ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Применение радиоактивных излучений в науке и технике из "Ядерная физика " Рассмотрим по порядку возможности перечисленных методов. [c.679] Приведем несколько примеров. [c.679] В физике только использование меченых атомов дало возможность прямого измерения коэффициента самодиффузии — процесса, в котором атомы или молекулы одного и того же вещества перемешиваются друг с другом в растворе. [c.679] Только методом меченых атомов можно получить информацию о скорости обмена веществ в тканях живого организма. Оказалось, что в целом ткани обновляются гораздо быстрее, чем считалось раньше. Выяснен целый ряд подробностей такого обмена. Так, с помощью радиоуглерода было установлено, что жирные кислоты, образовавшиеся из масла, быстро усваиваются организмом, а сходные соединения из смальца и солонины имеют тенденцию откладываться в костях. [c.680] В сельском хозяйстве важно знать, в каких химических соединениях следует вносить удобряющие элементы — азот, фосфор, кальций и др. в почву, чтобы они лучше усваивались растениями. И здесь решающую роль сыграли меченые атомы, позволившие выяснить, каким путем и в каком количестве попадает в растение элемент именно из удобрения. Особенно хорошо изучено усвоение фосфора, имеющего сравнительно удобный для работы радиоактивный изотоп 15 с временем жизни 14 дней. В этих опытах было установлено, какой процент фосфора усваивается в различных условиях, что позволило дать практически полезные рекомендации по оптимальному размеру гранул суперфосфата, по глубине его внесения и т. д. Был открыт ряд совершенно новых фактов. Например, оказалось, что в определенных условиях растения могут поглощать питательные соли не только корнями, но и листьями. [c.680] В одну из трущихся поверхностей вносится радиоактивный изотоп (например, р-активный изотоп aeFe в сталь), после чего измеряется радиоактивность либо другой трущейся поверхности, либо (что обычно удобнее) смазочного масла. Такой метод позволяет резко сократить время испытаний на износ при повышении точности и подробности информации об этом процессе. Раньше о скорости износа часто судили по величине трения. С помощью метода меченых атомов установлено, что износ далеко не всегда пропорционален трению. Бывает, что при переходе от одной смазки к другой трение уменьшается в 5 раз, а износ в 400 раз. А это очень важно потому, что износ является гораздо большим злом, чем трение. [c.681] Так как чувствительность метода меченых атомов обратно пропорциональна периоду полураспада используемого радиоактивного изотопа, то наиболее удобными для использования являются изотопы, живущие не слишком долго. Но очень короткие периоды полураспада также неудобны, так как короткоживущий изотоп почти весь распадается за время опыта, а то и за время между изготовлением изотопа и началом опыта. Оптимальными являются времена около года. Допустимы отклонения от этой величины на несколько порядков в обе стороны. Используемые на практике радиоактивные изотопы имеют периоды полураспада от нескольких часов до десятков тысяч лет и больше. Из короткоживущих изотопов можно отметить важный для изучения износа подшипников изотоп меди с периодом полураспада 12,8 часа. Из долгоживущих изотопов очень важен изотоп хлора с периодом полураспада 3,1 10 лет. Есть элементы, у которых отсутствуют радиоактивные изотопы, живущие достаточно долго, чтобы можно было пользоваться ими как мечеными атомами. К ним относятся, в частности, такие важнейшие для биологии и органической химии элементы, как кислород и азот. У кислорода наиболее долго живущий нестабильный изотоп имеет период полураспада 2 минуты, а у азота — 10 минут (jN ). Поэтому для меток по кислороду и азоту приходится использовать добавки стабильных изотопов gO и 7N , содержание которых в природных смесях мало (меньше процента). [c.681] Метод меченых атомов часто используется в сочетании с методом наведенной активности, о чем мы скажем ниже в п. 5. [c.682] В настоящее время Всесоюзное объединение Изотоп поставляет соответственно 1000 и 700 наименований радиоактивных и стабильных изотопов и меченных ими соединений. [c.682] В медицине ионизационная способность излучений используется для радиационного разрушения злокачественных опухолей. Уже сейчас более половины больных раком молочной железы живут свыше десяти лет после комплексного хирургического и лучевого лечения. [c.682] Применимый для уничтожения насекомых, спаривающихся один раз в жизни. Заключается он-в том, что в зараженную местность выпускают большое количество (миллионы) насекомых-самцов, специально стерилизованных определенной дозой излучения. Эти самцы спариваются с самками, которые уже не дают потомства. В Италии этим способом удалось уничтожить фруктовую муху на большом участке острова Капри. Ряд успешных опытов большого масштаба был проведен в других странах. Метод стерильных самцов не универсален. Но в пределах своей применимости он превосходит метод ядохимикатов тем, что не убивает полезных насекомых и не приводит к накоплению вредных примесей в сельскохозяйственных продуктах. [c.683] Ионизация облучением используется также для увеличения числа генетических мутаций у разных растений с целью ускорения получения новых полезных сортов. [c.683] Усиленно разрабатываются методы стерилизации облучением различных пищевых продуктов, что позволяет увеличить сроки хранения картофеля и ряда других овощей. [c.683] Схема радиоактивного каротажа. [c.684] ДЛЯ ВОДЫ, а в нейтрон — у-каротаже — наоборот. Это дает возможность уверенно отличать нефтяные пласты от