+ All Categories
Home > Documents > RADIOAKTIVITA -...

RADIOAKTIVITA -...

Date post: 02-Mar-2020
Category:
Upload: others
View: 0 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
22
INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ CZ.1.07/1.1.00/08.0010 Mgr. DAGMAR AUTERSKÁ, Ph.D. RADIOAKTIVITA TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY
Transcript
Page 1: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ

A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

CZ.1.07/1.1.00/08.0010

Mgr. DAGMAR AUTERSKÁ, Ph.D.

RADIOAKTIVITA

TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

Page 2: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

1

2 Radioaktivita

DEFINICE RADIOAKTIVITY

PŮVOD RADIOAKTIVNÍCH PRVKŮ

VYUŽITÍ RADIOAKTIVITY

CEA Radioaktivní prvky slouží vědeckému využití.

Page 3: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

2

Str. 2

Obsah Definice radioaktivity 4

Radioaktivita, přirozená vlastnost

některých atomů 5

Měření radioaktivity 6

Ubývání radioaktivity 7

Různé typy rozpadu 9

Původ radioaktivních prvků 11

Přírodní radioizotopy 12

Izotopy s umělou radioaktivitou 13

Využití radioaktivity 14

Radioaktivní stopovač 15

Datování 19

Obr. 1

Obrázek mozku získaný díky emisní tomografii - snímání z různých pozic úhlů.

Obr. 2

Radioaktivity bylo využito při datování historických a prehistorických stop.

Page 4: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

3

Str. 3

Úvod Fotografie zleva doprava:

Henri Becquerel, Wilhelm Röntgen, Pierre a Marie Curie

„Radioaktivita nebyla vymyšlena člověkem. Je to přírodní fenomén, k jehož

objevu došlo na konci 19. století.“

Úvod Radioaktivitu si člověk nevymyslel. Byla objevena před více než jedním stoletím,

v roce 1896, francouzským fyzikem Henri Becquerelem. Tento vědec se snažil

dozvědět, zda paprsky, které vyzařovaly fluorescenční soli urania, jsou stejné povahy

jako paprsky X objevené v roce 1895 německým fyzikem Wilhelmem Röntgenem.

Myslel si, že jsou to pouze soli uranu, které poté, co byly vystaveny světlu, vyzařují

tyto paprsky X. Jaké bylo jeho překvapení, když v Paříži v březnu roku 1896 zjistil, že

fotografický film (fotografická deska) byl vyvolán, aniž by byl vystaven dennímu

světlu. Vyvodil z toho, že uran vysílá spontánně a samovolně neviditelné paprsky,

lišící se od paprsků X. Tento objevený fenomén byl nazván radioaktivitou (z

latinského radius: paprsek). V práci Henri Bequerela pokračovali Pierre a Marie

Curieovi, kteří v roce 1898 izolovali polonium a radium, neznámé radioaktivní prvky,

které se nacházejí v uranové rudě.

Page 5: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

4

Str. 4

RADIOAKTIVITA JE TRANSFORMACE ATOMU DOPROVÁZENÁ SOUČASNĚ

VYZAŘOVÁNÍM

Definice radioaktivity

Page 6: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

5

Str. 5

RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ

V přírodě je většina radioaktivních jader stabilních. Přesto mají některé atomy

nestabilní jádra, což je způsobeno nadbytkem protonů či neutronů a nebo obou dvou.

Jsou radioaktivní a nazýváme je radio-izotopy nebo radionuklidy. Jádra

radioaktivních atomů se spontánně přeměňují na jiná atomová jádra, radioaktivní či

nikoliv. Tak se přemění radioaktivní jádro na jiné radioaktivní jádro, uran 238 má

tendenci se přeměnit na stabilní formu na olovo 206. Tato nevratná transformace

radioaktivního atomu na jiný se nazývá radioaktivní rozpad. Je doprovázena emisí

různého druhu záření.

Chemický prvek může mít současně radioaktivní i neradioaktivní izotopy. Atomy mající stejný počet protonů a různý počet neutronů, patří ke stejnému chemickému prvku (viz

brožura l’Atome) Uhlík 12 (6 neutronů) a uhlík 14 (8 neutronů) představují dva izotopy uhlíku.

Vodík 1H Deuterium

2H nebo D Tritium

3H nebo T

Jádro 1 elektron jádro 1 elektron jádro 1 elektron

1 proton 1 proton 1 proton

1 neutron 2 neutrony

Např. uhlík 12 není radioaktivní, zatímco uhlík 14 ano. Radioaktivita týkající se pouze

jádra a ne elektronů, způsobí, že chemické vlastnosti

radioaktivních izotopů jsou stejné jako vlastnosti

stabilních izotopů.

