягти 66 бер / рік, тоді як річна норма для всього організму не повинна перевищувати 0,5 бер (тобто в 33 рази більше)
Екран телевізора випромінює на людину 2-3 мбер / рік.
п'ятийджерело - підприємства з транспортування і переробки радіоактивних матеріалів.
шостимджерелом радіації є атомні електростанції. На АЕС,
крім твердих відходів, є також рідкі (заражені води з контурів охолодження реакторів) і газоподібні міститься в вуглекислому газі, що використовується для охолодження.
сьомийджерело радіоактивного випромінювання - це медичні установки. Незважаючи на звичайність їх використання в повсякденній практиці, небезпека опромінення від них набагато більше, ніж від усіх розглянутих вище джерел і досягає іноді десятків бер. Один з поширених способів діагностики - рентгенівської апарат. Так, при рентгенографії зубів - 3 бер, при рентгеноскопії шлунка - стільки ж, при флюорографії - 370 мбер.
Що ж відбувається з речовиною при радіоактивному випромінюванні?
По перше, Дивовижне сталість, з яким радіоактивні елементи випускають випромінювання. Протягом доби, місяців, років інтенсивність випромінювання помітно не змінюється. На нього не впливає нагрівання або збільшення тиску, хімічні реакції в які вступав радіоактивний елемент, так само не впливали на інтенсивність випромінювання.
По-друге, Радіоактивність супроводжується виділенням енергії, і вона виділяється безперервно протягом ряду років. Звідки ж береться ця енергія? При радіоактивності речовина, відчуває якісь - то глибокі зміни. Було зроблено припущення, що перетворення зазнають самі атоми.
Наявність одних і тих же хімічних властивостей означає, що всі ці атоми мають однакове число електронів в електронній оболонці, а значить, і однакові заряди ядер.
Якщо заряди ядер атомів однакові, значить, ці атоми належать одному і тому ж хімічному елементу (незважаючи на відмінності в їх масах) і мають один і той самий порядковий номер в таблиці Д.І. Менделєєва. Різновиди одного і того ж хімічного елемента, що розрізняються по масі атомних ядер назвали ізотопами .
3. Отримання і застосування радіоактивних ізотопів
Радіоактивні ізотопи, що зустрічають в природі, називаються природними. Але багато хімічні елементи зустрічаються в природі тільки в стабільному (тобто радіоактивне) стані.
У 1934 році французькі вчені Ірен і Фредерік Жоліо - Кюрі виявили, що радіоактивні ізотопи можуть бути створені штучним шляхом в результаті ядерних реакцій. Такі ізотопи назвали штучними .
Для отримання штучних радіоактивних ізотопів зазвичай використовують ядерні реактори і прискорювачі елементарних частинок. Існує галузь промисловості, що спеціалізується на виробництві таких елементів.
Згодом був отримані штучні ізотопи всіх хімічних елементів. Всього в даний час відомо приблизно 2000 радіоактивних ізотопів, причому 300 з них - природні.
В даний час радіоактивні ізотопи широко застосовують в різних сферах наукової та практичної діяльності: техніка, медицина, сільське господарство, засоби зв'язку, військової області і в деяких інших. При цьому часто використовують так званий метод мічених атомів.
3.1.Іспользованіе ізотопів в медицині
Застосування ізотопів, одним з найбільш видатних досліджень, проведених за допомогою «мічених атомів», стало дослідження обміну речовин в організмах.
За допомогою ізотопів були розкриті механізми розвитку (патогенез) ряду захворювань; їх застосовують також для вивчення обміну речовин і діагностики багатьох захворювань.
Ізотопи вводять в організм людини в дуже малих кількостях (безпечне для здоров'я), нездатних викликати які-небудь патологічні зрушення. Кров'ю вони нерівномірно розподіляються по всьому організму. Випромінювання, що виникає при розпаді ізотопу, реєструють приладами (спеціальними лічильниками частинок, фотографуванням), розташованих поблизу тіла людини. В результаті можна отримати зображення якого-небудь внутрішнього органу. З цього зображенню можна судити про розміри і форму цього органу, про спекотних і концентрації ізотопу в
різних його частинах. Можна також оцінити функціональний стан (тобто роботу) внутрішніх органів за швидкістю накопичення і виведення ними радіонукліда.
Так, стан серцевого кровообігу, швидкості кроветока, зображення порожнин серця визначають за допомогою з'єднань, що включають ізотопи натрію, йоду, техніці; для вивчення легеневої вентиляції і захворювань спинного мозку застосовують ізотопи техніці, ксенону; макроагрегати альбуміну людської сироватки з ізотопом йоду використовують для діагностики різних запальних процесів в легенях, їх пухлин і при різних захворюваннях щитовидної залози.
Використання ізотопів в медицині
Концентраційну і видільну функції печінки вивчають за допомогою фарби бенгал-роз з ізотопом йоду, золота. Зображення кишечника, шлунку отримують, використовуючи ізотоп техніці, селезінки застосовуючи еритроцити з ізотопом технецію або хрому; за допомогою ізотопу селену діагностують захворювання підшлункової залози. Всі ці дані дозволяють поставити правильний діагноз захворювання.
За допомогою методу «мічених атомів» досліджують також різні відхилення в роботі системи кровообігу, виявляють пухлини (оскільки саме в них накопичуються деякі радіоізотопи). Завдяки цьому методу було виявлено, що за порівняно короткий час організм людини майже повністю оновлюється. Виняток є лише залізо, що входить до складу крові: воно починає засвоюється організмом з їжі тільки тоді, коли йо запаси вичерпуються.
Важливе значення при виборі ізотопу має питання про чутливість методу ізотопного аналізу, а також про тип радіоактивного розпаду і енергії випромінювання.
У медицині радіоактивні ізотопи використовуються не тільки для діагностики, але і для лікування деяких захворювань, наприклад ракових пухлин, базедової хвороби та ін.
У зв'язку з застосуванням дуже малих доз радіоізотопів променева дія на організм при радіаційної діагностиці та лікуванні не представляє небезпеки для пацієнтів.
3.2. Радіоактивні ізотопи в сільському господарстві
Все більш широке застосування отримують радіоактивні ізотопи в сільському господарстві. Опромінення насіння рослин (бавовнику, капусти, редиски та ін.) Невеликими дозами гамма-променів від радіоактивних препаратів призводить до помітного збільшення врожайності. Великі дози радіації викликають мутації у рослин і мікроорганізмів, що в окремих випадках призводить до появи мутантів з новими цінними властивостями ( радіоселекція). Так виведені цінні сорти пшениці, квасолі та інших культур, а також отримані високо продуктивні мікроорганізми, що застосовуються у виробництві антибіотиків.
Гамма - випромінювання радіоактивних ізотопів використовується також для боротьби з шкідливими комахами і для консервації харчових продуктів. Широке застосування отримали «мічені атоми» в агротехніці. Наприклад, щоб з'ясувати, яке з фосфорних добрив краще засвоюється рослиною, позначають різні добрива радіоактивним фосфором. Досліджуючи потім рослини на радіоактивність, можна визначити кількість засвоєного ними фосфору з різних сортів добрива.
