Применение радиоактивных изотопов в медицине. Реферат: по физике явление радиоактивности

Радиоактивность является естественным свойством многих веществ, атомы которых находятся в нестабильном состоянии. Хотя атом каждого химического элемента характеризуется строго определенным количеством входящих в него протонов и электронов, количество нейтронов в атомном ядре может варьировать, так что атомный вес (определяемый как сумма входящих в ядро протонов и нейтронов) может быть различным у атомов одного и того же элемента.

Смесь таких атомов , получившие название изотопов, в определенной пропорции присутствует в любом чистом веществе (особенно в металлах типа железа, марганца или кобальта). Радиоактивное излучение является результатом распада нестабильных атомных ядер на более стабильные элементы. Каждый химический элемент характеризуется вполне определенным уровнем естественной радиоактивности.

Существует множество естественных радиоактивных материалов , которые излучают в диапазоне, способном вызывать ионизацию в живых тканях. Исторически принято подразделять все радиоактивные излучения на а-, b- и у-излучения, в зависимости от их характеристик. Альфа-частицы по сути являются ядрами атомов гелия, испускаемыми при распаде нестабильных радионуклидов.

Следует помнить, что, хотя многие характеристики радиоактивных излучений описываются исходя из волновой концепции излучения, каждое излучение одновременно является также потоком частиц. С этой точки зрения легче понять природу а- и b-излучений. Так, а-излучение представляет собой поток тяжелых положительно заряженных атомов гелия, а b-излучение является потоком отрицательно заряженных электронов с исчезающе малой массой. Гамма-лучи в отличие от предыдущих типов излучения не несут никакого заряда.

Хотя все эти три типа излучения способны вызывать ионизацию в живых тканях, наибольшее распространение в радиационной терапии получило именно у-излучение. В медицине очень широко используется нестабильный изотоп кобальта с атомным весом 60, который теряет один из нейтронов с испусканием у-излучения и превращается в стабильный изотоп с атомным весом 59.

Характеристики излучения при этой реакции очень стабильны, а количество распадов остается неизменным, так что за 5,33 года половина массы этого радиоактивного элемента переходит в стабильную форму, что определяет период полураспада для 60 Со. Знание времени полураспада того или иного элемента очень важно для планирования теоретических и клинических задач.

Для различных элементов этот период колеблется от нескольких секунд до сотен и тысяч лет. Радий, который интенсивно использовался в медицинской практике до нахождения более подходящих элементов, имеет период полураспада в 1620 лет, т. е. такой источник излучения практически не требует замены при его использовании. Тем не менее в настоящее время в медицине все более широко применяются бета-частицы или электроны, так как характеристики этого излучения более подходят для медицинских целей.

В настоящее время происходит изучение и других атомных частиц , так как теоретически они могут оказывать интересные биологические эффекты. Речь идет о нейтронах, протонах и пи-мезонах.

Хотя с момента открытия радия супругами Кюри медики пользовались в основном радиоактивными источниками естественного происхождения, современная физика высоких энергий позволяет производить целый ряд искусственных источников и изотопов. Эти радионуклиды обычно получают путем бомбардировки в атомных реакторах природных материалов тяжелыми частицами.

Преимущество искусственных источников излучения состоит в том, что так можно получать материалы с наиболее приемлемыми для поставленных задач характеристиками у-излучения и периода полураспада.

Разработка новых диагностических методов, например радиоизотопного сканирования , и внедрение новых подходов в терапии требуют создания искусственных источников излучения с заданными свойствами. Применительно к терапии требуется создание новых типов закрытых и открытых источников. Использование закрытых источников состоит в том, что радиоактивный материал помещается в изолирующий контейнер (например, платиновые иглы с радиоактивным цезием или радием).

В этом случае возможно введение радиоактивного материала именно в те ткани, которые требуется облучить, а по прошествии заданного времени удалить его из организма.

Открытые радиоактивные источники , такие как I, вводятся в организм перорально или в виде инъекции. Они проникают в кровяное русло и аккумулируются в органе-мишени (в случае с йодом - в щитовидной железе, где радиоактивное излучение действует как на опухолевую ткань, так и на нормальные ткани железы). Понятно, что в последнем случае изотопы невозможно использовать повторно.