Chemické vlastnosti prvku jsou určeny

počtem elektronů (viz brožura L´Atome)

Page 7: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

6

Chemické vlastnosti

Str. 6

“K měření radioaktivity používáme různé jednotky: : becquerel,

gray, sievert a curie.”

Jednotky radioaktivity

Becquerel (Bq) Charakteristickým znakem radioaktivního vzorku je jeho aktivita, která je udávána

počtem rozpadů, které proběhnou uvnitř radioaktivních jader za sekundu. Jednotkou

této aktivity je becquerel, symbol Bq.

1 Bq = 1 rozpad za sekundu

Tato jednotka je velmi malá. Radioaktivita radioaktivního zdroje se velmi často

vyjadřuje v jeho násobcích.

• kilobecquerel (kBq) = 1 000 Bq,

• megabecquerel (MBq) = 1 milion Bq,

• gigabecquerel (GBq) = 1 miliarda Bq,

• terabecquerel (TBq) = 1 000 miliard Bq.

Obrázek: Jednotky měření radioaktivity

Tento obrázek umožňuje symbolicky vyjádřit vztah mezi třemi jednotkami měření

radioaktivity: dítě hází předměty svému spolužákovi. Počet hozených předmětů se

může přirovnat k becquerelovi (počet rozpadů za sekundu); počet předmětů chycených

spolužákem k jednotce gray (absorbovaná dávka), a stopy zanechané na jeho těle

v závislosti na předmětu, těžké nebo lehké k jednotce sievert (vzniklý účinek).

Page 8: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

7

Str. 7

Gray (Gy)

Tato jednotka umožňuje měřit množství záření (energie), které organismus nebo

předmět, který je vystaven záření, absorbuje. Jednotka gray nahradila jednotku rad

v roce 1986

1 gray = 100 rad = 1joule na kilogram ozářené látky.

Sievert (Sv)

Biologické účinky na organismus vystavený záření (podle povahy a druhu orgánů

vystavených záření) se měří v sievertech a vyjadřují se rovněž „dávkovým

ekvivalentem“. Nejběžnější jednotkou je milisievert neboli tisícina sievertu.

Curie (Ci)

Bývalou jednotkou měření radioaktivity je jeden curie (Ci). Veličina Curie byla

definována jako aktivita jednoho gramu přírodního prvku rádia, který se nachází

v půdě společně s uranem. Tato jednotka je mnohem větší než becquerel, neboť

v jednom gramu radia dojde k 37 miliardám rozpadů za sekundu, tudíž se jeden curie

rovná 37 miliardám becquerelů.

K detekci a měření záření vysílaného radioaktivními izotopy používáme různé typy

detektorů, mezi které patří detekční (odečítací) trubice s plynovou náplní

(proporcionální detektory, Geiger-Müllerovy detektory, ionizační komory) scintilátory

s fotomultiplikátory, polovodiče (křemík, germanium). Tyto detektory jsou extrémně

citlivé a běžně měří aktivitu milionkrát nižší než je ta, která by mohla mít dopad na

naše zdraví.

Text v modrém rámečku:

Pokles aktivity radioaktivního vzorku

v závislosti na čase

1 Bq = 1 rozpad za sekundu. Postupně, jak se

jádra rozpadem přeměňují, aktivita vzorku

klesá. Podle zákona náhody, který řídí fenomén

radioaktivity, je na konci času T nazývaného

poločasem rozpadu, aktivita vzorku poloviční.

Na konci dvou poločasů rozpadu zůstává ještě

čtvrtina jader radioaktivních. Na konci tří

poločasů rozpadu zůstává ještě osmina jader

radioaktivních. Na konci deseti poločasů

rozpadu zůstává tisícina jader radioaktivních.

Zákony radioaktivity

Page 9: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

8

Pokles radioaktivity Aktivita radioaktivního vzorku se snižuje v závislosti na čase, protože dochází

k postupnému mizení nestabilních jader, která tento vzorek obsahuje. Radioaktivní

rozpad daného jádra je jev nahodilý (má pravděpodobnostní charakter).

