Izotopy to ... Izotopy promieniotwórcze, ich rozpad i okres półtrwania

Prawdopodobnie nie na ziemi taki człowiek, który nie chciałby słyszeć o izotopach. Ale nie wszyscy wiedzą, co to jest. Zwrot "radioaktywne izotopy" brzmi szczególnie przerażająco. Te niezrozumiałe pierwiastki chemiczne przerażają ludzkość, ale w rzeczywistości nie są tak straszne, jak mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka.

Definicja

Aby zrozumieć tę koncepcję pierwiastki promieniotwórcze należy zacząć od stwierdzenia, że ​​izotopy są próbkami tego samego pierwiastka chemicznego, ale o różnej masie. Co to znaczy? Pytania znikną, jeśli najpierw będziemy pamiętać struktura atomu. Składa się z elektronów, protonów i neutronów. Liczba pierwszych dwóch cząstek elementarnych w jądrze atomu jest zawsze stała, podczas gdy neutrony mające własną masę mogą występować w tej samej substancji w różnych ilościach. Ta okoliczność tworzy różnorodne pierwiastki chemiczne o różnych właściwościach fizycznych.

Teraz możemy podać naukową definicję badanego pojęcia. Zatem izotopy są zbiorczym zbiorem pierwiastków chemicznych o podobnych właściwościach, ale o różnej masie i właściwościach fizycznych. Zgodnie z bardziej nowoczesną terminologią nazywa się je plejadą nukleotydów pierwiastka chemicznego.

Trochę historii

Na początku ubiegłego wieku naukowcy odkryli, że ten sam związek chemiczny w różnych warunkach może wykazywać różne masy jąder elektronowych. Z czysto teoretycznego punktu widzenia, takie pierwiastki można uznać za nowe i zaczynają wypełniać je pustymi komórkami w układzie okresowym D. Mendelejewa. Ale jest w nim tylko dziewięć wolnych komórek, a naukowcy odkryli dziesiątki nowych elementów. Ponadto obliczenia matematyczne wykazały, że wykrytych związków nie można uznać za wcześniej nieznane, ponieważ ich właściwości chemiczne w pełni odpowiadają właściwościom już istniejących.

Po długich dyskusjach postanowiono nazwać te pierwiastki izotopami i umieścić je w tej samej komórce, co te, których jądra zawierają z nimi tę samą liczbę elektronów. Naukowcom udało się ustalić, że izotopy to tylko niektóre odmiany pierwiastków chemicznych. Jednak ich przyczyny i długowieczność były badane od prawie wieku. Nawet na początku XXI wieku niemożliwe jest stwierdzenie, że ludzkość zna absolutnie wszystko na temat izotopów.

Trwałe i niestabilne wariacje

Każdy pierwiastek chemiczny ma kilka izotopów. Z uwagi na to, że w ich jądrach są wolne neutrony, nie zawsze wchodzą one w stabilne wiązania z innymi składnikami atomu. Po pewnym czasie wolne cząstki opuszczają rdzeń, dzięki czemu zmienia się jego masa i właściwości fizyczne. W ten sposób powstają inne izotopy, które ostatecznie prowadzą do powstania substancji o równej liczbie protonów, neutronów i elektronów.

Te substancje, które bardzo szybko rozpadają się nazywane są radioaktywnymi izotopami. Wypuszczają w kosmos dużą liczbę neutronów, tworząc silne jonizujące promieniowanie gamma, znane ze swojej silnej zdolności przenikania, co niekorzystnie wpływa na żywe organizmy.

Bardziej stabilne izotopy nie są radioaktywne, ponieważ ilość emitowanych przez nie wolnych neutronów nie jest w stanie generować promieniowania i znacząco wpływać na inne atomy.

Przez dość długi czas naukowcy ustalili jeden ważny wzór: każdy pierwiastek chemiczny ma swoje własne izotopy, trwałe lub radioaktywne. Co ciekawe, wiele z nich uzyskano w laboratorium, a ich obecność w swojej naturalnej postaci jest niewielka i nie zawsze jest ustalana za pomocą instrumentów.

