ZASTOSOWANIE PIERWIASTKÓW PROMIENIOTWÓRCZYCH

Historia



Zjawisko promieniotwórczości odkrył w 1896 r.

fizyk francuski, Herni Becquerel. Zajmował się
on tym zagadnieniem razem z Marią i Piotrem
Curie. Wspólnie w 1903r. otrzymali oni
Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Maria
Skłodowska - Curie, pierwszy profesor -
kobieta paryskiej Sorbony, wraz mężem
Piotrem, otrzymała drugą Nagrodę Nobla w
1911r, tym razem w dziedzinie chemii, za
badania oraz odkrycie pierwiastków
promieniotwórczych - radu i polonu.

Maria Skłodowska-
Curie

Piotr Curie

Herni Becquerel

Maria Skłodowska-Curie z mężem
Piotrem Curie



Pierwiastki promieniotwórcze mają zdolność

samoistnego rozpadania się na stabilne i
mniejsze atomy innych pierwiastków, czemu
towarzyszy emisja promieniowania. Wszystkie
pierwiastki pochodzenia naturalnego o licznie
atomowej 84 - 92 (od polonu do uranu) są
promieniotwórcze. Również niektóre izotopy
lżejszych pierwiastków mają taką zdolność.



Izotopy są to odmiany tego samego pierwiastka

różniące się liczbą masową, czyli liczbą
neutronów. Pojęcie to zostało użyte przez
Fredericka Soddy'iego, angielskiego fizyka.



Duży wpływ na rozwój promieniotwórczości miały

prace związane z budową atomu prowadzone przez
Ernesta Rutherforda oraz Nielsa Bohra zostały
ogłoszone w 1911r.



Przełomowe stały się również badania Alberta

Einsteina, który zauważył, ze może następować
konwersja masy w energię. Zmieszanie się masy
określono jako defekt masy. W 1905r naukowiec ten
wprowadził słynne równanie, które odtąd stało się
kardynalnym, stosowanym zarówno w fizyce jak i
chemii:

E= m * c

2

E - energia [J]
m - masa [kg]
c - prędkość światła [m/s]



Tak więc całkowita konwersja 1g masy

prowadzi do wydzielenia 9*10

14

J. W

przypadku spalania 1g węgla otrzymujemy
jedynie 3,06*10

3

J. Proces przewidziany przez

Einsteina ma miejsce właśnie przy
przemianach promieniotwórczych.

Rodzaje promieniowania



Wszystkie rodzaje promieniowania: α, β, γ mają

zdolność jonizacji materii. Zjawisko to polega na
tworzeniu się jonów z elektrycznie obojętnych
atomów w wyniku wybijania elektronów. Atom,
który utracił elektron staje się katonem, a który
przyłączyły-anionem.



Zjonizowane cząstki posiadają inne własności:

przede wszystkim przewodzą prąd elektryczny.
Ta cecha charakterystyczna posłużyła do
wykrywania promieniowania.

Promieniowanie α



Jest to strumień cząstek α, czyli jąder helu.

Zasięg tego rodzaju promieniowania jest dość
mały i wynosi 2,5 - 11,5 cm. Stosunkowo duże
cząstki α szybko tracą energię podczas
oddziaływania z cząsteczkami powietrza czy
ośrodka. Prędkość jąder helu wynosi ok. 0,2
prędkości światła.

Promieniowanie β



Jest strumieniem elektronów o mniejszej

jonizacji niż promieniowanie omawiane
powyżej. Charakteryzuje się zasięgiem w
granicach paru metrów oraz dość dużej
prędkości od 0,3 do 0,99 c (prędkości światła).
Promieniowanie β przenika na głębokość 1 cm
organizmów żywych.

Promieniowanie γ



Ten rodzaj promieniowania, choć słabo

zjonizowanego, charakteryzuje się bardzo dużą
przenikalnością zasięgiem oraz energią. Jest to
strumień kwantów promieniowania powodujący
bardzo silna jonizacje materii.



Promieniowanie γ jest najniebezpieczniejsze dla

żywych organizmów. Ochrona przed nim jest
gruba warstwa ołowiowa, podczas gdy przed
promieniowaniem α i β odpowiednio: kartka
papieru oraz aluminiowa blacha.

Zastosowanie pierwiastków
promieniotwórczych:



W elektrowniach jądrowych uzyskuje się ogromne

ilości energii w wyniku reakcji jądrowych rozpadu
takich pierwiastków, jak

235

U i

239

Pu.

Elektrownie jądrowe istnieją już w 34 krajach
świata i produkują 17% energii. Energia jądrowa
znalazła również zastosowanie jako napęd wielu
pojazdów, np. w transporcie wodnym. Pierwszy
statek o napędzie atomowym Nautilius zbudowali
Amerykanie w 1954 roku.



Izotopy cezu

137

Cs i kobaltu

60

Co mogą służyć do

diagnostyki stanu technicznego i
wykrywania, wad urządzeń przemysłowych,
nawet w trudno dostępnych miejscach.



Izotopy promieniotwórcze pozwalają również

śledzić przebieg złożonych procesów
chemicznych i biologicznych, np. działanie leków
na organizm. Zastosowanie znalazł tu izotop
węgla

14

C, którego obecność można stwierdzić

dzięki wysyłanemu przez niego promieniowaniu.



Kobalt

60

Co jest używany do sterylizacji

żywności. Podczas naświetlania artykułów
spożywczych promieniowaniem jonizującym,
niszczy się pasożyty i pleśnie, dzięki czemu
możliwe jest długie przechowywanie żywności.