Цікаве застосування для визначення віку древніх предметів органічного походження (дерева, деревного вугілля, тканин і т. Д.) Отримав метод радіоактивного вуглецю. У рослинах завжди є бета - радіоактивний ізотоп вуглецю з періодом напіврозпаду Т = 5700 років. Він утворюється в атмосфері Землі в невеликій кількості з азоту під дією нейтронів. Останні ж виникають за рахунок ядерних реакцій, викликаних швидкими частинками, які надходять в атмосферу з космосу (космічні промені). З'єднуючись з киснем, цей вуглець утворює, вуглекислий газ, що поглинається рослинами, а через них і тваринами.
Ізотопи широко використовуються для визначення фізичних властивостей грунту
і запасів в ній елементів їжі рослин, для вивчення взаємодії грунту і добрив, процесів засвоєння рослинами поживних елементів, надходження в рослини мінеральної їжі через листя. Користуються ізотопами для виявлення дії на рослинний організм пестицидів, що дозволяє встановити концентрацію і терміни обробки ними посівів. Застосовуючи метод ізотопів, досліджують найважливіші біологічні властивості с / г культур (при оцінці і відборі селекційного матеріалу) врожайність, скоростиглість, хладостойкость.
В тваринництвівивчають фізіологічні процеси, що протікають в організмі тварин, проводять аналіз кормів на вміст токсичних речовин (малі дози яких важко визначити хімічними методами) і мікроелементів. За допомогою ізотопів розробляють прийоми автоматизації виробничих процесів, наприклад відділення коренеплодів від каменів і грудок грунту при збиранні комбайном на кам'янистих і важких грунтах.
3.3.Радіаціонная хронометрія
Деякі радіоактивні ізотопи можна з успіхом використовувати для визначення віку різних копалин ( радіаційна хронометрія). Найбільш поширений і ефективний метод радіаційної хронометрії заснований на вимірюванні радіоактивності органічних речовин, яка обумовлена радіоактивним вуглецем (14С).
Дослідження показали, що в кожному грамі вуглецю в будь-якому організмі за хвилину відбувається 16 радіоактивних бета-розпадів (точніше, 15,3 ± 0,1). Після закінчення 5730 років в кожному грамі вуглецю буде розпадатися вже тільки 8 атомів в хвилину, через 11 460 років - 4 атома.
Один грам вуглецю з зразків молодого лісу випускає близько п'ятнадцяти бета - частинок в секунду. Після загибелі організму поповнення його радіоактивним вуглецем припиняється. Наявне ж кількість цього ізотопу зменшується за рахунок радіоактивності. Визначаючи процентний вміст радіоактивного вуглецю в органічних залишках, можна визначити їх вік, якщо він лежить в межах від 1000 до 50000 і навіть до 100000 років.
Число радіоактивних розпадів, т. Е. Радіоактивність досліджуваних зразків, вимірюють детекторами радіоактивного випромінювання.
Таким чином, вимірявши в певному ваговому кількості матеріалу досліджуваного зразка число радіоактивних розпадів за хвилину і перерахувавши це число на грам вуглецю, ми можемо встановити вік об'єкта, з якого взято зразок. Таким методом дізнаються вік єгипетських мумій, залишків доісторичних багать і т. Д.
3.4. застосування радіоактивних ізотопів в промисловості
Одним із прикладів може слугувати такий спосіб контролю зносу поршневих кілець в двигунах внутрішнього згоряння. Опромінюючи поршневі кільця нейтронами, викликають в ньому ядерні реакції і роблять його радіоактивним. При роботі двигуна частинки матеріалу кільця потрапляють в мастило. Досліджуючи рівень радіоактивності масла після певного часу роботи двигуна, визначають знос кільця. Радіоактивні ізотопи дозволяють судити про дифузії металів, процесах в доменних печах і т. Д. Потужне гамма-випромінювання радіоактивних препаратів використовують для дослідження внутрішньої структури металевих виливків з метою виявлення в них дефектів.
Ізотопи також використовуються в ядерно-фізичної апаратурі для виготовлення лічильників нейтронів, що дозволяє збільшити ефективність рахунку більш ніж в 5 разів, в ядерній енергетиці як сповільнювачі і поглиначі нейтронів.
3.5. Використання ізотопів в науці
Використання ізотопів в біологіїпривело до перегляду колишніх уявлень про природу фотосинтезу, а також про механізми, що забезпечують засвоєння рослинами неорганічних речовин карбонатів, нітратів, фосфатів і ін. За допомогою ізотопів вивчено переміщення популяцій в біосфері і окремих особин всередині даної популяції, міграції мікробів, а також окремих з'єднань усередині організму. Вводячи в організми з їжею або шляхом ін'єкцій мітку, вдалося вивчити швидкість і шляхи міграції багатьох комах (москітів, мух, сарани), птахів, гризунів та ін. Дрібних тварин і отримати дані про чисельність їх популяцій.
В області фізіології і біохімії рослинза допомогою ізотопів вирішено ряд теоретичних і прикладних проблем: з'ясовані шляхи надходження мінеральних речовин, рідин і газів в рослини, а також роль різних хімічних елементів, в тому числі мікроелементів, в житті рослин. Показано, зокрема, що вуглець надходить в рослини не тільки через листя, але і через кореневу систему, встановлені шляхи і швидкості пересування ряду речовин з кореневої системи в стебло і листя і з цих органів до коріння.
В області фізіології і біохімії тварин і людинививчені швидкості надходження різних речовин в їх тканини (в тому числі швидкість включення заліза в гемоглобін, фосфору в нервову і м'язові тканини, кальцію в кістки). Використання "міченої" їжі призвело до нового уявлення про швидкості всмоктування і поширення харчових речовин, про їх "долю" в організмі і допомогло простежити за впливом внутрішніх і зовнішніх чинників (голодування, асфіксія, перевтома і т. Д.) На обмін речовин.
ВИСНОВОК
Видатні французькі фізики Марія Склодовська - Кюрі і П'єр Кюрі, їхня дочка Ірен і зять Фредерік Жоліо і багато інших вчених не тільки внесли великий вклад в розвиток ядерної фізики, але були пристрасними борцями за мир. Вони вели значну роботу по мирному використанню атомної енергії.
У Радянському Союзі роботи над атомною енергією почалися в 1943 році під керівництвом видатного радянського вченого І. В. Курчатова. У важких умовах небувалої війни радянські вчені вирішували складні наукові і технічні завдання, пов'язані з оволодінням атомною енергією. 25 грудня 1946 року за керівництвом І. В. Курчатова вперше на континенті Європи і Азії була здійснена ланцюгова реакція. У Радянському Союзі почалася ера мирного атома.
В ході роботи я з'ясував, радіоактивні ізотопи, отримані штучним шляхом, знайшли широке застосування в науці, техніці, сільському господарстві, промисловості, медицині, археології та інших областях. Це обумовлено наступними властивостями радіоактивних ізотопів:
· Радіоактивну речовину безперервно випромінює певний вид часток і інтенсивність протягом часу не змінюється;
· Випромінювання володіє певною проникаючу здатність;
· Радіоактивність супроводжується виділенням енергії;
· Під дією випромінювання можуть відбуватися зміни в опромінюється речовині;
· Випромінювання можна зафіксувати різними способами: спеціальними лічильниками частинок, фотографуванням і т.д.
