Измерение радиоактивности
СОДЕРЖАНИЕ: Явление радиоактивности. Радиоактивность естественная и искусственная. Токсикологическая характеристика наиболее опасных для биосферы радиоактивных изотопов. Технологические приёмы для снижения уровней радиоактивного загрязнения продуктов животноводства.Министерство сельского хозяйства Р. Ф.
Уральская Государственная сельскохозяйственная академия.
Контрольная работа
По дисциплине: Радиобиология.
Исполнитель: студентка 3курса
заочного Ф. Т. Ж.
Руководитель:
Екатеринбург 2006
Задача 4.
активность бария-131 на 1 декабря была равна 4 мКu. Какова будет активность его 5 января следующего года? Период полураспада бария-131 равен 12 суткам.
t/T
Формула: At=Ao*2 где, At-активность вещества через время (?)
Ao- исходная активность вещества (4мКu)
T- период полураспада(12суток)
t-время (36суток)
_36/12
Решение:
At=4мКu*2 = 0.5мКu.
Ответ: активность бария-131 5 января будет 0,5мКu.
Задача 14.
За 30 минут пребывания в зоне радиоактивного излучения человек получил дозу облучения 160мкР. Какова мощность дозы излучения в этой зоне?.
Формула: P=D/t где, P-мощность дозы (?)
D- доза радиоактивного излучения (160мкР)
t- время (30минут)
Решение:
P=160мкР/30мин.=5,3мкР/мин.
Ответ: мощность дозы равна 5,3мкР/минуту.
Задача 24.
При измерении радиоактивности пробы шерсти измерение прибора было равно 286имп/мин. Скорость счета по эталону равна 691имп/мин. Рассчитайте радиоактивность пробы шерсти, если радиактивность эталона содержащего серу-35-3мКu.
Формула: Апр=Аэт*Nпр./Nэт. где , Апр-радиактивность пробы шерсти(?)
Аэт-скорость счета по эталону (691имп/мин)
Nпр-радиоактивность пробы шерсти (286имп/мин)
Nэт- радиактивность эталона (3мКu).
Решение:
Апр=3мКu*286имп/мин/691имп/мин=1,24мКu.
Ответ: радиоактивность пробы шерсти равна 1,24мКu.
4. Явление радиоактивности. Радиоактивность естественная и искусственная.
Явление радиоактивности было открыто в 1896 г. французским физиком Анри Беккерелем. Он обнаружил, что содержащие уран вещества испускают невидимые лучи, вызывающие потемнение фотопластинки и способные проникать через бумагу, дерево и другие плотные среды. Некоторое время спустя знаменитые французские физики Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри установили, что способностью испускать такие лучи обладают, кроме урана, еще торий и полоний. Немного позднее (1898) ими был открыт радий. Супруги Кюри выделили радий в чистом виде, который представлял собой мягкий серебристо-белый металл, похожий по своим свойствам на барий. Исследования показали, что интенсивность излучения, испускаемого радием, в миллионы раз больше, чем у урана. Беккерель и супруги Кюри показали сильное действие излучения радия на человеческий организм.
Способность некоторых элементов испускать открытые Беккерелем лучи супруги Кюри назвали радиоактивностью, а вещества, обладающие этой способностью, — радиоактивными веществами.
В настоящее время излучения, возникающие при радиоактивном распаде, называют ионизирующими или ядерными, излучениями. Первое из этих названий связано с одним из главных свойств данных излучений — способностью производить ионизацию в окружающей среде. Однако этой способностью обладают также и рентгеновские лучи и отчасти ультрафиолетовые. Поэтому более точным является название «ядерные излучения».
Естественные радиоактивные элементы
Природными, или естественными, излучателями называются все радиоактивные изотопы, встречающиеся в природе и не созданные человеком. Явление естественной радиоактивности, как было сказано ранее, открыто в самом конце XIX века. Следы естественной радиоактивности можно обнаружить во всех веществах живой и неживой природы.
Открытие естественной радиоактивности оказало глубокое влияние на многие фундаментальные понятия науки. Явление естественной радиоактивности было использовано для создания эффективных методов изучения микроскопической структуры веществ и их свойств. Радиоактивность естественных излучателей начали использовать при изучении строения атомных ядер для оценки возраста земли и измерения скорости образования осадков на дне океанов.