Rozprzestrzenia się w naturze

W naturalnych warunkach najczęściej występują substancje, których masa izotopowa jest bezpośrednio określana przez jej liczbę porządkową w tabeli D. Mendelejewa. Na przykład wodór oznaczony symbolem H ma numer sekwencji 1, a jego masa jest równa jednej. Jego izotopy, 2H i 3H, są niezwykle rzadkie.

Nawet ludzkie ciało ma pewną ilość radioaktywnych izotopów. Dostają się do środka przez żywność w postaci izotopów węgla, które z kolei są pochłaniane przez rośliny z gleby lub powietrza i stają się częścią materia organiczna w procesie fotosyntezy. Dlatego człowiek, zwierzęta i rośliny emitują pewne tło promieniowania. Tylko on jest tak niski, że nie zakłóca normalnego funkcjonowania i wzrostu.

Źródłami, które przyczyniają się do powstawania izotopów, są wewnętrzne warstwy jądra Ziemi i promieniowanie z kosmosu.

Jak wiadomo, temperatura na planecie w dużej mierze zależy od jej gorącego rdzenia. Ale dopiero niedawno okazało się, że źródłem tego ciepła jest złożona reakcja termojądrowa, w którą zaangażowane są izotopy promieniotwórcze.

Zniszczenie izotopu

Ponieważ izotopy są niestabilnymi formacjami, można założyć, że ostatecznie rozpadają się na bardziej trwałe jądra pierwiastków chemicznych. To stwierdzenie jest prawdziwe, ponieważ naukowcy nie byli w stanie wykryć w naturze ogromnej ilości izotopów promieniotwórczych. Tak, a większość tych, które wydobywano w laboratoriach, istniała od kilku minut do kilku dni, a następnie ponownie zmieniła się w zwykłe pierwiastki chemiczne.

Ale w naturze są też izotopy, które są bardzo odporne na próchnicę. Mogą istnieć od miliardów lat. Takie elementy powstały w tych odległych czasach, kiedy ziemia wciąż się formowała, a nawet stała skorupa nie znajdowała się na jej powierzchni.

Radioaktywne izotopy rozpadają się i szybko przekształcają. Dlatego, aby ułatwić ocenę odporności izotopu, naukowcy postanowili rozważyć kategorię jego okresu półtrwania.

Pół życia

Nie wszyscy czytelnicy mogą od razu zrozumieć, co rozumie się przez tę koncepcję. Zdefiniujmy to. Okres półtrwania izotopu to czas, w którym uwarunkowana połowa przyjmowanej substancji przestanie istnieć.

Nie oznacza to, że reszta połączenia zostanie zniszczona w tym samym czasie. W odniesieniu do tej połowy należy wziąć pod uwagę inną kategorię - okres, w którym jej druga część, czyli jedna czwarta początkowej ilości substancji, zanika. To rozważanie trwa w nieskończoność. Można założyć, że czas całkowitej dezintegracji początkowej ilości substancji jest po prostu niemożliwy do zliczenia, ponieważ proces ten jest prawie nieskończony.

Jednak naukowcy, znając okres półtrwania, mogą określić, ile substancji istniało na początku. Te dane są z powodzeniem stosowane w naukach pokrewnych.

We współczesnym świecie naukowym pojęcie całkowitego rozpadu praktycznie nie jest używane. W odniesieniu do każdego izotopu zwykle wskazuje się jego okres półtrwania, który waha się od kilku sekund do wielu miliardów lat. Im niższy okres półtrwania, tym więcej promieniowania pochodzi z substancji i tym wyższa jest jej radioaktywność.

Wzmocnienia mineralne

W niektórych gałęziach nauki i technologii stosowanie stosunkowo dużej ilości substancji radioaktywnych jest uważane za obowiązkowe. Ale jednocześnie w warunkach naturalnych jest bardzo mało takich związków.

