Využitie rádionuklidov

Kód ITMS projektu: 26110130519Gymnázium Pavla Jozefa Šafárika – moderná škola tretieho tisícročia

Vzdelávacia oblasť: Človek a príroda

Predmet Fyzika

Ročník, triedy: VIII.OA

Tematický celok: Jadrová fyzika

Vypracoval: RNDr. Marián Koreň

Dátum: február 2013

Obsah

• Zoslabenie žiarenia pri prechode látkou

• Zmena vlastností látky pri ožiarení

• Teplo produkované rádionuklidmi

• Značkované atómy – fosfor• Značkované atómy – jód

2

• Značkované atómy – sodík•Jadrové hodiny – datovanie v archeológii•Jadrové hodiny – datovanie v archeológii•Príklady I•Príklady II•Zdroje

Zariadenia, ktoré zisťujú skryté chyby materiálu, merajú hrúbku papiera, plechu, ...

Zoslabenie žiarenia pri prechode látkou

3

μ/ρ je látkový koeficient absorpcie

Kobaltová bomba – ako zdroj intenzívneho zväzku γ žiarenia

Použitie: v lekárstve na ničenie zhubných nádorov* sterilizácia lekárskych nástrojov žiarenímZabránenie klíčivosti zemiakov

Zmena vlastností látky pri ožiarení

4

*Päť generácií rádioterapeutických zariadení 1.röntgen 2.kobaltový žiarič 3.lineárny elektrónový urýchľovač 4.protónový urýchľovač 5.iónový urýchľovač

5

Teplo produkované rádionuklidmi

Využitie v poľnohospodárstve a biológii:

Informácie ako rýchlo rastlinaprijíma fosfor, z akej hĺbky,v ktorých častiach rastliny sa fosfor objaví, ...

Rádioizotop fosforu má rovnaké chemické vlastnosti ako obyčajný fosfor .

Značkované atómy - fosfor

6

sledovanie činnosti štítnej žľazy – sledovanie pohybu jódu v organizme, ktorý sa zhromažďuje hlavne v štítnej žľaze

(rádioizotop 131I alebo 132I)

Značkované atómy - jód

7

Značkované atómy - sodík

8

Izotop 24Na meranie rýchlosti krvného obehu meranie objemu krvi.

Na vhodnom mieste sa vstriekne do žily roztok NaCl so značkovanými atómami Na a pomocou detektorasa sleduje žiarenie vysielané izotopom sodíka.Polčas rozpadu sodíka je T1/2 = 15 h.

Jadrové hodiny – datovanie v archeológii

9

Datovanie pomocou rádioizotopu uhlíka 14C.Nuklid 14C vzniká v atmosfére reakciou:

vplyvom kozmického žiarenia.

Rozpadom β- sa rádioizotom uhlíka rozpadá na stabilný dusík:

Jadrové hodiny – datovanie v archeológii

10

Polčas premeny je T = 6370 rokov.Uhlík v atmosfére obsahuje malý, ale merateľný podiel rádioizotopu 14C. Tento uhlík prechádza živých organizmov a rastlín.Ak organizmus odumrie, látková výmena prestane a podiel rádioizotopu klesá.Takto možno určiť vek organických zvyškov do 60 000 rokov.

*Kritici uhlíkovej metódy C14 tvrdia, že nemáme istotu, či pomer izotopov 12Ca 14C v minulosti zodpovedal dnešnému. Bola intenzívnejšia sopečná činnosť, iné pomery v atmosfére a iné množstvo prenikajúceho vesmírneho rádioaktívneho žiarenia ako aj ďalšie vplyvy ovplyvňujúce výskyt izotopu 14C.

Príklady I

11

1. Polčas rozpadu rádioaktívneho izotopu 24Na je T1/2 = 15 h. Ak žiarič obsahoval na začiatku 4×1020 atómov tohto izotopu, koľko ostane nepremenených jadier za 24 hodín? (1,3×1020)

2. Pri meraní rádioaktivity čistého 131J boli pomocou GM detektora namerané nasledovné aktivity: na začiatku merania, t.j. v čase t = 0 s A1 = 24,5 Bq a v čase t = 30 h bola nameraná aktivita A2 = 22 Bq. Určte konštantu premeny a polčas rozpadu rádionuklidu 131J!