водных. [c.685] Классическая методика активационного элементного анализа состоит в том, что исследуемое вещество и образец-эталон с известным количеством определяемого элемента облучают фиксированной дозой, а затем (сразу или после определенной выдержки) измеряют возникшую наведенную активность. Присутствие нужного элемента идентифицируется по виду испускаемых частиц, по их энергии и по периоду полураспада. [c.685] Наиболее широко используется активация нейтронами, так как нейтроны, особенно медленные, энергично поглощаются всеми ядрами (кроме jHe ), причем поглощение в большинстве случаев приводит к образованию 5- (а часто и у-) активных изотопов. Применяются не только медленные, но и быстрые нейтроны. В последнем случае возможен не только радиационный захват, но и другие реакции, такие, как (п, р), (п, а), (п, d) и т. д. В качестве источников нейтронов используются изотопные источники, высоковольтные d—t-трубки, нейтронные размножители, реакторы. Активация в мощном нейтронном потоке реактора дает возможность производить анализ с исключительно высокой точностью и обнаруживать крайне малые концентрации элементов. Разработаны методики определения концентрации путем активации в реакторе для 70 элементов с точностью от 10 до 10 %. Применение изотопных нейтронных источников и разрядных трубок не дает такой точности анализа, но зато выгодно отличается относительной простотой, дешевизной, а часто и быстротой. [c.685] Для прецизионных анализов из активированного образца радиохимическими методами выделяют элемент, содержащий исследуемую активность. Однако разрушение образца часто бывает нежелательным. В этом случае проводят менее точный анализ без разрушения образца. Такие анализы осложнены тем, что в образце могут возникнуть сопутствующие активности, наведенные в других элементах. Поэтому при анализе без разрушения необходимо тщательно учесть все возможные реакции активирующего излучения со всеми изотопами каждого элемента, могущего входить в состав исследуемого вещества. Методы разделения наведенных активностей от разных изотопов разнообразны. Выбор наиболее эффективной методики часто требует немалой вдумчивости и изобретательности. [c.685] Развиваются экспрессные методы активационного анализа без разрушения, опирающиеся на измерение короткоживущих активностей и даже просто продуктов ядерных реакций. Эти методы используются, в частности, для непрерывного автоматического контроля за ходом различных технологических процессов. Идентификация проводится по Р-распадным электронам, по у-квантам радиационного захвата (п, у), по нейтронам и другим частицам, вылетающим в результате ядерных реакций. Используются и у-кванты, возникающие при возвращении ядра в основное состояние после неупругого столкновения с нейтроном. Для повышения селективности анализа обычно измеряется энергия у-квантов, а для каскадных процессов часто используется регистрация на совпадения. Примером экспрессного анализа по короткоживущей активности может служить определение содержания кислорода посредством активации быстрыми нейтронами, вызывающими реакцию вО (п, p)7N . Период полураспада изотопа составляет всего лишь 7,3 с. Регистрируются обычно не 3-электроны, а жесткие у-кванты с энергиями 6,1, 6,9 и 7,1 МэВ, возникающие при переходе продукта распада — изотопа — в основное состояние. Примером использования ядерных реакций для элементного анализа может служить использование ракции 4Ве (у, п)4Ве для анализа на бериллий. Эта реакция имеет на редкость низкий порог 1,66 МэВ (обычно порог реакции (у, п) лежит в области 10 МэВ). Регистрируются вылетающие нейтроны. Малость порога, во-первых, делает метод исключительно селективным, а во-вторых, дает возможность использовать для активации дешевые и простые в обращении изотопные источники у-излучения. [c.688] В естественных условиях происходит слабая активация некоторых изотопов вторичными нейтронами от космических лучей. Этот процесс наиболее интенсивен на границе тропосферы и атмосферы. Важнейшей из реакций активации является образование радиоуглерода из азота 7N (n, р)вС. Этот углерод окисляется, превращаясь в радиоактивный углекислый газ, который через 10—15 лет полностью перемешивается с основной массой углекислого газа атмосферы. Через углекислый газ радиоуглерод попадает в растения, а оттуда — в живые организмы. Период полураспада радиоуглерода равен 5700 годам. Если считать, что поток космических лучей примерно постоянен во времени, то во всех органических тканях образуется строго постоянная равновесная концентрация изотопа g соответствующая примерно 15 распадам в минуту на один грамм углерода органического происхождения. Но эта равновесная концентрация начинает падать, как только прекращается обмен веществ. На этом основан разработанный В. Либби метод датировки различных археологических предметов органического происхождения. Чем меньше концентрация радиоуглерода, тем больше возраст предмета. Метод Либби позволяет определять возраст предметов, пролежавших в земле от 1000 до 50 ООО лет, с точностью до 100 лет. Результаты измерений возраста ряда египетских древностей оказались в хорошем согласии с достаточно надежными летописными данными. Это не только подтвердило надежность методики, но дало возможность сделать заключение о постоянстве потока космических лучей за последние 5000 лет. С помощью радиоуглерода удалось установить много интересных дат. В частности, оказалось, что в Северной и Южной Америке, а также в Англии человек появился 10 400 лет назад, т. е. сразу же после последнего ледникового периода. [c.689] Вернуться к основной статье