Wiadomo, że izotopy nie są powszechnymi wariantami pierwiastków chemicznych. Ich liczba jest mierzona przez kilka procent najbardziej odpornej odmiany. Właśnie dlatego naukowcy muszą sztucznie wzbogacać materiały kopalne.

Przez lata badań odkryto, że rozkładowi izotopu towarzyszy reakcja łańcuchowa. Uwolnione neutrony jednej substancji zaczynają wpływać na inne. W rezultacie ciężkie jądra rozpadają się na jaśniejsze i powstają nowe pierwiastki chemiczne.

Zjawisko to nazywane jest reakcją łańcuchową, w wyniku której możliwe jest uzyskanie bardziej trwałych, ale mniej powszechnych izotopów, które są później wykorzystywane w gospodarce narodowej.

Zastosowanie energii rozpadu

Naukowcy odkryli również, że podczas rozpadu izotopu radioaktywnego uwalniana jest ogromna ilość darmowej energii. Jego ilość jest zwykle mierzona przez jednostkę Curie równą czasowi rozszczepienia 1 g radonu-222 na 1 sekundę. Im wyższy jest ten wskaźnik, tym więcej energii zostaje uwolnione.

Z tego powodu opracowywano sposoby wykorzystania darmowej energii. Były więc reaktory atomowe, w których umieszczono radioaktywny izotop. Większość uwolnionej przez nie energii jest gromadzona i przetwarzana na energię elektryczną. Na bazie tych reaktorów budowane są elektrownie jądrowe, które zapewniają najtańszą energię elektryczną. Zredukowane wersje takich reaktorów zakładają mechanizmy samobieżne. Biorąc pod uwagę ryzyko wypadków, najczęściej takimi maszynami są okręty podwodne. W przypadku awarii reaktora, liczba ofiar na łodzi podwodnej będzie łatwiejsza do zminimalizowania.

Inną bardzo przerażającą opcją wykorzystania energii półtrwania są bomby atomowe. Podczas II wojny światowej zostali przetestowani na ludzkości w Miasta japońskie Hiroszima i Nagasaki. Konsekwencje były bardzo smutne. Dlatego świat ma umowę w sprawie niestosowania tych niebezpiecznych broni. W miejscu, w którym wielkie państwa skupiają się na militaryzacji, a dziś kontynuują badania w tej branży. Ponadto wielu z nich w tajemnicy produkuje bomby atomowe ze światowej społeczności, które są tysiąc razy bardziej niebezpieczne niż te używane w Japonii.

Izotopy w medycynie

W celach pokojowych, do rozpadu izotopów radioaktywnych nauczył się stosować w medycynie. Kierując promieniowanie do dotkniętego obszaru ciała, można zatrzymać przebieg choroby lub pomóc pacjentowi w pełni wyzdrowieć.

Ale częściej do celów diagnostycznych stosuje się izotopy promieniotwórcze. Faktem jest, że ich ruch i charakter klastra najłatwiej zarejestrować poprzez promieniowanie, które produkują. Tak więc pewna niegroźna ilość substancji radioaktywnej jest wstrzykiwana do organizmu człowieka, a lekarze używają przyrządów do obserwowania, jak i gdzie idzie.

Tak więc praca jest diagnozowana mózg, charakter nowotworów złośliwych nowotworów, w szczególności funkcjonowania gruczołów wydzielania wewnętrznego i zewnętrznego.

Zastosowanie w archeologii

Wiadomo, że w organizmach żywych zawsze występuje radioaktywny węgiel-14, którego okres półtrwania wynosi 5570 lat. Ponadto naukowcy wiedzą, ile tego pierwiastka zawarto w ciele aż do jego śmierci. Oznacza to, że wszystkie wycięte drzewa emitują taką samą ilość promieniowania. Z biegiem czasu zmniejsza się natężenie promieniowania.

Pomaga to archeologom ustalić, jak długo zginęło drzewo, z którego zbudowali galerę lub jakikolwiek inny statek, a więc i czas budowy. Ta metoda badawcza nazywana jest analizą węgla radioaktywnego. Dzięki niemu naukowcom łatwiej jest ustalić chronologię wydarzeń historycznych.