В настоящее время в природе обнаружено около 340 изотопов, причем 70 из них являются радиоактивными, это в основном изотопы тяжелых металлов.
Основное количество естественных радиоактивных изотопов относится к тяжелым элементам. Все элементы, имеющие атомный номер больше 80, имеют радиоактивные изотопы. Изотопы элементов с атомным номером больше 82 в стабильном состоянии вообще неизвестны, все они являются радиоактивными. Кроме естественно возникших радиоактивных излучателей земного происхождения, имеются некоторые изотопы, образованные в процессе взаимодействия космических лучей с газами земной атмосферы и отдельными элементами земной коры. Наиболее важными из них являются углерод (С14 ) и тритий (Н3 ).
Естественные радиоактивные изотопы, встречающиеся в природе, можно разбить на три группы. В первую группу входят естественные радиоактивные элементы, известные изотопы которых радиоактивны. К этой группе относятся три семейства последовательно превращающихся изотопов: ряды урана — радия, тория и актиния. Промежуточными продуктами распада этих радиоактивных семейств являются как твердые, так и газообразные изотопы (эманации). Наибольшее значение из этой группы имеют уран (U235 ), торий (Тh232 ), радий (Rа226 ) и радон (Rn222 , Rn220 ). Во вторую группу входят изотопы химических элементов, связанных генетически, т. е. не образующие семейства. К этой группе относятся калий (К40 ), кальций (Са48 ), рубидий (RЬ87 ), цирконий (Zг96 ), лантан (Lа138 ), самарий (Sm147 ), лютеций (Lu176 ). Основное значение из этой группы имеет калий: он обусловливает наибольшую величину естественной радиоактивности.
В третью группу входят так называемые космогенные изотопы, которые образуются в стратосфере под действием космических лучей, захватываются атмосферными осадками и в их составе выпадают на земную поверхность. К этой группе относятся тритий (Н3 ), бериллий (Ве7 , Ве10 ) и углерод (С14 ).
Естественные излучатели в основном являются долгоживущимиизотопами, с периодом полураспада 108 —1016 лет. В процессе распада они испускают - и -частицы, а также -лучи. Обычно эти естественные радиоактивные изотопы находятся в очень рассеянном состоянии.
Искусственные радиоактивные изотопы
Кроме естественных радиоактивных изотопов, существующих в природной смеси элементов, известно много искусственных радиоактивных изотопов. Искусственные радиоактивные изотопы получаются в результате различных ядерных реакций. Изучение естественной радиоактивности показало, что превращение одного химического элемента в другой обусловлено изменениями, происходящими внутри атомных ядер, т.е. внутриядерными процессами. В связи с этим были предприняты попытки искусственного превращения одних химических элементов в другие путем воздействия на атомные ядра.
Для превращения одних химических элементов в другие необходимо было атомные ядра подвергать таким воздействиям, которые бы приводили к изменению ядер и связанному с этим превращению одних элементов в другие. Следовательно, нужны были источники энергии того же порядка, как энергия внутриядерных связей. Эффективным средством воздействия на атомные ядра оказалась бомбардировка их частицами высокой энергии (от нескольких миллионов до десятков миллиардов электрон-вольт).
В первое время в качестве бомбардирующих частиц применяли -частицы радиоактивного излучения.
В 1919 г. Резерфорд впервые осуществил искусственное расщепление ядер азота, бомбардируя их -частицами полония. Затем стали применять и другие заряженные частицы, предварительно сообщая им очень большую скорость (кинетическую энергию) в специальных ускорителях. Кроме того, в настоящее время применяются потоки заряженных и нейтральных частиц, создаваемые ядерными реакторами. Процесс превращения атомных ядер, обусловленный воздействием на них быстрых элементарных частиц (или ядер других атомов), называется ядерной реакцией. Например, после пропускания -лучей через слой азота образуются атомы изотопа кислорода и атомные ядра водорода, т.е. протоны. Эта ядерная реакция протекает следующим образом: -частица попадает в ядро азота и поглощается им. Образуется промежуточное ядро изотопа фтора 9 F18 , которое оказывается неустойчивым, оно мгновенно выбрасывает из себя один протон и превращается в изотоп кислорода.