ЛІТЕРАТУРА
1. Ф.М. Дягілєв «З історії фізики і життя її творців» - М .: Просвещение, 1986.
2. А.С. Енохін, О.Ф. Кабардин і ін. «Хрестоматія з фізики» - М .: Просвещение, 1982.
3. П.С. Кудрявцев. «Історія фізики» - М .: Просвещение, 1971.
4. Г.Я. Мякішев, Б.Б. Буховцев «Фізика 11 кл.» - М .: Просвещение, 2004.
5. А.В. Перишкін, Е.В. Гутник «Фізика 9 кл.» - М .: Дрофа, 2005.
6. Інтернет - ресурси.
рецензія
на екзаменаційний реферат з фізики «Явище радіоактивності. Його значення в науці, техніці, медицині ».
Актуальність обраної теми автор бачить в можливості використання ядерної енергії в мирних цілях. Радіоактивні ізотопи, отримані штучним шляхом, знайшли широке застосування в різних сферах наукової та практичної діяльності: науці, техніці, сільському господарстві, промисловості, медицині, археології та ін.
Однак в розділі «Вступ» не зазначена актуальність і зацікавленість автора в обраній темі реферату.
Доступно, логічно прописано відкриття радіоактивності; дослідження, що проводяться за допомогою «мічених атомів».
Оформлення реферату не у всіх випадках відповідає вимогам:
· Чи не пронумеровані сторінки;
· Кожен розділ надруковано ні з нової сторінки;
· В тексті немає посилань на ілюстрації;
· У розділі «Література» не вказані сайти Інтернет - ресурсів.
В цілому, незважаючи на незначні недоліки в складанні і оформленні, можна сказати, що реферат «Явище радіоактивності. Його значення в науці, техніці, медицині »заслуговує оцінки« добре ».
Учитель фізики МОУ «Побединская ЗОШ»: ___________ / Л.А. Гагаріна /
Дані речовини на сьогодні знайшли велике застосування в різних прикладних областях, зокрема,. Вони використовуються як для лікування, так і для діагностики захворювань.Наприклад, в якості терапії базедовій хвороби щитовидної залози використовується радіоактивний йод-131. В даному випадку рекомендується вводити великі дози цього елементи, так як вони сприяють руйнуванню аномальних тканин, внаслідок чого структура органу відновлюється, а з ним і функція. Йод широко застосовується і для діагностики стану щитовидної залози. При введенні його в організм на екрані монітора оцінюється швидкість відкладення в клітинах, на підставі чого ставиться діагноз.
Для діагностики порушень кровообігу велику роль відіграють ізотопи натрію.
Найбільш часто в повсякденному житті для лікування пухлинних захворювань застосовуються ізотопи кобальту, зокрема кобальт-60. Він знайшов застосування в радіохірургії при створенні "кобальтових гармат, в дезинфектології для стерилізації медичного інструментарію, матеріалів.
В цілому всі методи дослідження внутрішніх органів за допомогою подібних елементів прийнято називати радіоізотопними. Ізотопи можуть застосовуватися і для отримання корисних мікроорганізмів. А ті є основою синтезування антибактеріальних засобів.
Використання в промисловості та сільському господарстві
Велике значення мають радіоактивні ізотопи і в інших сферах діяльності людини. У машинобудівній галузі з їх допомогою визначають ступінь зносу різних деталей в двигунах.За ним можна визначати швидкість дифузії металів в доменних печах.
Важливий напрямок - це дефектоскопія. За допомогою подібних хімічних елементів можна досліджувати структуру деталей, в тому числі металевих.
За допомогою радіоактивних ізотопів створюють нові сорти сільськогосподарських рослин. Крім того, науково доведено, що гамма-опромінення сприяє підвищенню врожайності культур, підвищує їх стійкість до несприятливих факторів. Широке застосування ці речовини знайшли в селекції. При добриві рослин використовують спосіб, при якому їх позначають радіоактивним фосфором і оцінюють ефективність добрив. В силу всього можна зробити висновок про те, що радіоактивні ізотопи застосовуються ось багатьох сферах діяльності. Вони мають властивості, яких немає у тих же елементів з нормальною атомною масою.
Щоб краще зрозуміти, що таке ізотопи, можна пограти. Уявіть великі прозорі кулі. Їх іноді можна побачити в парку. Кожен шар - це ядро атома.
Кожне ядро складається з протонів і нейтронів. Протони - позитивно заряджені частинки. Замість протонів у вас будуть іграшкові зайчики на батарейках. А замість нейтронів - зайчики без батарейок, адже вони не несуть ніякого заряду. В обидві кулі покладіть по 8 зайчиків з батарейками. Значить, в кожному кулі-ядрі у вас по 8 позитивно заряджених протонів. Тепер ось що треба зробити з зайцями без батарейок - нейтронами. В один шар покладіть 8 зайців-нейтронів, а в іншій -7 зайців-нейтронів.
Масове число - це сума протонів і нейтронів. Порахуйте зайців в кожному кулі і дізнайтеся масове число. В одній кулі масове число - 16, в іншому кулі - 17. Ви бачите два однакових ядра-кулі з одним і тим же числом протонів. Число нейтронів у них відрізняється. Кулі виступили в ролі ізотопів. Знаєте,? Тому що ізотопи - це варіанти одного елемента з різними числом нейтронів. Виявляється, ці кулі насправді не просто ядра атомів, а справжнісінькі хімічні елементи в таблиці Менделєєва. Згадайте, який має заряд +8? Звичайно, це кисень. Тепер зрозуміло, що у кисню кілька ізотопів, і всі вони відрізняються один від одного числом нейтронів. Ізотоп кисню з масовим числом 16 має 8 нейтронів, а ізотоп кисню з масовим числом 17 має 9 нейтронів. Масове число вказується у верхній частині зліва від хімічного символу елементу.
Уявіть кулі з зайцями, і буде легше зрозуміти
Радіоактивні ізотопи і іонізуючі випромінювання для діагностики та лікування широко застосовуються в медицині, а в ветеринарії для практичного використання вони не знайшли широкого застосування.
Радіоактивні ізотопи, використовувані для діагностики повинні відповідати наступним вимогам: мати короткий період напіврозпаду, низьку радиотоксичность, можливість для реєстрації їх випромінювань, а також накопичуватися в тканинах обстежуваного органу. Наприклад, для діагностики патологічних станів кісткової тканини використовують 67 Ga (галий), для діагностики первинних і вторинних пухлин скелета - ізотопи стронцію (85 Sr і 87 Sr), для діагностики печінки - 99 Tc і 113 In (технецій і індій) для діагностики нирок - 131 I (йоду) і щитовидної залози 24 Na (натрію) і 131 I (йоду), селезінки - 53 Fe (заліза) і 52 Cr (хрому).