3. Pre rádionuklid fosforu 32P s dobou polpremeny T1/2 = 14,3 d sme zistili meraním počiatočnú aktivitu 3500 Bq, ktorá klesla za istý čas na hodnotu 200 Bq. Aký čas uplynul medzi týmito meraniami? (59 d)

1. Polčas rozpadu rádioaktívneho izotopu 24Na je T1/2 = 15 h. Ak žiarič obsahoval na začiatku 4×1020 atómov tohto izotopu, koľko ostane nepremenených jadier za 24 hodín? (1,3×1020)

2. Pri meraní rádioaktivity čistého 131J boli pomocou GM detektora namerané nasledovné aktivity: na začiatku merania, t.j. v čase t = 0 s A1 = 24,5 Bq a v čase t = 30 h bola nameraná aktivita A2 = 22 Bq. Určte konštantu premeny a polčas rozpadu rádionuklidu 131J!

3. Pre rádionuklid fosforu 32P s dobou polpremeny T1/2 = 14,3 d sme zistili meraním počiatočnú aktivitu 3500 Bq, ktorá klesla za istý čas na hodnotu 200 Bq. Aký čas uplynul medzi týmito meraniami? (59 d)

Príklady II

12

Na meranie objemu kvapaliny sa používa metóda založená na izotopovom značkovaní. Touto metódou je možné určiť napr. objem krvi v krvnom obehu človeka.Postup merania je nasledovný: Do žily človeka sa vstrekne zdravotne neškodná tekutina s malým objemom, ktorá obsahuje atómy rádioaktívneho izotopu 24Na s celkovou aktivitou A1 = 2 500 Bq. Polčas rozpadu sodíka je len T1/2 = 15 h, preto nie je zdravie človeka ohrozené rádioaktívnym ožiarením. Po uplynutí času t = 12 h sa odoberie vzorka krvi s objemom V2 = 10 cm3, ktorej aktivita je A2 = 3,0 Bq.Z uvedených veličín určte celkový objem krvi v krvnom obehu človeka.

Pri riešení úlohy však postupujte iba podľa fyzikálnych zákonov rádioaktívneho rozpadu.

Výsledok: 4,8 litra.

Na meranie objemu kvapaliny sa používa metóda založená na izotopovom značkovaní. Touto metódou je možné určiť napr. objem krvi v krvnom obehu človeka.Postup merania je nasledovný: Do žily človeka sa vstrekne zdravotne neškodná tekutina s malým objemom, ktorá obsahuje atómy rádioaktívneho izotopu 24Na s celkovou aktivitou A1 = 2 500 Bq. Polčas rozpadu sodíka je len T1/2 = 15 h, preto nie je zdravie človeka ohrozené rádioaktívnym ožiarením. Po uplynutí času t = 12 h sa odoberie vzorka krvi s objemom V2 = 10 cm3, ktorej aktivita je A2 = 3,0 Bq.Z uvedených veličín určte celkový objem krvi v krvnom obehu človeka.

Pri riešení úlohy však postupujte iba podľa fyzikálnych zákonov rádioaktívneho rozpadu.

Výsledok: 4,8 litra.

Použité zdroje

13

Fyzika pre 4. ročník gymnázií, Ján Pišút a kolektív, SPN Bratislava 2003Fyzika pre 4. ročník gymnázia, Ján Pišút a kolektív, SPN Bratislava 1991http://lesk.cas.sk/galeria/25102http://sk.wikipedia.org/wiki/Uhl%C3%ADkov%C3%A1_met%C3%B3da_C14http://kovo-vyroba.sk/upload/product/31285003.jpgfks.sk/~bzduso/physics/fo/24%20Jadrová%20fyzika%20(13-18).dochttp://www.butkaj.com/fyzika2?id_menu=575&id_sub=87&id_left=525