Открытые источники широко используются в диагностике (радиоактивный технеций - в диагностическом сканировании костей и мозга). В терапии наиболее известно применение радиоактивных изотопов йода (обычно 131 I) для лечения рака щитовидной железы. Изотоп принимается перорально, избирательно накапливается в щитовидной железе и обеспечивает «внутреннее» облучение высокой интенсивности, практически не затрагивая близлежащие органы и ткани. Менее известным примером является использование радиоактивного фосфора (32 Р) для облучения костного мозга при стойкой красной полицитемии или истинной полицитемии.

Терапия с использованием радионуклидов характеризуется избирательностью, эффективностью и относительно малой токсичностью, что допускает многократное использование, в том числе в качестве паллиативного лечения. Ограничения, накладываемые на эти виды терапии, связаны с необходимостью содержать пациентов в изолированных помещениях, и трудностями с хранением радиоактивных отходов. Кроме того, многие современные методы радиотерапии довольно дорогостоящи. Тем не менее в последнее время в клинической практике год от года растет количество показаний к применению открытых радиоактивных источников в лечении онкологических заболеваний.

В клинической практике выбор естественных или искусственных зависит от поставленной задачи. Например, при интерстициальной имплантации, когда содержащие радиоактивный материал иглы помещаются в непосредственной близости или вообще внутри опухолевой ткани, все более широко используется радиоактивный цезий вместо ранее применяемого радия.

Дело в том, что радий характеризуется очень высокой радиационной активностью (количество радиоактивных распадов в секунду), и при работе с ним требуется уделять большое внимание защите медицинского персонала, проводящего данное лечение. Радиационная активность цезия значительно ниже, поэтому затраты времени и средств на защиту от излучения при работе с ним будут также значительно ниже.

Радиоактивные изотопы также используются в источниках внешнего облучения (дистанционная лучевая терапия). Почти все крупные онкологические центры укомплектованы установками для дистанционной гамматерапии, так как множество опухолей залегает достаточно глубоко и не может быть подвергнуто облучению с использованием прямой имплантации (брахитерапии). В настоящее время в качестве внешнего источника излучения наиболее широко применяется 60Со, радиоактивный изотоп, который излучает высокоэнергетические у-лучи (с энергией порядка 1,2 МэВ), обладающие достаточной проникающей способностью, чтобы достигать глубоко залегающие опухоли.

Период полураспада кобальта-60 составляет 5,3 года, поэтому источник на его основе может работать без замены изотопа в течение 3-4 лет.

Традиционная кобальтовая пушка представляет собой цилиндрический источник 60 Со, получаемый в атомных реакторах, помещенный в защитную оболочку. С помощью простого механизма источник выдвигается в рабочее положение на требуемое для проведения лечения время, а затем вновь убирается внутрь защитного кожуха.

Ушакова А.А. 1

Гришина В.С. 1

1 Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение городского округа Заречный «Средняя общеобразовательная школа № 4»

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Я считаю, что моя исследовательская работа актуальна именно сегодня. Появившаяся в конце XIX века ядерная физика, бурное развитие которой привело к созданию атомного и водородного оружия, уже в середине XX века заставила общественность во весь голос заговорить об угрозе самого существования человечества. Но ведь энергию деления ядра и радиоактивность можно использовать и для созидания. Например, радиоизотопы используются в различных производствах, при научных исследованиях и в медицине.

Промышленное использование включает дефектоскопию и процессы контроля в металлургической (литейной), бумажной, химической промышленности и в дорожном строительстве.

В современной медицине получило развитие новое направление - ядерная медицина, использующее радиоактивные вещества и свойства атомного ядра для диагностики и терапии в различных областях научной и практической медицины. Ядерная медицина обогатилась новыми методами изучения жизненных процессов, диагностики и лечения болезней. На ее нужды расходуется более 50% годового производства радионуклидов во всем мире. Радионуклиды применяются в ядерной медицине в основном в виде радиофармацевтических препаратов (РФП).