Niektóre izotopy stosowane są do diagnostyki

i terapii schorzeń głównie nowotworowych,
np.: kobalt

60

Co jest używany w bombie

kobaltowej, — urządzeniu stosowanym w
medycynie do zdał napromieniowania chorych
tkanek pacjenta promieniami gamma; izotop
jodu

131

I jest stosowany do badań tarczycy.



Dzięki temu, że każdy pierwiastek promieniotwórczy ma
charakterystyczny okres połowicznego rozpadu, izotop
węgla

14

C zastosowano jako

zegar archeologiczny

.

Izotop ten występuje w określonym stężeniu w
przyrodzie, jest asymilowany przez rośliny z węglem
niepromieniotwórczym w postaci CO2.



Wchodzi on również w skład organizmów zwierząt i
ludzi, w wyniku spożywania produktów pochodzenia
roślinnego. W wypadku obumarcia organizmu zawartość
węgla

14

C stopniowo zmniejsza się, co można łatwo

stwierdzić, mierząc intensywność wysyłanego przez ten
izotop promieniowania. Na podstawie znajomości
pierwotnego stężenia tego izotopu oraz okresu
połowicznego rozpadu, określa się wiek wykopalisk, w
których znajdują się szczątki zawierające związki węgla.



Okres połowicznego

rozpadu

jest to czas, po którym połowa

pierwiastka ulega rozpadowi, a
równocześnie o połowę zmniejsza
się ilość wysyłanego
promieniowania.

Negatywne skutki promieniotwórczości



Reakcję rozszczepienia jąder pierwiastków

promieniotwórczych przebiegającą w sposób
niekontrolowany wykorzystuje się do produkcji broni
masowego rażenia.



Nuklearna reakcja łańcuchowa w bombie uranowej

jest wywoływana przez neutrony uwolnione podczas
samorzutnego rozpadu. Neutrony, spotykając inne
jądra atomowe, rozszczepiają je, powstają przy tym
dalsze neutrony W czasie wybuchu uwalnia się
ogromna energia (jest to energia rzędu
kilkudziesięciu milionów kilowatogodzin).



W 1945 roku na Hiroszimę i Nagasaki zostały

zrzucone bomby atomowe, które doszczętnie
zniszczyły miasta i spowodowały śmierć ok. 140
tysięcy ludzi, równie wiele osób zostało ciężko
okaleczonych. Bardzo dużo osób zmarło od razu, a u
innych choroba popromienna rozwinęła się dopiero po
kilku latach. Także w pobliżu terenów, gdzie po wojnie
były przeprowadzane próby nuklearne, odnotowano
skażenie terenu. Wśród napromieniowanych roślin i
zwierząt pojawiły się osobniki różniące się od
organizmów macierzystych (mutanty).
Zaobserwowano zwiększona liczbę dzieci urodzonych
zwadami. Dlatego też

produkcja oraz stosowanie

promieniotwórczych izotopów powinny się
odbywać pod ścisłą między narodową kontrolą.



Pierwiastki promieniotwórcze

negatywnie działają

na organizmy

, również na człowieka. W wyniku

pochłonięcia prze organizm dużych dawek
promieniowania może wystąpić białaczka –
nowotwór krwi, katarakta – choroba oczu oraz
choroba popromienna – objawiająca się
nudnościami i biegunką



Skutki promieniowania zależą od pochłoniętej

przez organizm dawki promieniowania

, tzn.

ilości substancji promieniotwórczej oraz odległości i
czasu przebywania w jej pobliżu. W niektórych
wypadkach nawet mikrogramowe ilości izotopu
promieniotwórczego mogą okazać się śmiertelne.

Negatywny wpływ

pierwiastków

promieniotwórczych na

różne narządy organizmu

człowieka

mięśnie

potas-
40
cez-
137

tarczyc
a

jod-
131



Awarie w elektrowniach jądrowych mogą

być przyczyną katastrof, np. w 1986 roku w
Czarnobylu nastąpiła awaria reaktora
jądrowego, która doprowadziła do wybuchu, w
efekcie czego do atmosfery dostały się
radioaktywne izotopy

131

I oraz

137

Cs, skażając

znaczną część Europy. Na skutek tej katastrofy
zmarło 10 tysięcy osób, a około 4 miliony ludzi
doznało uszczerbku na zdrowiu. Według
Państwowej Agencji Atomistyki aż

25%

terytorium Polski zostało skażone silnie,

50%

-

średnio, a pozostałe słabo.



Duży problem w wypadku energetyki jądrowej
stanowią także

odpady promieniotwórcze

,

powstające jako efekty działania reaktorów. Składuje
się je w odludnych miejscach, jednakże zawsze istnieje
niebezpieczeństwo, że przedostaną się do środowiska.



Poważne niebezpieczeństwo dla środowiska ma też
nieodpowiednie unieszkodliwianie i gromadzenie
odpadów przemysłowych zawierających substancje
promieniotwórcze, głównie w hutnictwie. Składowane
na hałdach, mogą przedostać się zarówno do
powietrza, jak i do wody, a wraz z jej obiegiem do
gleby i organizmów.



Jak się okazuje, odkrycie zjawiska

promieniotwórczości ma bardzo duże znaczenie w
pogłębianiu wiedzy o wszechświecie i może mieć
decydujący wpływ na przyszłość naszej planety.
Już z tego wyliczenia korzyści i zagrożeń, jakie dla
ludzkości i świata wynikają z istnienia zjawiska
promieniotwórczości naturalnej i możliwości
wywoływania sztucznej, wypływa wniosek, że
wszystko zależy od człowieka.

Koniec 