В настоящее время запись ядерных реакции производят более сокращенно. После символа атомного ядра, подвергающегося, бомбардировке указывают в скобках бомбардирующую частицу и другие частицы, появляющиеся в результате реакции; за скобкой ставят символ атомного ядра — продукта. Этот способ записи к рассматриваемой реакции может выглядеть следующим образом. Первая искусственная ядерная реакция, проведенная Резерфордом, подтвердила возможность осуществления искусственных ядерных реакций и непосредственно показала, что протоны входят в состав атомных ядер и могут быть выбиты из этих ядер.
Все ядерные реакции сопровождаются испусканием тех или иных элементарных частиц (в том числе и -квантов) . Продукты многих ядерных реакций оказываются радиоактивными. Явление искусственной радиоактивности было открыто известными французскими физиками Ирэн и Фредериком Жолио-Кюри в 1934 г. Они впервые искусственным путем получили радиоактивные изотопы элементов, встречающихся в природе в виде устойчивых изотопов. Такие изотопы были названы искусственно радиоактивными изотопами.
Первые искусственно радиоактивные изотопы были получены при бомбардировке -частицами элементов бора, магния, алюминия. При бомбардировке алюминия вылетают нейтроны и получался изотоп фосфора, испускающий позитроны. Изотоп фосфора оказался радиоактивным, его атомные ядра испускали позитроны и превращались в ядра кремния. реакция бомбардировки алюминия -частицами, открытая супругами Жолио-Кюри, показала новый вид радиоактивного распада-позитронный распад, который не наблюдается у естественно биоактивных изотопов.
В дальнейшем было показано, что искусственные радиоактивные изотопы можно получить, бомбардируя стабильные изотопы не только -частицами, но нейтронами и другими ядерными частицами.
В настоящее время радиоактивные изотопы известны почти для всех элементов и их можно получить, при самых разнообразных ядерных реакциях. Так, даже один и тот же изотоп может быть получен в результате совсем различных ядерных реакций. После открытия искусственной радиоактивности стало возможным нанесение «метки» на атомы почти каждого химического элемента. Искусственные радиоактивные изотопы стали применяться в качестве меченых атомов. Метод меченых атомов в настоящее время имеет большое значение в самых разнообразных науки областях и практики.
Следует отметить, что методом меченых атомов называют работу как со стабильными, так и с радиоактивными изотопами, если эти изотопы используются как индикаторы. Радиоактивные изотопы применяются в качестве меченых атомов чаще, чем стабильные потопы.
В настоящее время для получения искусственных радиоактивных изотопов в промышленности применяют три основных метода: 1) бомбардировка химических соединений и элементов ядерными частицами; 2) химическое разделение смеси изотопов; 3) выделение продуктов распада естественных радиоактивных изотопов.
Для биологических и сельскохозяйственных работ имеют значение в основном изотопы, полученные двумя первыми методами. В промышленном масштабе искусственные радиоактивные изотопы получают путем облучения (преимущественно нейтронного) соответствующих химических элементов в ядерном реакторе. В результате ядерной реакции типа (n, ) получается изотоп того элемента, который облучается. При реакциях типа (n, ) и (n, p) образуются изотопы других элементов.
12. Токсикологическая характеристика наиболее опасных для биосферы радиоактивных изотопов.
Группы радиотоксичности. По степени биологического действия радионуклиды как потенциальные источники внутреннего облучения разделены на пять групп.
1.Группа А — радионуклиды особо высокой радиотоксичности. К данной группе относятся радиоактивные изотопы: свинец-210, полоний-210, радий-226, то-рий-230, уран-232, плутоний-238 и др. Среднегодовая допустимая концентрация (Ки/л) для них в воде установлена в пределах Х*(10° —1010 ).
2.Группа Б — радионуклиды с высокой радиотоксичностью, для которых среднегодовая допустимая концентрация в воде равна Х-(107 —109 ) Ки/л. Сюда относятся изотопы: рутений-106, йод-131, церий-144, висмут-210, торий-234, уран-235, плутоний-241 и др. К этой же группе отнесен стронций-90, для которого указанная концентрация равна 4*1010 .