Люди должны понимать, что радиоактивное излучение - это не есть что-то невероятно опасное и непостижимое, а наоборот, чем больше ведется изучения радиоактивных явлений, тем более осознанно с ними можно обращаться, используя их свойства на благо человека.

Проблема исследования. Обучающиеся старших классов имеют недостаточные знания о радиоизотопах, их применении в различных областях жизнедеятельности человека.

Предмет исследования. Радиоактивные изотопы и область их применения.

Цель исследования. Выяснить, что представляют собой радиоактивные изотопы, какими свойствами они обладают и как можно их использовать на благо человека.

В связи с поставленной целью предстояло решить следующие задачи:

Расширить знания о строении ядра атома, явлении радиоактивности, радиоактивных изотопах.

Узнать в специальной литературе и интернет-ресурсах современное состояние дел, успехов и проблем в производстве изотопов.

Найти информацию о деятельности АО «Институт реакторных материалов» ГО Заречный» по производству радиоизотопов и их применению в различных сферах жизни человека.

Организовать встречу с сотрудником ОА «ИРМ» для методической консультации по данной теме.

Подготовить и провести классный час «Радиоактивные изотопы на службе у человека» для обучающихся 8-11 классов МКОУ «Средняя общеобразовательная школа № 4».

Провести исследование среди учащихся 8-11 классов МКОУ «Средняя общеобразовательная школа № 4» с целью выявления данных о том, какими знаниями владеет подрастающее поколение по темам «Радиоактивность. Радиоактивные изотопы», «Радионуклидная продукция».

Показать необходимость использования радиоизотопов в различных отраслях деятельности человека.

Практическая значимость исследования. Данный исследовательский проект можно использовать на уроках химии и физики по теме «Радиоактивность. Изотопы. Радиоактивные изотопы».

Структура и объем работы. Исследовательский проект состоит из введения, 7 глав, заключения, списка используемых источников, приложений № 1,2,3,4,5. В тексте проекта содержится 3 рисунка.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

1. Понятие «изотопы».

Изото́пы (отдр.-греч.Ισος — «равный», «одинаковый», и τόπος — «место») — разновидности атомов(и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный (порядковый) номер, но при этом разные массовые числа (см. рис.1.1.). Название связано с тем, что все изотопы одного атома помещаются в одно и то же место (в одну клетку) таблицы Д.И. Менделеева.

Все изотопы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра, отличаясь лишь числом нейтронов. Обычно изотоп обозначается символом химического элемента, к которому он относится, с добавлением верхнего левого индекса, означающего массовое число (например, 12 C, 222 Rn). Можно также написать название элемента с добавлением через дефис массового числа (например, углерод-12, радон-222). Некоторые изотопы имеют традиционные собственные названия (например,дейтерий,актинон).На март 2017 года известно 3437 изотопов всех элементов.

По количеству открытых изотопов первое место занимают США (1237), затем идут Германия (558), Великобритания (299), СССР/Россия (247) и Франция (217). За 10 лет (2006—2015 годы включительно) в среднем физики открывали в год 27 изотопов. Общее количество учёных, являвшихся авторами или соавторами открытия какого-либо изотопа, составляет 3598 человек.

2. Понятие «Радионуклиды».

Нуклиды, ядра которых нестабильны и испытывают радиоактивный распад. Большинство известных нуклидов радиоактивны (стабильными являются лишь около 300 из более чем 3000 нуклидов, известных науке). Все нуклиды, имеющие зарядовое число, равное 43 или 61 или большее 82, радиоактивны; соответствующие элементы называются радиоактивными элементами. Существуют радионуклиды и с другими зарядовыми числами (от 1 до 42, от 44 до 60 и от 62 до 82). Радионуклиды отличаются между собой энергией излучения, периодом полураспада.

Радиоактивные изотопы, встречающиеся в природе, называются естественными, например, 40 K. В 1934 году французские ученые Ирен и Фредерик Жолио-Кюри обнаружили, что радиоактивные изотопы могут быть созданы искусственным путем в результате ядерных реакций. Такие изотопы назвали искусственными.