Str. 8

„V závislosti na jádrech trvá radioaktivita několik sekund, pár dní nebo i

miliardy let.“

Page 10: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

9

Tabulka rozpadu některých radioaktivních prvků

Chemický

prvek

Doba - poločas

rozpadu

Původ Výskyt Příklad použití

tritium 12,3 roku umělý - Termonukleární syntéza

(fúze), biologické popisky-

značkovače

Uhlík 11 20,4 minuty umělý - Lékařské zobrazovací

metody

Uhlík 14 5 730 let přírodní atmosféra

uhlíkové

sloučeniny

Datování, určování stáří

Kyslík 15 2, 02 min umělý - Lékařské zobrazovací

metody

Fosfor 32 14,3 dne umělý - Biologický výzkum

Síra 35 87, 4 dne umělý - Biologický výzkum

Draslík 40 1,3 miliardy let přírodní Horniny

bohaté na

draslík,

kostra

-

Kobalt 60 5,27 roku umělý - Radioterapie, průmyslové

ozařování, gama-

defektoskopie

Stroncium

90

28,8 roku umělý Produkty

jaderných

reaktorů

Měřidlo, dozimetr

Jód 123 13,2 hod umělý - Nukleární medicína

Jód 131 8, 05 dne umělý Produkty

jaderných

reaktorů

-

Césium 137 30,2 roku umělý Produkty

jaderných

reaktorů

Curieterapie (ozařování

nádorů z těsné blízkosti)

Thalium

201

3,04 dne umělý - Nukleární medicína

Radon 222 3, 82 dne přírodní Plyny,

které

vycházejí

ze

žulových

hornin

-

Radium 226 1 600 let přírodní Zemské

horniny

obsahující

uran

-

Thorium 14 miliard let přírodní - Určování stáří nerostů,

Page 11: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

10

232 potencionální palivo

Uran 235 704 milionů let přírodní Některé

zemské

horniny,

žulové

horniny

Nukleární zastrašování,

palivo

Uran 238 4,47 miliard let přírodní Některé

zemské

horniny,

žulové

horniny

Palivo pro reaktory

s rychlými neutrony

Plutonium

239

24 100 let umělý Produkt

jaderných

reaktorů

Nukleární zastrašování,

palivo

Str.9

Každý radioaktivní izotop má specifický poločas rozpadu. Je to doba, za kterou

polovina z původně přítomných radioaktivních atomů vymizí prostřednictvím

spontánní transformace.

V závislosti na druhu radioaktivních jader je tento poločas velmi různorodý: několik

sekund, hodin, několik dní, stovky let, miliardy let.

Různé typy rozpadu Radioaktivita alfa Záření alfa se skládá z jádra hélia obsahujícího 2 protony a 2 neutrony. Nese dva

kladné náboje.

Atomy, v jejichž radioaktivních jádrech je příliš protonů a neutronů vyzařují často

záření alfa (). Přeměňují se na jiný chemický prvek, jehož jádro je lehčí. Například

uran 238 je radioaktivní částicí alfa a přemění se na thorium 234.

Radioaktivita alfa () obrázek Helium 4 Thorium 234

Uran 238

Radioaktivita beta mínus Záření beta mínus se skládá z jednoho záporně nabitého elektronu.

Page 12: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

11

Některé atomy, jejichž jádra jsou příliš zatížena neutrony, vysílají záření beta mínus.

Jeden z neutronů v jádře se rozpadá na jeden proton a jeden elektron, který je

vymrštěn. Atom se tak transformuje na jiný chemický prvek. Například thorium 234

představuje radioaktivní částici beta minus a přeměňuje se na protactinium 234.

Radioaktivita beta

Elektron

Thorium 234 protactinium 234

„Radioaktivita se měří počtem rozpadů atomových jader za sekundu.“

Str. 10

Radioaktivita beta plus Záření beta plus se skládá z pozitronu (částice se stejnou hmotností jako elektron

ale nabitá kladně = antičástice k elektronu).

Mnohé atomy, jejichž jádra jsou příliš zatížena protony, vyzařují záření beta plus.

Jeden z protonů v jádře se rozpadne na neutron a pozitron, který je vymrštěn. A tak se

atom transformuje na jiný chemický prvek. Například jód 122 je radioaktivní částice

beta plus a transformuje se na telur 122. Všimněme si, že pro oba dva typy rozpadu

beta si jádro uchovává stejný počet nukleonů (tudíž stejnou atomovou hmotu).

Radioaktivita gama Záření gama je také elektromagnetické vlnění, stejné jako u světla nebo paprsků

X, ale je energetičtější. Toto záření následuje často po rozpadu alfa nebo beta.