Радіоактивні ізотопи використовують для визначення функціонального стану серцево-судинної системи по швидкості кровотоку і об'єму циркулюючої крові. Метод заснований на реєстрації переміщення меченной гамма-радіоактивною міткою крові в серце і в різних ділянках судин. Радіоізотопні методи дозволяють визначати хвилинний обсяг крові в серце і об'єм крові, що циркулює в судинах, в тканинах органів. За допомогою радіоактивних газів, з яких частіше використовується радіоізотоп ксенону (133 Хе), визначають функціональний стан зовнішнього дихання - вентиляції, дифузії в легеневому кровотоці.
Ізотопний метод дуже ефективний при дослідженні водного обміну, як в нормі, так і при порушенні обміну речовин, інфекційної і неінфекційної патології. Метод полягає в тому, що до складу молекули водню (1 Н) вводять його радіоактивний ізотоп тритій (3 Н). Мічену воду у вигляді ін'єкцій вводять в кров, з якої тритій швидко розноситься по організму і проникає в позаклітинний простір і клітини, де вступає в реакції обміну з біохімічними молекулами. При цьому, простежуючи шлях і швидкість обмінних реакцій тритію, визначають динаміку водного обміну.
При деяких захворюваннях крові виникає необхідність дослідження функцій селезінки, для цих цілей використовують радіоізотопи заліза (59 Fe). Радіоактивне залізо вводять в кров у вигляді мітки в складі еритроцитів або плазми, з яких воно поглинається селезінкою, пропорційно функціональним порушення органу. Концентрація 59 Fe в селезінці визначається шляхом реєстрації гамма-випромінювання, що супроводжує радіоактивним розпадом ядер 59 Fe, за допомогою гамма-щупа, прикладеного до області селезінки.
Широке застосування в клінічній практиці отримало сканування досліджуваних органів- печінки, нирок, селезінки, підшлункової залози і т. Д. За допомогою цього методу вивчають розподіл радіонукліда в досліджуваному органі і функціональний стан органу. Сканування дає наочне уявлення про місце розташування органу, про його розміри і форму. Дифузне розподіл радіоактивної речовини дозволяє виявити в органі ділянки інтенсивного накопичення ( «гарячі» осередки) або зниженій концентрації ізотопу ( «холодні» зони).
Лікувальне застосування радіоізотопів і іонізуючих випромінювань засноване на їх біологічну дію.Відомо, що найбільш радіочутливі молоді, інтенсивно діляться клітини, до яких також відносяться ракові клітини, тому радіотерапія виявилася ефективна на злоякісних новоутвореннях і хворобах кровотворних органів. Залежно від локалізації пухлини здійснюють зовнішнє гамма-опромінення за допомогою гамма-терапевтичних установок; накладають на шкіру аплікатори з радіоактивним Каліфорнії (252 Cf) для контактної дії; вводять безпосередньо в пухлину колоїдні розчини радіоактивних препаратів або порожнисті голки, заповнені радіоізотопами; вводять внутрішньовенно короткоживучі радіонукліди, які вибірково накопичуються в пухлинних тканинах.
Завданням променевої терапії раку є придушення здатності пухлинних клітин до необмеженого розмноження. При невеликому розмірі пухлинного вогнища це завдання вирішується шляхом опромінення пухлини дозою, здатної дуже швидко придушити клоногенних активність всіх клітин пухлини. Однак в більшості випадків при променевої терапії в зоні опромінення неминуче виявляються не тільки пухлину, а й навколишні її здорові тканини. Частина нормальних тканин піддається опроміненню спеціально з метою пригнічення росту пухлинних клітин, які проникають в нормальні тканини.
В променевої терапії необхідне вдосконалення апаратури і джерел опромінення, здатних забезпечувати краще просторовий розподіл дози між пухлиною і навколишніми її тканинами. На початковому етапі розвитку променевої терапії основним завданням було підвищення енергії рентгенівського випромінювання , Що дозволяло перейти від лікування поверхнево розташованих новоутворень до глибоко розташованих в тканинах пухлин. Використання кобальтових гамма-установок дозволяє поліпшити співвідношення глибинної та поверхневої доз. При цьому максимум поглиненої дози розподіляться не на поверхні пухлини, як при рентгенівському опроміненні, а на глибині 3-4 мм. Використання лінійних прискорювачів електронів дозволяє проводити опромінення пухлини пучком електронів високих енергій. Найбільш досконалі установки в даний час забезпечуються пелюстковим коллиматором, який дозволяє формувати поле опромінення, відповідне формі пухлини. Точніше просторовий розподіл поглиненої дози між пухлиною і навколишніми її нормальними тканинами отримують використовуючи важкі заряджені частинки, до яких відносяться протони, іони гелію, іони важких елементів, а також π - мезони. Крім технічного прогресу променевої терапії не менш важливим є підвищення біологічної ефективності лікування, яке передбачає проведення досліджень з вивчення процесів, що відбуваються в різних тканинах при опроміненні. При обмеженою поширеності пухлинного процесу ефективним методом лікування є опромінення пухлини. Разом з тим, тільки одна променева терапія пухлин менш ефективна. Лікування здебільшого хворих досягається хірургічними, лікарськими і комбінованими методами в поєднанні з променевою терапією. Поліпшення результативності променевих методів лікування простим збільшенням доз опромінення викликає різке зростання частоти і тяжкості променевих ускладнень в нормальних тканинах. Подолати цей процес можна, по-перше, шляхом поглибленого вивчення процесів, що відбуваються в тканинах в умовах фракціонованого опромінення, по-друге, шляхом вивчення факторів, що впливають на радіочутливість клітин пухлин і нормальних тканин з урахуванням індивідуальних особливостей хворих. Ці обставини вимагають розробки нових методів підвищення ефективності променевої терапії, зокрема, за рахунок використання радіомодифікаторів і нових режимів фракціонування дози. Великий вплив на ефективність променевої терапії надає вихідна радіостійкість ракових клітин, яка значно змінюється як серед пухлин різного походження, так і в межах однієї пухлини. До радіочутливим новоутворенням прийнято відносити лімфоми, мієломи, семиноми, пухлини голови та шиї. До пухлин з проміжною радиочувствительностью відносять пухлини молочної залози, рак легені, рак сечового міхура. До найбільш радіостійких пухлин відносять пухлини нейрогенного походження, остеосаркоми, фібросаркоми, рак нирки. Низькодиференційовані пухлини більш радіочутливі, ніж високодиференційовані. В даний час є дані про високу мінливість радиочувствительности клітинних ліній, отриманих з однієї і тієї ж пухлини. Причини широкої варіабельності радиочувствительности ракових клітин до опромінення залишаються нез'ясованими до теперішнього часу.