Для получения искусственных радиоактивных изотопов обычно используют ядерные реакторы и ускорители элементарных частиц. Впоследствии был получены искусственные изотопы всех химических элементов. Всего в настоящее время известно примерно 3000 радиоактивных изотопов, причем 300 из них - естественные.

3. Торговля радиоактивными изотопами.

Не менее половины изотопов имеют медицинское назначение (остальное — промышленность и научные исследования).

Мировой экспорт и импорт искусственными радиоактивными изотопами (ИРИ) составлял последние 3 года чуть более 1 млрд долларов в год. Список экспортеров возглавляют Канада, США, Нидерланды, Бельгия и Германия. В списке импортеров лидируют США, Япония, Германия, Англия и Китай.

России сегодня принадлежит 6% мирового экспорта и 1% импорта. Динамика международной торговли ИРИ России показана на рисунке (приложение № 1). Хорошо виден рост экспорта за 15 лет — более чем втрое! Импорт же в последние годы стабилен.

Главное направление российского экспорта ИРИ — Запад, с большим отрывом лидирует Великобритания: около 50%. На втором месте — США, на третьем — Германия, четвертый Китай.

Россия закупает за рубежом главным образом радиофармацевтические препараты и источники излучения для медтехники; основные поставщики — Германия и США.

4. Применение радиоактивных изотопов.

В настоящее время радиоактивные изотопы широко применяют в различных сферах научной и практической деятельности: технике, медицине, сельском хозяйстве, средствах связи, военной области и в некоторых других. При этом часто используют так называемый метод меченых атомов.

4.1. Применение радиоизотопов в медицине.

Изотопы, в первую очередь радиоактивные, широко применяются в современной медицинской практике.

В изотопной диагностике в мире и в России все большее значение имеет позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ).

Рис. 4.1.1.Оборудование для позитронной эмиссионной томографии

Поэтому растет потребность не только в традиционных радиоизотопах, таких как 11 С, 13 N, 15 O, 18 F, но и генераторных изотопах 68 Ga и 82 Rb, а также перспективных для новейшей диагностической технологии, совмещающей позитронно-эмиссионную и компьютерную томографию, изотопах 38 K, 45 Ti, 62 Cu, 64 Cu, 75 Br, 76 Br, 94m Tc и 124 I.

Развитие получают и терапевтические методы на основе радиоактивных изотопов, например, лучевая терапия открытыми источниками радионуклидов, особенно эффективная при борьбе со злокачественными лимфомами, раком щитовидной железы и др.

131 I был и продолжает оставаться наиболее широко используемым терапевтическим изотопом (ежегодно в Европе — более 90000 ГБк (один беккерель определяется как активность источника, в котором за одну секунду происходит в среднем один радиоактивный распад), в России — около 2000 ГБк). Йодотерапия не имеет альтернативы при тяжелых формах рака щитовидной железы.

Радиоиммунотерапия на начальных этапах своего становления и развития также проводилась с использованием препаратов 131 I, но в последнее десятилетие резко возрос интерес к 90 Y.

Одним из направлений применения микроисточников (брахитерапия) с 103 Pd или 125 I в последние 10-15 лет стало лечение рака предстательной железы и некоторых других онкопатологий. В настоящее время перспективным изотопом для брахитерапии является 131 Cs.

В радиофармацевтике диагностического и терапевтического назначения наметился сдвиг в сторону короткоживущих радиоизотопов. Наряду с применением стандартных медицинских изотопов 198 Au, 131 I, 125 I, 203 Hg, 197 Hg и др. все чаще применяют их заменители с меньшим периодом полураспада. Все большее признание в исследовательской деятельности и клинической практике получает фармацевтика на основе короткоживущих 99m Tc, 123 I, 13 N, 15 O, 11 C, 18 F, 77 Br, 68 Ga, 81m Kr и др.

4.2. Применение радиоизотопов в промышленности.

Не менее обширны применения радиоактивных изотопов в промышленности и промышленных исследованиях. Одним из примеров этого может служить следующий способ контроля износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Облучая поршневое кольцо нейтронами, вызывают в нем ядерные реакции и делают его радиоактивным. При работе двигателя частички материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла после определенного времени работы двигателя, определяют износ кольца. Радиоактивные изотопы позволяют судить о диффузии металлов, процессах в доменных печах и т. д.

