Радионуклиды и изотопы радионуклидов. Радиоактивное излучение. Ядерные превращения. Лекция 3

1.

ЛЕКЦИЯ 3
РАДИОНУКЛИДЫ И
ИЗОТОПЫ РАДИОНУКЛИДОВ.
РАДИОАКТИВНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.
ЯДЕРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ.
ВИДЫ ИЗЛУЧЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ,
Рабинович Эдуард Зиновьевич, доцент кафедры
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ
В ЯМ
промышленной
фармации, кандидат биологических
наук

2.

АТОМНОЕ ЯДРО – НУКЛИДЫ И
РАДИОНУКЛИДЫ
РАДИОНУКЛИДЫ, ВОЗНИКНОВЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ
ССИФИКАЦИЯ
⮚ Радионуклидами называют
нуклиды,
в которых происходят спонтанные
ядерные превращения с выделением
энергии в виде γ-излучения (фотоны)
и испусканием частиц (Рис).
⮚ Более общее определение радионуклид;
Нуклид, испускающий радиоактивное
излучение, часто называемое ионизирующим.
⮚ Более 1700 нуклидов являются радиоактивными, т.е. радионуцлидами,
и их количество возрастает в связи с искусственным получением новых
тяжёлых элементов в современных сверхмощных ускорителях и
2

3.

АТОМНОЕ ЯДРО –РАДИОНУКЛИДЫ
ТИПЫ И ОСОБЕННОСТИ РАДИОНУКЛИДОВ
⮚Радионуклиды разделяют на две группы:
Основные первичные РН
- естественные (или первичные);
Доля в
- Искусственные.
Т1/2 природной
Радионуклид
⮚ Естественные РН, наиболее широко
лет
смеси
изотопов, %
распространённые в природе приведены
238
в таблице. Оба их названия (первичные и
4,5⋅109
99,27
U
естественные) обусловлены следующим:
235
- образовались в момент возникновения
7,0⋅108
0,27
U
Земли;
232
- их периоды полураспада больше, чем
1,4⋅1010
100
Th
9
время жизни Земли (около 10 лет);
87
4,9⋅1010
27,8
3

4.

АТОМНОЕ ЯДРО –РАДИОНУКЛИДЫ
ИЗОТОПЫ АТОМОВ
⮚Изото́пы (от др.-греч. ἴσος «равный»,
«одинаковый» + τόπος «место») –
разновидности атомов (и ядер) у каждого
химического элемента, имеющие
статья
одинаковый атомный номер, но разные
массовые числа. Название связано с тем,
что все изотопы атома каждого элеиента
помещаются в одну клетку таблицы
Менделеева. Например, 235U, 238U, 233U.
⮚ Химические свойства атома зависят
от строения электронной оболочки, которая, в свою очередь, в основном
4

5.

АТОМНОЕ ЯДРО –РАДИОНУКЛИДЫ
ИЗОТОПЫ РАДИОНУКЛИДОВ
⮚Различают изотопы устойчивые (стабильные)
и радиоактивные – изотопы радионуклидов.
На 2017 год было известно 3437 изотопов всех
элементов, из них 252 (7,5%) изотопа стабильны.
статья
⮚ Стабильные изотопы образовались на Земле
вследствие ядерного распада различных изотопов
Период
радионуклидов – первичных и искусственных,
РаспросПродукт
Изотоп
полураспад
транён
распада
а
получаемых при воздействии космического
H протий
99,98%
стабилен
излучения или человеком с помощью ядерных
H дейтерий 0,02%
стабилен
технологий.
⮚ Классический пример – изотопы самого
следовые
1
2
3H тритий
количества
12,32 года
3He
5

6.

АТОМНОЕ ЯДРО –РАДИОНУКЛИДЫ
ИЗОТОПЫ РАДИОНУКЛИДОВ И РАСПАД ЯДЕР
⮚Тритий (сверхтяжёлый водород) –
радиоактивный изотоп (РН) как
Естественного, так и искусственного
происхождения, имеет 1 протон и 2
статья
нейтрона, что уменьшает плотность
«упаковки» нуклонов в ядре трития
и ослабляет силы его взаимодействия
с протоном ядра. Это позволяет этому
нейтрону перейти в более выгодное
энергетическое состояние, изучая избыток энергии в виде электрона
и нейтрино. При этом происходит так называемый «распад ядра» атома
6

7.