важливим завданнямракової терапії є розробка методів селективного (виборчого) управління тканинної радіо-чутливості, спрямованих на підвищення радіо-чутливості пухлинних клітин і збільшення радіо-стійкості клітин здорових тканин. Фактором, що значно збільшує радіостійкість пухлинних клітин, є гіпоксія, Що виникає внаслідок дисбалансу в швидкостях розмноження клітин і зростання судинної мережі, яка живить ці клітини. Це було доведено на підставі того, що радіостійкість опромінених клітин значно зростає при дефіциті кисню або гіпоксії, а також на підставі того, що розвиток гіпоксії є логічним наслідком некерованого зростання злоякісних пухлин. Клітини пухлини ростуть швидше, живильної їх судинної мережі, тому судинна мережу пухлинних клітин, в порівнянні з судинної мережею нормальних клітин, фізіологічно неповноцінна. Щільність капілярної мережі нерівномірно розподілена за обсягом пухлини. Діляться клітини, розташовані близько судин, розсовують капіляри, і на відстані 150-200 мкм від них виникають зони хронічної гіпоксії, в які не доходить кисень. Крім цього некероване поділ клітин призводить до періодичного підвищення внутрішньопухлинно тиску, через який відбувається тимчасове здавлювання окремих капілярів і припинення в них мікроциркуляції крові, при цьому напруга кисню (рО2) може падати до нульових значень, і тому спостерігається стан гострої гіпоксії. В таких умовах частина найбільш радіочутливих клітин пухлини гине, а ірадіостійкість клітини залишаються і продовжують поділ. Ці клітини називаються гипоксическими пухлинними клітинами.
Методи управління тканинної радиочувствительностью при променевої терапії засновані на відмінностях в кровопостачанні і кисневих режимах, метаболізмі та інтенсивності поділу клітин пухлин і нормальних тканин. Для підвищення радіочутливості гіпоксичних пухлинних клітин як сенсибілізатора використовується кисень. У 1950 р англійськими вченими був розроблений метод оксібарорадіотерапіі, При якому на час сеансів променевої терапії хворий поміщається в барокамеру, в якій знаходиться кисень під тиском в три атмосфери. В цьому випадку киснем насичується гемоглобін і значно збільшується напруга кисню, розчиненого в плазмі крові. Використання цього методу дозволило значно поліпшити лікування декількох видів пухлин, в першу чергу раку шийки матки та новоутворень голови і шиї. В даний час використовується інший метод насичення клітин киснем - дихання карбогеном, сумішшю кисню і 3-5% -ного вуглекислого газу, Які підсилює легеневу вентиляцію за рахунок стимулювання дихального центру. Поліпшенню лікувального ефекту сприяє призначення хворим нікотинаміду - препарату, що розширює кровоносні судини. Велика увага приділяється розробці хімічних сполук, що володіють електронакцепторнимі властивостями, що мають, як і кисень, не спарений електрон, завдяки якому забезпечується висока реакційна здатність. На відміну від кисню, електронакцепторние сенсибілізатори не використовуються клітиною в процесі енергетичного метаболізму і тому вони більш ефективні.
Крім гіпоксії в радіаційної онкології використовують гіпертермію, Т. Е. Короткочасний, в межах 1 години, локальний нагрів окремих ділянок тіла (локальна гіпертермія) або нагрів всього тіла, за винятком головного мозку до температури 40- 43,5 0 C (загальна гіпертермія). Така температура викликає загибель деякої частини клітин, яка збільшується в умовах зниженого напруги кисню, характерного для гіпоксичних зон злоякісних новоутворень. Гіпертермія застосовується для лікування тільки окремих злоякісних і доброякісних новоутворень (головним чином аденоми простати). Для досягнення більш високих ефектів лікування гіпертермію використовують в поєднанні з променевою терапією і хіміотерапією, при цьому гіпертермію проводять до або після опромінення. Сеанси гіпертермії проводять 2-3 рази на тиждень, при цьому частіше використовується прогрів пухлини після сеансу опромінення, щоб забезпечити в пухлини більш високу температуру, ніж в нормальних тканинах. При високій температурі в пухлинних клітинах синтезуються особливі білки (білки теплового шоку), які беруть участь в радіаційному відновленні клітин, тому частина пошкоджень в опромінених клітинах пухлини відновлюється, а повторне опромінення викликає загибель цих відновлених клітин і знову утворюються клітин. Встановлено, що одним з факторів посилення ефекту опромінення за допомогою гіпертермії є придушення репараційних здібностей ракової клітини.
Експериментально доведено, що при опроміненні клітин, нагрітих до температури 42 0 С, вражаючий ефект залежить від рН клітинної середовища, при цьому найменша загибель клітин спостерігалася при рН = 7,6, а найбільша - при рН = 7,0 і менше. Для підвищення ефективності лікування пухлини, в організм вводять велику кількість глюкози, яку жадібно поглинає пухлина і перетворює її в молочну кислоту, тому в клітинах пухлини рН знижується до 6 і 5,5. Введення в організм підвищеної кількості глюкози також збільшує в крові вміст цукру в 3-4 рази, тому значно знижується рН і посилюється протипухлинну дію гіпертермії, яке проявляється в масовій загибелі клітин.
При розробці методів опромінення пухлини встає проблема протипроменевого захисту нормальних тканин, Тому необхідно розробляти методи, що сприяють підвищенню радіостійких нормальних тканин, що в свою чергу дозволить збільшити дози опромінення пухлин і підвищити ефективність лікування. В даний час доведено, що в умовах гіпоксії променеве ураження пухлинних клітин значно посилюється в порівнянні з опроміненням на повітрі. Це дає підставу використовувати для виборчої захисту нормальної тканини методи опромінення пухлин в умовах газової (кисневої) гіпоксії. В даний час триває пошук хімічних радіопротекторів, які б надавали виборче захисну дію тільки для нормальних тканин і в той же час не захищали клітини пухлин від поразки.
При лікуванні багатьох онкологічних захворювань використовується комплексна терапія, т. Е. Спільне застосування опромінення та хіміотерапевтичних препаратів, які надають Радіомодем-фіцірующее дію. Опромінення використовується для пригнічення росту первинної пухлини, а лікарська терапія - для боротьби з метастазами.
В променевої терапії широко використовуються важкі ядерні частки - протони, важкі іони, π-мезони і нейтрони різних енергій. Пучки важких заряджених частинок створюються на прискорювачах, мають мале бічне розсіювання, що дозволяє формувати дозові поля з чітким контуром по межі пухлини. Всі частинки мають однакову енергію і відповідно однакову глибину проникнення в тканину, що дозволяє менше опромінювати нормальні тканини, що знаходяться по ходу пучка за межами пухлини. У важких заряджених частинок лінійні втрати енергії збільшуються в кінці пробігу, тому створювана ними фізична доза в тканинах не зменшується зі збільшенням глибини проникнення, як при опроміненні рідко іонізуючим випромінюванням, а зростає. Збільшення поглиненої в тканинах дози випромінювання в кінці пробігу носить назву піку Брегга. Розширити пік Брегга до розміру пухлини можна при використанні на шляху пробігу частинок так званих гребінчастих фільтрів. На малюнку 6 наведено результати оцінки глибинного розподілу дози, створюваного різними видами випромінювання, при опроміненні пухлини діаметром 4 см, що розташовується в тілі на глибині 8-12 см.
Мал. 6. Просторовий розподіл поглиненої дози випромінювань різних видів випромінювань
Якщо відносна доза опромінення, що дорівнює одиниці, доводиться на середину пухлини, т. Е. 10 см від поверхні тіла, тоді при гамма і нейтронном опроміненні доза на вході пучка (т. Е. В нормальних тканинах) удвічі перевищують дозу в центрі пухлини. При цьому опромінення здорових тканин відбувається і після проходження пучка випромінювань через злоякісну пухлину. Інша картина спостерігається при використанні важких заряджених частинок (прискорених протонів і π-мезонів), які основну енергію передають безпосередньо пухлин, а не нормальним тканинам. Доза, поглинена в пухлини, вище, ніж доза, поглинена в нормальних тканинах, розташованих по ходу пучка, як до проникнення в пухлину, так і після виходу з пухлини.