Мощное гамма-излучение радиоактивных препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.

4.3. Применение радиоизотопов в сельском хозяйстве.

Все более широкое применение получают радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве. Облучение семян растений (хлопчатника, капусты, редиса и др.) небольшими дозами гамма-лучей от радиоактивных препаратов приводит к заметному увеличению урожайности. Большие дозы радиации вызывают мутации у растений и микроорганизмов, что в отдельных случаях приводит к появлению мутантов с новыми ценными свойствами (радиоселекция). Так выведены ценные сорта пшеницы, фасоли и других культур, а также получены высокопродуктивные микроорганизмы, применяемые в производстве антибиотиков. Гамма-излучение радиоактивных изотопов используется также для борьбы с вредными насекомыми и для консервации пищевых продуктов. Широкое применение получили «меченые атомы» в агротехнике. Например, чтобы выяснить, какое из фосфорных удобрений лучше усваивается растением, помечают различные удобрения радиоактивным фосфором 32 P. Исследуя затем растения на радиоактивность, можно определить количество усвоенного ими фосфора из разных сортов удобрения.

4.4. Применение радиоизотопов в археологии и геологии.

Интересным применением радиоактивности является метод датирования археологических и геологических находок по концентрации радиоактивных изотопов. Наиболее часто используется радиоуглеродный метод датирования. Нестабильный изотоп углерода возникает в атмосфере вследствие ядерных реакций, вызываемых космическими лучами. Небольшой процент этого изотопа содержится в воздухе наряду с обычным стабильным изотопом. Растения и другие организмы потребляют углерод из воздуха, и в них накапливаются оба изотопа в той же пропорции, как и в воздухе. После гибели растений они перестают потреблять углерод и нестабильный изотоп в результате β-распада постепенно превращается в азот с периодом полураспада 5730 лет. Путем точного измерения относительной концентрации радиоактивного углерода в останках древних организмов можно определить время их гибели.

5. Производство изотопов в АО «Институт реакторных материалов» ГО Заречный.

Аргон-37

В 2003-2004гг. АО «ИРМ» и Белоярская АЭС в коллаборации с Академией наук, ФЭИ и другими предприятиями создали источник нейтрино. Аргон-37 использовался как искусственный источник нейтрино для калибровки галлиевых детекторов Баксанской обсерватории (Кабардино-Балкария). Изучая солнечные нейтрино с помощью детекторов, откалиброванных с применением аргона-37, баксанские астрофизики сделали научное открытие мирового значения. Таким образом, сотрудники АО «ИРМ» и Белоярской АЭС внесли весомый вклад в науку о звёздных процессах мироздания, которые оказывают существенное влияние на развитие человеческой цивилизации.

40 Ca + 1 n = 37 Ar + 4 He

В ИРМ была разработана, изготовлена и смонтирована установка растворения облучённой окиси кальция и экстракции 37 Ar с его последующей очисткой. Была также разработана конструкция газового источника, технология его заполнения и измерение его активности.

Рис. 5.1. Галлий-германиевый нейтринный телескоп ИЯИ РАН.

Фрагмент Баксанской Нейтринной обсерватории находящейся в горном массиве на глубине более 2 км.

Углерод-14

В настоящее время АО «ИРМ» нарабатывает углерод-14 и производит препараты на его основе.

14 N + 1 n = 14 C + 1 p

Данная продукция используется как непосредственно в ядерной медицине, так и фармакологии при создании и тестировании новых фармацевтических субстанций, где роль этого изотопа трудно переоценить. Практически все фармацевтические субстанции - это более сложные органические соединения синтезированные, из некоторого набора исходных углеродных соединений - прекурсоров. «Пометив» углеродом-14 те или иные исходные части синтезированной сложной молекулы, можно проследить ее фармокинетику в организме. Такие органические соединения - прекурсоры меченые углеродом-14 производятся в АО «ИРМ» и поставляются в американские и европейские лаборатории.