Po vyslání částice alfa nebo beta, je jádro stále excitované, neboť jeho protony a

neutrony nenalezly ještě rovnováhu. Tudíž se rychle zbavuje příliš velkého množství

energie vysíláním paprsků gama. A tomu se říká radioaktivita gama. Například kobalt

60 se transformuje rozpadem beta na nikl 60, který dosáhne stabilního stavu tím, že

vyšle záření gama.

Fotografie : Babyline je přístroj (dozimetr), velmi citlivý na záření, který se využívá

během kontroly (radioaktivního) odpadu.

Page 13: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

12

Záření gama

Schéma

Page 14: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

13

Str. 11

RADIOAKTIVITA AŤ UŽ PŘIROZENÁ ČI UMĚLÁ JE VŠUDYPŘÍTOMNÁ

Původ radioaktivních prvků

Str. 12

Page 15: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

14

Přírodní radioizotopy Během vzniku Země, přibližně před pěti miliardami let, hmota obsahovala stabilní i

nestabilní atomy. Ale od té doby se většina nestabilních atomů působením

radioaktivity rozpadla a většina z nich dosáhla stability. I přes to existuje stále několik

atomů s přirozenou radioaktivitou:

radioizotopy charakterizované velmi dlouhým poločasem rozpadu jako jsou

uran 238 (4,5 miliardy roků), draslík 40 (1,3 miliardy let). Od doby svého

vzniku se ještě nestačily rozpadnout.

radioaktivní prvky pocházející z předchozích jako je např. radium 226, které

permanentně vzniká po rozpadu uranu 238. Radium 226 se pomalu

transformuje na plyn, radon, který je rovněž radioaktivní.

radioizotopy vzniklé působením kosmického záření kosmické záření k nám přichází bez přestání z Vesmíru a je někdy velmi

energetické – viz brožura Člověk a záření

na některá atomová jádra. Je tomu tak v případě uhlíku 14, který

neustále vzniká v atmosféře.

„Přirozená radioaktivita pochází z radioaktivních prvků, které

vznikly v hvězdné soustavě před miliardami let.“

Text k fotografii:

Několik příkladů aktivity radioaktivních vzorků v našem životním prostředí

žula: 1 000 becquerelů na kilogram

lidské tělo: člověk vážící 70 kg má radioaktivitu rovnající se řádově 8 000

becquerelů, z nichž přibližně 5 000 má na svědomí draslík 40 obsažený

v kostech

mléko 80 becquerelů na litr

mořská voda 10 becqurelů na litr

Page 16: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

15

Str. 13

Tyto přírodní radioizotopy se nacházejí na naší planetě v atmosféře (uhlík 14, radon

222), v zemské kůře (uran 238 a uran 235, radium 226) a v naší stravě (draslík 40). To

je tedy ten důvod, proč je všechno kolem nás radioaktivní. Odpradávna byly Země i

živé bytosti silně ovlivněny radioaktivitou. A není to tak dlouho, něco málo přes sto

let, co se díky Henrimu Becquerelovi prokázalo, že člověk vždy žil v tomto

radioaktivním prostředí.

Umělé radioizotopy Umělé radioizotopy se vyrábějí prostřednictvím cyklotronu (cyklický

vysokofrekvenční urychlovač) nebo jaderného reaktoru a používají se k četným

aplikacím. Některé radioizotopy (kobalt 60, iridium 192…) mohou být použity jako

zdroj záření pro radiografii gama (gamagrafii) nebo jako zdroj ozáření pro radioterapii

nebo pro průmyslové využití. Takové zdroje jsou běžně používány v lékařství i

průmyslu (viz brožura Člověk a záření). Ke vzniku dalších umělých radioizotopů

dochází v jaderných reaktorech (stroncium 90, cesium 137…). Některé z nich nejsou

člověkem využívány jako například jaderný odpad. Jsou silně radioaktivní a musejí být

uskladněny co nejbezpečněji a izolovaně od lidí (viz brožura Cyklus paliva).

„Pro potřeby lékařství a průmyslu člověk vytváří umělou

radioaktivitu.“

Text k fotografii:

Afrodita v podřepu, vystavená v oddělení starověkých řeckých, etruských a římských

památek v Louvru. Gamagrafie umožnila odhalit předchozí zpevnění této sochy

z mramoru a přesně určit, kde se nacházejí vložené kovové díly a dutiny.

Page 17: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

16

Str. 14

RADIOAKTIVITA JE VYJÍMEČNÝM PROSTŘEDKEM K PROZKOUMÁNÍ

ČLOVĚKA A PROSTŘEDÍ.