корпускулярну терапію(Опромінення прискореними протонами, іонами гелію і водню) використовують при опроміненні пухлин, розташованих поблизу від критичних органів. Наприклад, якщо пухлина локалізована поруч зі спинним мозком, тканинами головного мозку, поблизу радіочутливих органів малого таза, в очному яблуці.
нейтронна терапіявиявилася найбільш ефективною при лікуванні декількох видів повільно зростаючих пухлин (раку простати, саркоми м'яких тканин, раку слинних залоз). Для опромінення використовують швидкі нейтрони з енергією до 14 МеВ. В останні роки зріс інтерес до нейтронзахватной терапії, Для якої використовуються теплові нейтрони з низькою енергією 0,25-10 кеВ, які утворюються в атомних реакторах і по окремих каналах виводяться в розташовані поряд з реактором процедурні приміщення. Для нейтронного захоплення використовуються атоми бору-10 і гадолінію-157. При захопленні нейтрона атомами бору-10 відбувається його розпад на атоми літію і альфа-частинки, пробіг яких в тканинах дорівнює кільком клітинним діаметрами, тому зона інтенсивного впливу випромінювання може обмежуватися тільки клітинами, в яких буде високий вміст бору. Захоплення нейтронів гадолинием-157 також призводить до розпаду його ядер, який супроводжується гамма-випромінюванням і утворенням двох типів електронів - електорнні Оже і електронів конверсії. Електрони Оже мають дуже короткий пробіг, тому, щоб викликати ураження клітини гадолиний повинен перебувати в самій клітці, однак гадолиний в клітку не проникає, тому основний вражаючий ефект викликають електрони конверсії, що виникають при розпаді гадолінію в міжклітинному просторі. Для нейтронзахватной терапії необхідно забезпечити доставку бору і гадолінію безпосередньо в пухлинні клітини або хоча б в міжклітинний простір. Необхідною умовою при цьому є забезпечення надходження цих елементів тільки в пухлинні тканини виключаючи при цьому можливість надходження їх в клітини нормальних тканин. Для виконання цієї умови необхідно використання синтетичних носіїв бору і гадолінію.
Різні види пухлини значно розрізняються за швидкістю зростання. Швидкість пухлинного росту визначається не тільки тривалістю клітинного циклу, але і часткою постійно тих, хто гине і видаляються з пухлини клітин. У нормальних тканинах, які опинилися в зоні опромінення також є клітини в різних стадіях циклу, причому співвідношення між діляться і спочивають клітинами не однаково на початку і в кінці опромінення. Глибина ураження клітин пухлини і нормальних тканин після однократного опромінення визначається їх вихідної радиочувствительностью, а при фракціонованому опроміненні - додатково і ефективністю відновлення клітин від сублетальлними поразок. Якщо перерва до другої фракції опромінення становить 6 і більше годин, тоді можлива практично повна репарація ушкоджень даного виду клітин, тому ці клітини не гинуть. Одночасно з відновленням у деяких видів клітин реєструється загибель. Наприклад, клітини лімфоїдного походження починають гинути вже в першу добу після опромінення. Загибель летально уражених клітин іншого походження (т. Е. Нелімфоідних), як пухлинних, так і здорових тканин, розтягується на кілька днів і відбувається, як під час чергового поділу, так і через кілька годин після нього. Клітини пухлин, що знаходяться поза циклом, також як і покояться клітини нормальних тканин, протягом певного часу можуть не проявляти ознак летального ураження. Безпосередньо після опромінення більшість пухлин продовжує зростання навіть після опромінення високою дозою, яка згодом приведе до загибелі значної частини клітин. Це відбувається через ділення клітин, що зберегли життєздатність, а також з причини декількох ділень летально уражених клітин.
Відразу після променевого впливу в пухлини зростає частка відносно радіостійких клітин, що знаходяться в момент впливу в стані гіпоксії та клітин, що знаходяться в найбільш радіостійких фазах клітинного циклу. При отриманні стандартного курсу променевої терапії, коли фракції проводяться з інтервалом 24 години, до моменту чергового опромінення клітини проходять такі процеси. З одного боку, завдяки відновленню від потенційно летальних і сублетальлними поразок, радіостійкість пухлинних і нормальних клітин підвищується. З іншого боку, одночасне відновлення ділення і перехід клітин з найбільш радіостійких стадій в більш радіочутливі, призводить до підвищення радіочувстві-ності. Ці процеси відтворюються після кожної фракції опромінення, тому через деякий час після початку курсу опромінення кількість загиблих клітин починає перевищувати кількість новоутворених клітин, тому пухлина зменшується в об'ємі. У міру продовження курсу опромінення настає момент прискореного ділення клітин пухлинної і нормальної тканин, яке призводить до репопуляцііцих тканин (або до самовідновлення). Репопуляціі здійснюється завдяки збереженим пухлинних клітин, здатним до поділу, які при цьому отримують достатню кількість поживних речовин і кисню, тому зростання пухлини відновлюється. При фракціонованому опроміненні необхідно знати швидкість репопуляціі пухлин, тому що при фракціонуванні дози незначне збільшення інтервалу між фракціями може призвести до виникнення динамічної рівноваги, при якому ступінь пригнічення росту пухлини на одиницю дози буде падати.
В даний час найбільш широко застосовують курс лікувальної терапії з щоденним опроміненням пухлини дозою 2 Гр, при цьому загальна сумарна доза становить 60 Гр, а загальна тривалість курсу - 6 тижнів. Для підвищення ефективності променевої терапії використовують нові режими фракціонування дози - мультіфракціонірованіе - щоденне проведення 2-3-х фракцій замість однієї, що сприяє зниженню ваги віддалених променевих поразок. При променевої терапії більшості злоякісних пухлин поки не можливо 100% -ве лікування онкохворих.
ВИСНОВОК
Таким чином, знання закономірностей біологічної дії іонізуючого випромінювання на рівні клітин, мікроорганізмів, а також організму рослин і тварин, дозволяє широко застосовувати іонізуючі випромінювання в різних радіаційно-біологічних технологіях.
література
1. Г р о д з і н с ь к и й Д. М. Радіобіологія рослин / Д.М. Гродзінскій.Кіев: Навукова думка, 1989. 384 с.
2.Г у л я е в, Г. В. Гнатюк. - 3-е изд., Перераб. і доп. / Г.В. Гуляєв. М .: Колос, 1984. 351 с.
3. І в а н о в с ь к и й, Ю. А. Ефект радіаційної стимуляції при дії великих і малих доз іонізуючого опромінення / Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук. Владивосток. 2006 - 46 С.
4. До а у ш а н с ь к и й, Д. А., К у з і н, А.М. Радіаційно-біологічна технологія / Д.А. Каушанський, А.М. Кузин. М .: Вища школа. 1984. 152 С.