Для ядерной медицины АО «ИРМ» производит меченую углеродом-14 мочевину, которую поставляет в ФГУП «НИФХИ им. Л.Я.Карпова», где на ее основе изготавливаются капсулы «Урекапс». Данный радиофармпрепарат используется для проведения дыхательных тестов на Helicobacter Pillory. Для получения 14 C разработана и внедрена наиболее эффективная технология, использующая в качестве материала мишени нитрид алюминия. На регулярной основе выпускается ряд органических соединений, меченных 14 C, которые являются прекурсорами при проведении синтезов сложных радиохимических соединений. Эффективность выделения 14 C из AlN превышает 97%.

Цезий-131

Кроме того для нужд ядерной медицины в АО «ИРМ» организовано производство из природного бария радиоизотопа 131 Cs с радиохимической чистотой не менее 99,99%.Чистота продукта существенно превосходит зарубежные аналоги.

131 Cs образуется при распаде 131 Ba, получаемого нейтронным облучением соединений бария:

130 Ba + 1 n = 131 Ba + γ

131 Ba → ЭЗ 11.5 дн. 131 Cs

Оптимальное сочетание периода полураспада и энергии излучения делают 131 Cs перспективным радиоизотопом для брахитерапии злокачественных заболеваний предстательной железы, легкого, молочной железы и т.д. Введение его в клиническую практику рассматривается как одно из наиболее значимых достижений в брахитерапии.

Иридий-192

На предприятии организована наработка 192 Ir из природного и изотопно-обогащённого иридия.

191 Ir+ 1 n = 192 Ir + γ

В качестве материала мишени используется металлический иридий в виде дисков различного типоразмера. Применяемая схема облучения и конструкция облучательного устройства позволяет нарабатывать на среднепоточном ядерном реакторе 192 Ir с удельной активностью достаточной для использования в дефектоскопах при неразрушающих методах контроля в науке и технике, а также в ядерной медицине для высокодозовой брахитерапии.

Лютеций-177

Наработка 177 Lu проходит по реакции:

176 Lu+ 1 n = 177 Lu + γ

Привлекательность радионуклида 177 Lu для современной ядерной медицины определяется относительно низкой энергией бета-излучения и, соответственно, невысокой проникающей способностью в мягких тканях что позволяет использовать 177 Lu в терапии опухолей небольшого размера, а также при лечении паталогических изменений костных тканей.

Период полураспада Lu (6,65 сут.) позволяет осуществлять доставку данного радионуклида на достаточно большие расстояния от места его производства.

Более 99% радиоизотопной продукции АО «ИРМ» экспортирует в США и страны Западной Европы (Англия, Германия, Голландия). 40% радиоизотопной продукции выпускается для нужд промышленности, 60% - ядерной медицины и фармацевтической промышленности. АО«ИРМ» не входит в число крупнейших экспортеров радиоизотопной продукции на международном рынке. Но по оценкам экспертов, по эффективности организации радиоизотопного производства АО «ИРМ» занимает лидирующие позиции в ГК «Росатом».

6. Проведение классного часа «Радиоактивные изотопы на службе у человека»

Работая над данным проектом, овладев теоретическим материалом по теме «Изотопы. Практическое применение радиоизотопов в жизни человека», автору проекта стало интересно: Изучают ли данную тему в школе? Что знают обучающиеся о радионуклидной продукции и ее использовании в различных сферах жизни человека? В связи с тем, что на изучение данной темы в школе отводится 1 урок, автор проекта подготовила классный час, посвященный радиоактивным изотопам.

23 января 2018 года были проведены тематические классные часы «Радиоактивные изотопы на службе у человека», где была представлена информация о радионуклидной продукции Института реакторных материалов ГО Заречный, а также перспективах развития данного направления деятельности АО «ИРМ». На классных часах присутствовали 128 учеников 8-11 классов МКОУ ГО Заречный «Средняя общеобразовательная школа № 4». По окончании мероприятия был проведен социологический опрос (приложение № 2,3).

7. Социологический опрос.