АТОМНОЕ ЯДРО –РАДИОНУКЛИДЫ
ИЗОТОПЫ РАДИОНУКЛИДОВ - РОЛЬ В ЯМ
⮚ Приведённое описание и ядерные превращения (распад) изотопа
трития (3Н) до стабильного изотопа гелия (3Не), несмотря на простоту и
доступность, не приводит к использованию трития в ЯМ. Это
обусловлено тем, что 2 основных критерия выбора РН «лёгкого» нуклида
статья
для включения в состав РФЛП, а именно, достаточная энергия излучения
и оптимальный период полураспада, обеспечивающие качество
визуализации РН при накоплении в тканях организма при РНД и
достаточные для подавления патологических процессов при РНТ. Так
период полураспада трития слишком длителен - около 12 лет, а энергия –
мала - 19 КэВ.
⮚ Хорошо известны и доступны радиоактивные изотопы гелия, начиная
5
7

8.

АТОМНОЕ ЯДРО –РАДИОНУКЛИДЫ
ПЕРСПЕКТИВА ИЗОТОПОВ РАДИОНУКЛИДОВ В ЯМ
⮚ Предыдущие представления казалось формируют положение, что РН
легких элементов мало перспективны для применения в ЯМ.
⮚ В общем плане такая тенденция имеет место, т.к. нуклиды с большими
порядковыми номерами, тем более тяжёлые, имеют больше изотопов РН,
статья
имеющих длительный период полураспада и высокую энергию
излучения. Действительно, эти РН в основном используются для РНТ, но
не для РНД.
⮚ Среди изотопов «лёгких» нуклидов особое место в данном аспекте
занимают изото́пы фто́ра — разновидности химического элемента фтора,
имеющие разное количество нейтронов в атомном ядре. Известны
изотопы фтора с массовыми числами от 14 до 31 (количество протонов 9,
8

9.

АТОМНОЕ ЯДРО –РАДИОНУКЛИДЫ
ПЕРСПЕКТИВА ИЗОТОПОВ РАДИОНУКЛИДОВ В ЯМ
⮚ Самым долгоживущим РН фтора является
18F с периодом полураспада 110 минут и энергией
позитронного излучения около 500 КэВ.
⮚ Эти параметры обеспечивают наиболее
статья
18
благоприятный режим использования F в РФЛП
для РНД методом ПЭТ.
⮚ Возникает вопрос; почему у изотопа 18F,
содержащего в ядре равное количество нейтронов
и протонов (по 9) и при отношении N/Z = 1,
нарушается стабильность? Это происходит
в соответствии с условием «нечётно-нечётное»
9

10.

РАДИОНУКЛИДЫ – РАДИОАКТИВНОЕ
ИЗЛУЧЕНИЕ
ОБНАРУЖЕНИЕ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
⮚Открытие радиоактивности
А. Беккереля в конце XIX века
привело к опытам Э. Резерфорда.
⮚ Было обнаружено, что при
пропускании радиоактивного
излучения изотопа урана через
сильное магнитное поле
фотопластинка засвечивается в 3
учасках: 1 – ближе к + полюсу;
2 – в центре и 3 – ближе к – полюсу.
10

11.

РАДИОНУКЛИДЫ – РАДИОАКТИВНОЕ
ИЗЛУЧЕНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИДОВ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
⮚Альфа-излучение:
⮚ Альфа-излучением был назван
поток частиц, имеющих плюсовой
заряд.
⮚ Расчёты показали, что модуль
заряда альфа-частицы равен
двойному заряду электрона,
а отношение заряда к массе вдвое
меньше, чем у протона.
⮚ Было сделано и позже доказано предположение, что альфа- 11

12.

РАДИОНУКЛИДЫ – РАДИОАКТИВНОЕ
ИЗЛУЧЕНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИДОВ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
⮚Бета-излучением был назван
поток частиц, имеющих минус
заряд.
⮚ Расчеты показали, что и
заряд и масса этих частиц
эквивалентны электронным.
То есть бета-излучение — это
поток электронов, движущихся
с большими скоростями.
⮚ Бета-излучение имеет большую проникающую способность, по
12
сравнению с альфа-излучением, но при этом его ионизирующая

13.

РАДИОНУКЛИДЫ – РАДИОАКТИВНОЕ
ИЗЛУЧЕНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИДОВ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
⮚Гамма-излучение.
⮚В радиоактивном излучении
также была компонента,
не реагирующая на магнитное
поле. То есть, заряд этих частиц
был нулевым. Ее назвали
гамма-излучением.
Исследования показали,
что гамма-частицы — это
фотоны высоких энергий.
Они обладают самой высокой
13