5. До у з і н, А. М., Каушанський, Д.А. Прикладна радіобіологія: (теоретичні та технічні основи) / А.М. Кузин, Д.А. Каушанський. М .: Вища школа. 1981. 224 с.
6. Р а д і о б і о л о г і я / А.Д. Бєлов, В.А. Киршин, Н.П. Лисенко, В.В. Пак та ін. / За ред. Бєлова. М.: Колос, 1999.. 384с.
7.С а м з о н о в а, Н. Е. Іонізуюча радіація і сільськогосподарське виробництво. 2007р.
8. Я р м про н е н к о, С. П. Біологія людини і тварин: Учеб. Посібник / С.П.Ярмоненко. - М .: Вища. Шк., 2004.- 549 с.
9.Використання радіонуклідів та іонізуючих випромінювань в захисті рослин (збірник наукових праць) / Алма-Ата, Східне відділення ВАСГНІЛ, 1980. 132 с.
10. А н д р е е в, С. В., Е в л а х о в а, А. А. Радіоактивні ізотопи в захисті рослин / С.В. Андрєєв, А.А. Евлахова, .Ленінград, «Колос», 1980. 71 с.
11.Радіаціонная обробка харчових продуктів / під редакцією В. І. Рогачова. Москва, Атомиздат, 1971. 241 с.
ДОДАТОК
Введення ................................................................................................... ..3
1.РАДІАЦІОННО-БІОЛОГІЧНА ТЕХНОЛОГІЯ В СІЛЬСЬКОМУ ГОСПОДАРСТВІ
1.1. Області застосування радіаційно-біологічної технології ........................... .4
1.2. Радіаційний мутагенез як основа отримання нових сортів сільськогосподарських рослин, мікроорганізмів ........................................................................... ..6
1.3.Іспользованіе стимуляційного дії іонізуючого випромінювання в галузях сільського господарства .................................................................................... ..12
1.4.Іспользованіе іонізуючих випромінювань при виробництві кормів і кормових добавок для сільськогосподарських тварин ................................................... ..19
1.5.Прімененіе іонізуючого випромінювання для радіаційної стерилізації ............ .20 ветеринарних приладдя, бактерійних препаратів і для отримання радіовакцін
1.6.Радіаціонная стерилізація тварин та комах-шкідників ........................ 27
1.7. Використання радіоактивних ізотопів в якості індикаторів
в тваринництві ....................................................................................... ..29
1.8. Використання радіоактивних ізотопів в якості індикаторів
в рослинництві ....................................................................................... .31
1.9. Радіаційний знезараження гною і гнойових стоків тваринницьких ферм. Дезінфекція сировини тваринного походження при інфекційних захворюваннях ...... ..31
2. РАДІАЦІЙНО-БІОЛОГІЧНА ТЕХНОЛОГІЯ В ПЕРЕРОБНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ ................................................................................. 32
2.1. Використання іонізуючих випромінювань в харчовій промисловості для продовження термінів зберігання продукції тваринництва, рослинництва, овочівництва та рибництва ............................................................................................. 32
2.2..Ізмененіе якості сировини з метою поліпшення його технологічної обробки ... ..39
2.3.Ускореніе повільно йдуть процесів в харчовій технології ........................ .41
3. РАДІАЦІЙНО-БІОЛОГІЧНА ТЕХНОЛОГІЯ В МЕДИЦИНІ ............... ..42
3.1.Іспользованіе іонізуючих випромінювань в медичній промисловості, для діагностики і лікування хвороб людини і тварин ....................................... ... 42
3.2.Іспользованіе радіоактивних ізотопів і іонізуючого випромінювання для діагностики та лікування хвороб ..................................................................... .44
ВИСНОВОК .......................................................................................... .54
Додатки ............................................................................................. ..56
Радіаційна стерилізація поживних середовищ для культивування мікробів і вірусів сприяє підвищенню поживних властивостей для деяких видів мікроорганізмів. Наприклад, для азотфіксуючих бульбочкових бактерій. Кращою живильним середовищем є торф'яної нітрагіт, підданий радіаційної стерилізації. При радіаційної стерилізації субстрату підвищується вміст мікробних тіл в готовому препараті і знижується зараженість сторонньої мікрофлорою, в порівнянні з тепловою стерилізацією.
Ізотопи, особливо радіоактивні, мають численні застосування. У табл. 1.13 вказані окремі приклади деяких промислових застосувань ізотопів. Кожна методика, яка згадується в цій таблиці, використовується також і в інших галузях промисловості. Наприклад, методика визначення витоку речовини за допомогою радіоізотопів використовується: у виробництві напоїв для визначення витоку з накопичувальних баків і трубопроводів; в будівництві інженерних споруд для
Таблиця 1.13. Деякі застосування радіоізотопів
визначення витоку з підземних водоводів; в енергетичній промисловості для визначення витоку з теплообмінників на електростанціях; в нафтовій промисловості для визначення витоку з підземних нафтопроводів; в службі контролю стічних і каналізаційних вод для визначення витоку з магістральних колекторів.
Ізотопи також широко використовуються в наукових дослідженнях. Зокрема, вони використовуються для визначення механізмів хімічних реакцій. Як приклад вкажемо використання води, міченої стійким ізотопом кисню 180, для вивчення гідролізу складних ефірів, подібних етилацетат (див. Також розд. 19.3). З використанням мас-спектрометрії для виявлення ізотопу 180 було встановлено, що при гідролізі атом кисню з молекули води переходить в оцтову кислоту, а не в етанол
Радіоізотопи широко використовуються в ролі мічених атомів в біологічних дослідженнях. Для того щоб простежувати метаболічні шляхи в живих системах, використовують радіоізотопи вуглець-14, тритій, фосфор-32 і сірка-35. Наприклад, засвоєння фосфору рослинами з обробленої добривами грунту можна простежити, користуючись добривами, які містять домішки фосфору-32.
Радіаційна терапія.
Іонізуюче випромінювання здатне руйнувати живі тканини. Тканини злоякісних пухлин більш чутливі до опромінення, ніж здорові тканини. Це дозволяє лікувати ракові захворювання за допомогою променів, що випускаються з джерела, в якості якого використовується радіоактивний ізотоп кобальт-60. Випромінювання направляють на уражену пухлиною ділянку тіла хворого; сеанс лікування триває кілька хвилин і повторюється щодня протягом 2-6 тижнів. Під час сеансу всі інші частини тіла хворого повинні бути ретельно закриті непроникним для випромінювання матеріалом, щоб запобігти руйнуванню здорових тканин.
Визначення віку зразків за допомогою радіовуглецю.
Невелика частина того діоксиду вуглецю, який знаходиться в атмосфері, містить радіоактивний ізотоп. Рослини поглинають цей ізотоп в процесі фотосинтезу. Тому тканини всіх
рослин і тварин також містять цей ізотоп. Живі тканини володіють постійним рівнем радіоактивності, тому що його спадання через радіоактивного розпаду компенсується постійним надходженням радіовуглецю з атмосфери. Однак, як тільки настає смерть рослини або тварини, припиняється надходження радіовуглецю в його тканини. Це призводить до поступового зниження рівня радіоактивності мертвих тканин.