Využití radioaktivity

Str. 15

Page 18: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

17

Radioaktivní stopovače

Díky radioaktivnímu záření je možné sledovat pohyb chemické

látky v lidském těle Princip

Chemické vlastnosti radioaktivního izotopu jsou shodné s vlastnostmi stabilního

izotopu až na jeden rozdíl, který spočívá v tom, že radioizotop je nestabilní. Tato

nestabilita vyvolává rozpad, který se projevuje vyzařováním. Stačí tudíž vlastnit

detekční nástroje uzpůsobené ke sledování (stopování) těchto radioizotopů. Například

draslík 40, který je smíchán se stabilním draslíkem v naší potravě, se bude v našem

těle držet stejné trasy jako jeho stabilní izotopy. Detekce záření vysílaného draslíkem

40 umožní tudíž vystopovat pohyb veškerého draslíku. Za pomoci vhodných

detekčních přístrojů tak radioizotop může sloužit jako stopovač (stopovací nebo

kontrastní látka).

Stejným způsobem je možné také určit lokalizaci molekuly. Označení může být

provedeno dvěma způsoby: nahrazením jednoho atomu molekuly jedním z jeho

radioaktivních izotopů nebo zavěšením radioaktivního atomu na molekulu. Označená

molekula se tak stává stopovačem.

Obrázky mozku vytvořené pomocí kontrastní látky

Str. 16

Této metody se využívá hlavně v lékařství, aby se mohlo sledovat např. působení léku,

nebo při studiu přesunu zplodin do okolního prostředí… Je nezbytné připomenout, že

v konkrétním případě je kontrastní látka používána ve velmi malém množství, které je

však dostačující, protože přístroje detekující záření jsou velmi citlivé. Účinky

radioaktivního záření nejsou tudíž v těchto malých dávkách nebezpečné. (viz brožura

Člověk a záření.) Kromě toho je poločas rozpadu těchto izotopů velmi krátký (od

několika minut do několika dnů) a izotopy zmizí velmi rychle jak z našeho organizmu,

tak ze životního (okolního) prostředí.

Page 19: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

18

Aplikace stopovačů v lékařství Možnosti nabízené aplikací stopovačů a

radioaktivity v biologickém a lékařském

výzkumu byly jedním z rozhodujících faktorů

pokroku v medicíně v průběhu 20. století.

Rovněž tak například v Avery v roce 1943

izotopy umožnily prokázat, že DNA je

nositelem dědičnosti. V následujících letech

vedly k nástupu molekulární biologie, ke

stanovení genetického kódu, k charakteristice

chemických reakcí zajišťujících buněčné

fungování nebo také k pochopení

energetických mechanizmů. Ostatně techniky

používající radioaktivitu rozšiřují možnosti

diagnostiky za účelem správného stanovení

diagnózy a lepšího léčení nemocí. Místo aby

(pokračování na další str.)

Str. 17

„Radioaktivita přispěla k rozvoji výzkumu v biologii a pokroku

v lékařství ve 20. století.“

záření procházelo lidským tělem jako je tomu u radiografie, zavede se do organismu

malé množství látky se stopami radioizotopu vysílajícího záření gama nebo beta plus,

které se nakonec také přemění na záření gama. Tento produkt rozpozná určité buňky

organismu a určí, zda fungují správně. Například thalium 201 umožní pozorovat přímo

činnost srdce a vidět, zda vykazuje známky slabosti.

Jiné druhy zkoušek odhalí přítomnost nádorů v kostech.

Vědci využívají rovněž nukleární medicínu k pochopení funkce orgánů. Například

techniky, se kterými se pracuje při zkoumání mozku, umožní přímé pozorování částí

mozku, které kontrolují vidění, memorování, učení se jazykům nebo počítání. Ve

výzkumu umožní radioaktivní označení molekuly (léky, energetické produkty…)

sledovat, jak se bude buňka nebo organismus chovat v budoucnosti. To vše pomáhá při

koncepci nových léků.

Page 20: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

19

Použití radioaktivních stopovačů při zkoumání životního

prostředí

Míra absorpce záření vysílaného velmi slabým zdrojem umožní měřit hustotu

prostředí, kterým prochází. Rovněž tak můžeme průběžně sledovat rozpuštěné látky

neboli suspenze (pevné látky rozpuštěné v kapalném prostředí) ve vodách řek jako je

(pokračování na další str.)