3.Группа В — радионуклиды со средней радиотоксичностью. Для данной группы среднегодовая допустимая концентрация в воде установлена Х*(10108 ) Ки/л. В группу включены изотопы: натрий-22, фосфор-32, сера-35, хлор-36, кальций-45, железо-59, кобальт-60, стронций-89, иттрий-90, молибден-99, сурьма-125, цезий-137, барий-140, золото-196 и др.
4.Группа Г-радионуклиды с наименьшей радиотоксичностью. Среднегодовая допустимая концентрация их в воде равна Х* (107 —106 ) Ки/л. В группу входят следующие изотопы: бериллий-7, углерод-14,фтор-18, хром-51, железо-55, медь-64, теллур-129, платина-197, ртуть-197, таллий-200 и др.
5.Группа Д. Эту группу составляет тритий и его химические соединения (окись трития и сверхтяжелая вода). Допустимая концентрация трития в воде установлена 3,2*106 Ки/л. На основе степени радиотоксичности предъявляются надлежащие санитарные требования при работе соответственно радиоактивному изотопу.
17. Технологические приёмы для снижения уровней радиоактивного загрязнения продуктов животноводства .
Использование ионизирующих излучений в сельском хозяйстве. Исследования действия ионизирующей радиации на биологические объекты в зависимости от дозы, мощности облучения и состояния облучаемого объекта послужили основой разработки и внедрения в сельское хозяйство радиационно-биологической технологии. В качестве источников излучения избраны кобальт-60 и цезий-137. Они имеют длительный период полураспада; сравнительно высокую проникающую способность гамма-излучения, которая не дает наведенной радиоактивности в облучаемых объектах; физико-механические свойства, позволяющие длительно эксплуатировать элементы в радиационно-биологических установках. Эти источники можно приобретать в необходимом количестве и располагать радиационно-биологическую установку на любом расстоянии от ядерного реактора. Кроме того, для данных целей могут использоваться ускорители электронов с энергией до 10 МэВ, а также источники излучения, «связанные» с ядерным реактором (радиационные контуры, частично или полностью отработанные ТвЭЛЫ).
В России для нужд сельского хозяйства и научных исследований в области радиационно-биологической технологии создан целый ряд передвижной и стационарной техники. Передвижные гамма-установки типа «Колос», «Стебель», «Стерилизатор» смонтированы на автомашинах или автоприцепах. Они предназначены для предпосевного облучения семян зерновых, зернобобовых, технических и других культур в условиях колхозов и совхозов.
Под влиянием рентгеновых лучей в дозе 25 Р отмечалось стимулирующее влияние не только на рост и развитие цыплят после облучения их в первые сутки жизни, но и на более раннее их созревание. Курочки опытной группы начинали яйцекладку в среднем на 7 дней раньше птиц контрольной группы; у них была несколько выше средняя масса тела (Белов, Киршин, Пак, 1984).
(А. М. Кузин и др. (1963) при облучении яиц в предынкубационный период дозой 1,4 Р отмечали увеличение процента вывода цыплят за счет снижения количества погибших эмбрионов. Эти цыплята были более жизнеспособные по сравнению с контрольными. Молодки опытной группы начинали нестись на 10 дней раньше.
Однократное облучение дозами 4—200 рад неполовозрелых кур в возрасте 112 дней приводило к увеличению яйценоскости на 119% по сравнению с контролем. В. И. Беркович тоже установил на большом количестве кур стимулирующее действие излучения.
Исследованиями ряда авторов (Киршин, Григорьев, Николаев и др.; 1983) выявлено, что предынкубационное облучение яиц гамма-лучами в дозе 100:±15 Р или цыплят в день вывода дозой 404=5 Р вызывает ряд положительных изменений в общем состоянии бройлеров в период их выращивания — они более активно проявляют групповые и индивидуальные рефлексы, лучше, чем контрольные, поедают корм.