Радіоактивність ізотопу обумовлена -распаду
Радіовуглецевий метод геохронології розробив в 1946 р У.Ф. Ліббі, який отримав за нього Нобелівську премію з хімії в 1960 р Цей метод широко використовується в даний час археологами, антропологами і геологами для датування зразків, що мають вік аж до 35000 років. Точність цього методу приблизно 300 років. Найкращі результати виходять при визначенні віку вовни, насіння, черепашок і кісток. Для визначення віку зразка вимірюють активність p-випромінювання (число розпадів за хвилину) в розрахунку на 1 г міститься в ньому вуглецю. Це дозволяє встановити вік зразка за допомогою кривої радіоактивного розпаду для ізотопу.
Період напіврозпаду для рівний 5700 років. Жива тканина, що знаходиться в активному контакті з атмосферою, має активність 15,3 розп. / Хв в розрахунку на 1 г вуглецю. За цими даними необхідно:
а) визначити постійну розпаду для
б) побудувати криву розпаду для
в) обчислити вік Кратер Лейк Орегон в США), що має вулканічне походження. Встановлено, що дерево, перевернуте під час
виверження, в результаті якого з'явилося озеро, має -активність 6,5 розп. / хв в розрахунку на 1 г вуглецю.
а) Постійну розпаду можна знайти з рівняння
б) Крива розпаду є графік залежності активності від часу. Дані, необхідні для побудови цієї кривої, можна обчислити, знаючи період напіврозпаду і початкову активність зразка (активність живої тканини); ці дані наведені в табл. 1.14. Крива розпаду показана на рис. 1.32.
в) Вік озера можна визначити за допомогою кривої розпаду (див. штрихові лінії на рис. 1.32). Цей вік дорівнює 7000 років.
Таблиця 1.14. Дані для побудови кривої радіоактивного розпаду вуглецю, використовуваної при визначенні віку зразків
Мал. 1.32. Крива радіоактивного розпаду ізотопу
Багато гірські породи на Землі і Місяці містять радіоізотопи з періодами напіврозпаду близько років. Вимірюючи і порівнюючи відносний вміст цих радіоізотопів з відносним вмістом продуктів їх розпаду в зразках таких гірських шмагав, можна встановити їх вік. Три найбільш важливих методу геохронологии засновані на визначенні відносного вмісту ізотопів (період напіврозпаду років). (Період напіврозпаду років) і (період напіврозпаду років).
Метод датування по калію і аргону.
Такі мінерали, як слюда і деякі різновиди польового шпату, містять невелику кількість радіонукліда калій-40. Він розпадається, зазнаючи електронний захоплення і перетворюючись в аргон-40:
Вік зразка визначається на основі обчислень, в яких використовуються дані про відносне вміст у зразку калію-40 в порівнянні з аргоном-40.
Метод датування по рубідій і стронцію.
Деякі з найбільш древніх гірських порід на Землі, наприклад граніти з західного узбережжя Гренландії, містять рубідій. Приблизно третина всіх атомів рубідію доводиться на частку радіоактивного рубідію-87. Цей радіоізотоп розпадається, перетворюючись на стійкий ізотоп стронцій-87. Обчислення, засновані на використанні даних про відносне вміст у зразках ізотопів рубідію та стронцію, дозволяють встановлювати вік таких гірських порід.
Метод датування по урану і свинцю.
Ізотопи урану розпадаються, перетворюючись в ізотопи свинцю. Вік таких мінералів, як апатити, які містять домішки урану, можна визначати, порівнюючи зміст в їх зразках певних ізотопів урану і свинцю.
Всі три описаних методу використовувалися для датування земних гірських порід. Отримані в результаті дані вказують, що вік Землі дорівнює років. Зазначені методи використовувалися також для визначення віку місячних гірських порід, доставлених на Землю з космічних експедицій. Вік цих порід становить від 3,2 до років.
Отримання і застосування радіоактивних ізотопів Студентка групи 1 БК Гальцова Влада
Ізотопи - різновид того ж хімічного елемента, близькі за своїми фізико-хімічними властивостями, але мають різну атомну масу. Атом будь-якого хімічного елемента складається з позитивно зарядженого ядра і навколишнього його хмари негативно заряджених електронів (див.також атома ЯДРО). Положення хімічного елемента в періодичній системі Менделєєва (його порядковий номер) визначається зарядом ядра його атомів. Ізотопами називаються тому різновиди одного і того ж хімічного елемента, атоми яких мають однаковий заряд ядра (і, отже, практично однакові електронні оболонки), але відрізняються значеннями маси ядра. За образним висловом Ф. Содді, атоми ізотопів однакові «зовні», але різні «всередині».
Історія відкриття ізотопів Перший доказ того, що речовини, які мають однакове хімічне поведінку, можуть мати різні фізичні властивості, було отримано при дослідженні радіоактивних перетворень атомів важких елементів. У 1906-07 з'ясувалося, що продукт радіоактивного розпаду урану - ізотоп і продукт радіоактивного розпаду торію - радіоторій, мають ті ж хімічні властивості, що і торій, але відрізняються від нього атомною масою і характеристиками радіоактивного розпаду. У 1932 був відкритий нейтрон - частинка, яка не має заряду, з масою, близькою до маси ядра атома водню - протона, і створена протонно-нейтронна модель ядра. В результаті в науці встановилося остаточне сучасне визначення поняття ізотопів
Отримання радіоактивних ізотопів Радіоактивні ізотопи отримують в атомних реакторах і на прискорювачах елементарних частинок
Застосування радіоактивних ізотопів біології медицині с / г археології промисловості
Радіоактивні ізотопи в біології. Одним з найбільш видатних досліджень, проведених за допомогою «мічених атомів», стало дослідження обміну речовин в організмах.
Радіоактивні ізотопи в медицині Для постановки діагнозу, так і для терапевтичних цілей. Радіоактивний натрій використовується для дослідження кровообігу. Йод інтенсивно відкладається в щитовидній залозі, особливо при базедової хвороби.
Радіоактивні ізотопи в господарстві Опромінення насіння рослин (бавовнику, капусти, редиски). Радіація викликає мутації у рослин і мікроорганізмів.
Радіоактивні ізотопи в археології Цікаве застосування для визначення віку древніх предметів органічного походження (дерева, деревного вугілля). Таким методом дізнаються вік єгипетських мумій, залишків доісторичних багать
Радіоактивні ізотопи в промисловості Спосіб контролю зносу поршневих кілець в двигунах внутрішнього згоряння. Дозволяють судити дифузії металів, процесах в доменних печах
Атомний криголам «Ленін» Створено в 1959 році. Перевірка потужності дози випромінювання в його приміщеннях.
Робота з радіоактивними речовинами за допомогою маніпулятора
«Ефір» - радіоізотопний перетворювач для живлення пристроїв, що знаходяться в космічному просторі і море
Дослідження зварних швів за допомогою γ-випромінювання. Опромінення продуктів сільського господарства для збільшення їх врожайності
Розподіл в листі помідора радіоактивного фосфору, внесеного в добрива для рукавичок бокс для роботи з радіоактивними речовинами
Гамма-терапевтичний апарат. Дослідження щитовидної залози за допомогою радіоактивного йоду