Text k fotografii: Přírodní nebo umělé radioizotopy jsou stopovače (kontrastní látky),

které se kromě jiného používají i při sledování vývoje masy vzduchu nebo vody…

Page 21: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

20

Str. 18

Rhona a regulovat čištění přehrady tak, aby

se nepřekročila úroveň, která by ohrozila

faunu a flóru řeky. Rovněž tak se může

sledovat radioaktivně označený sediment

nebo znečišťující prvek. To umožní

optimalizovat trasy silnic a dálnic, aby se

minimalizovalo riziko znečištění, nebo

kontrolovat skládky odpadu, zda neinfiltrují

půdu. Vědci využívají rovněž přemisťování

přirozených či umělých radioizotopů při

sledování přesunů mas vzduchu nebo vody…

Využití radioaktivních stopovačů

v průmyslu Průmysl využívá četné komplexní reaktory,

přes jejichž neprůhlednou stěnu mohou být

vstříknuty radioaktivní stopovače.

(pokračování na str. 19)

Text k fotografii

1/ Stopovače jsou využívány v průmyslovém prostředí zvláště v petrochemii.

2/ Využití jaderných technologií pro vědecké účely

Text v rámečku

Využití radioaktivních stopovačů v průmyslové výrobě

Vstřikování stopovačů do průmyslového reaktoru musí být co možná nejkratší, aby

funkce zaznamenaná v bodech vybraných k měření mohla být považovaná za

Distribuci doby prodlení (DTS) fáze označené radioizotopy.

Na základě DTS se mohou vyvodit parametry transferu označené fáze v systémech,

jakými jsou např. rychlost proudění, průtok, mrtvý objem, krátké obvody…

Tato měření umožní optimalizovat výrobu tím, že se ušetří základní surovina a sníží

její vypouštění do okolního prostředí

Page 22: RADIOAKTIVITA - zcu.czkke.zcu.cz/about/projekty/enazp/projekty/17_Fyzika_45-47/45_IUT/090_Energie-RADIOAKTI...5 Str. 5 RADIOAKTIVITA, PŘIROZENÁ VLASTNOST NĚKTERÝCH ATOMŮ V přírod

21

Umožní prostudovat chování tekutin (chladiva) uvnitř těchto reaktorů. Týká se to

četných průmyslových odvětví: chemie, ropy a petrochemie, výroby cementu, hnojiv,

papírové hmoty, chloru, uhličitanu sodného (sody), výbušnin, metalurgie,

energetiky…

Operace spočívá v tom, že se označí malý kousek látky při vstupu do přístroje a že

bude zkoumána a pozorována křivka restituce a koncentrace stopovače na různých

místech a v závislosti na čase. (text v rámečku)

Text k fotografii: bizon z jeskyně v Niveaux (Arriège) namalovaný před 13 000 lety.

Přímé určení stáří fresky pomocí uhlíku 14

Určování stáří – datování Některé přirozené radioaktivní prvky představují skutečné chronometry, se kterými se

můžeme vracet do minulosti. Metody určování stáří založené na úbytku radioaktivity

obsažené v předmětech nebo ve zkoumaných stopách byly dovedeny k dokonalé

přesnosti.

Můžeme se tudíž s uhlíkem 14 ponořit do minulosti staré desítky tisíc let, s metodami

jako je termoluminiscence nebo metoda uran-thorium dokonce i dále.

Určování stáří pomocí uhlíku 14 umožní zabývat se historií Člověka a prostředím, ve

kterém žil, v době před 5 000 až do 50 000 lety.

Uhlík je velice rozšířený v našem prostředí a je součástí molekuly kysličníku

uhličitého, který se vyskytuje v atmosféře. Tento uhlík je v přírodním stavu tvořen

hlavně uhlíkem 12, ale z části obsahuje i radioaktivní uhlík 14. Během života každého

jedince je poměr C14/C12 v rovnováze mezi atmosférou a živým světem (živočišným

a rostlinným) díky nezbytným výměnám jakou jsou dýchání, fotosyntéza, výživa. Po

smrti organismu už nedochází k obnově uhlíku 14 s okolním světem. Jeho dávka

v organismu klesá, neboť se pomalu rozkládá. Poměr vztahu mezi uhlíkem 14 a

uhlíkem 12 umožní určit dobu smrti. Čím méně uhlíku 14 zůstane ve fosílii, jejíž stáří

se má určit, tím je jeho smrt dávnější.

„Radioaktivita je využívána pro stanovení stáří historických a prehistorických

stop (pozůstatků)“


Recommended