Гамма-облучение суточных поросят крупной белой породы дозами 10—25 Р вызывало у них выраженный стимулирующий эффект. В первые 3 мес жизни масса тела у животных увеличивалась на 10—15%, к 6-месячному возрасту масса тела и средняя длина туловища превышали на 6—8% массу контрольных сверстников. Радиостимуляция не оказывала отрицательного влияния на органолептические и биохимические показатели мяса (Киршин, Григорьев, Пастухов, 1983).
Имеются данные, что лучевое воздействие дозами 10—30 Р повышает выживаемость и интенсивность роста норок, улучшает качество пушнины. При этом отмечено, что у самцов эффект выражен сильнее.
Есть данные, указывающие на то, что радиационная стерилизация питательных сред не только не понижает питательных свойств, но даже в той или иной степени повышает их качество для некоторых видов микроорганизмов.
Исследования последних лет показали экономическую целесообразность применения ионизирующих излучений для обеззараживания сырья животного происхождения — шерсти, пушно-мехового, кожевенного и другого сырья, неблагополучного по инфекционным болезням.
Разработаны режимы радиационного обеззараживания сырья при сибирской язве, листериозе, трихофитии и микроспории, чуме плотоядных, ящуре. Определены параметры гамма-установки для радиационного обеззараживания шерсти, кожевенного и пушно-мехового сырья, волос, пуха и пера.
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и Комиссия ООН по вопросам пищи и сельского хозяйства одобрили использование ионизирующего излучения для обработки пищевых продуктов с целью стерилизации и лучевого консервирования, а также обеззараживания мясных туш при паразитарных поражениях (трихинеллезе и др.).
Проведенные исследования лучевой стерилизации пищевых продуктов и по продлению сроков их хранения показывают, что этот прием будет применяться, хотя он и сопровождается некоторыми биохимическими изменениями продуктов, частичной потерей витаминов и изменениями органолептических свойств. В настоящее время ионизирующие излучения рекомендуют применять при хранении мяса, полуфабрикатов и кулинарных изделий из них, рыбы и других продуктов моря, пищевого картофеля, лука и прочих корнеплодов в весенне-летние месяцы, скоропортящихся ягод и фруктов на сроки их транспортировки от производителя к потребителю, концентратов фруктовых соков и т. д. Радиационная технология обработки и хранения продуктов основана на подавлении микробиальной обсемененности (радуризация) или радиационной стерилизации (радаппертизация).
Одной из сложных и недостаточно решенных проблем на животноводческих комплексах является обеззараживание навоза и навозных стоков. Проведенные исследования подтвердили перспективность метода обеззараживания их с помощью гамма-излучения и ускоренных электронов. Наиболее эффективным и экономически выгодным оказалось комбинированное воздействие ионизирующего излучения и физических (тепло, давление) или химических факторов, так как при этом удается значительно снизить обеззараживающую дозу для яиц гельминтов и микроорганизмов. Разработана технология обеззараживания навозных стоков на основе использования ионизирующего излучения (гамма-излучения или электронов), давления и температуры.
Известно, что борьба с вредителями сельскохозяйственных растений и собранного урожая — дело исключительной важности, поскольку дает возможность сохранить очень большое количество продукции (около 20% валового сбора). Для борьбы с насекомыми-вредителями предложено использовать ионизирующее излучение в трех основных направлениях:
а) радиационной половой стерилизации самцов насекомых, специально отловленных или разведенных и затем выпущенных в естественные условия, где данный вид насекомых распространен; стерильные самцы спариваются с самками, те откладывают стерильные (неоплодотворенные) яйца; личинки из таких кладок не выводятся, что приводит к уничтожению популяции;
б) радиационной селекции болезнетворных для насекомых-вредителей микроорганизмов, грибов и др.; на полях, обработанных такими препаратами, многие насекомые-вредители заболевали и гибли; в) радиационной дезинсекции, т.е. уничтожения насекомых-вредителей сельскохозяйственной продукции облучением. Для этих целей создана передвижная гамма-установка «Дезинсектор», а в условиях элеваторов функционируют промышленные стационарные устройства.
Список использованной литературы.
1. Белов А.Д., Киршин В.А. Ветеринарная радиобиология.-М.: Агропромиздат,1987.
2. Воккеч Г.Г. Ветеринарная радиобиология.-М.:Колос,1973.