С целью выявления данных о том, какими знаниями владеет подрастающее поколение по темам «Радиоактивность. Радиоактивные изотопы», «Радионуклидная продукция», автором проекта было проведено социологическое исследование, в котором приняли участие 128 обучающихся 8-11 классов МКОУ «Средняя общеобразовательная школа № 4» (приложение № 4,5).

На вопрос «Много ли Вы знаете о радиоактивных изотопах (нуклидах)?» 97% обучающихся ответили отрицательно. Это говорит о том, что данная тема изучается недостаточно полно. Обучающиеся знают лишь основной теоретический материал.

67% обучающихся 8-11 классов заинтересовались материалом, предложенным на классном часе. Обучающиеся предложили изучить данную тему подробнее на одном из факультативных занятий по предмету «Химия».

45% респондентов высказались за увеличение количества уроков по теме «Радиация. Радиоактивность. Радиоактивные изотопы» на уроках предмета «Физика».

95% обучающихся считают, что радиация - главный источник большинства онкологических заболеваний. В связи с этим необходимо вести разъяснительную работу о значении радиации в жизни человека и ее последствиях, объяснять обучающимся, что не только радиация является причиной онкологических заболеваний, но и последствия неправильного образа жизни, вредных привычек, а также вредные условия труда.

97% обучающихся 8-11 классов не знали, что такое «радиофармпрепараты», каким образом они используются для диагностики и лечения онкозаболеваний.

93% обучающихся не имели представления о радионуклидной продукции, выпускаемой в Институте реакторных материалов ГО Заречный. Тем более обучающиеся не знали, для каких целей их производят, и кто является покупателем радиоизотопов ИРМ.

Таким образом, обобщая данные анкетирования, можно сказать, что классный час по теме «Радиоактивные изотопы на службе у человека» способствовал расширению знаний обучающихся о строении атома, истории создания искусственных изотопов, систематизации знаний о явлении радиоактивности, применении радионуклидов в различных сферах жизни человека. Благодаря проведенному классному часу обучающиеся более подробно узнали о направлениях деятельности АО «ИРМ» ГО Заречный. Некоторые ребята собираются в дальнейшем связать свою жизнь с атомной отраслью, и теперь они имеют более полное представление о деятельности одного из ведущих предприятий нашего города.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Радиоактивные изотопы служат человеку во многих сферах его жизнедеятельности. Это еще раз доказывает, что радиацию можно использовать во благо человечества, помогая людям.

За ядерной медициной стоит будущее. Знание законов физики и химии двигает науку вперед. Люди должны знать о радиоактивных изотопах, радионуклидной продукции, о той пользе, которую они приносят.

Катастрофа на Чернобыльской АЭС, а затем распад СССР привели к негативным последствиям, закрывались научно-исследовательские институты, уезжали за границу лучшие умы России. В настоящее время производство радиоактивных изотопов - одно из важнейших направлений развития отрасли атомной энергетики.

Проанализировав большое количество материалов научной литературы и Интернет-ресурсов, на основе проведенного исследования можно сделать выводы:

1.Доказано, что радиоактивные изотопы служат человеку в медицине, сельском хозяйстве, науке, промышленности, археологии и геологии.

2.Выявлено, что АО «Институт реакторных материалов» по эффективности организации радиоизотопного производства занимает лидирующие позиции в ГК «Росатом».

3. В рамках работы над исследовательским проектом автор участвовала в разработке и подготовке классного часа «Радиоактивные изотопы на службе у человека», где были представлены материалы данного проекта, подготовлена презентация.

4. Проведен социологический опрос обучающихся 8-11 классов.Обучающиеся интересовались производством радионуклидной продукции, выпускаемой АО «ИРМ», задавали много вопросов по теме.Думаю, что теперь они имеют представление о направлениях деятельности данного предприятия.

5. Выявлена необходимость проведения разяснительной работы среди обучающихся 8-11 классов о значении радиации в жизни человека и ее последствиях.

Поставленные передо мной задачи были решены, цель достигнута.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Давыдов А.С., Теория атомного ядра. - М., 1958.

Маргулова Т.Х. Атомная энергетика сегодня и завтра. - М.: Высшая школа, 2016.

Мурин А.Н., Введение в радиоактивность. - Л., 1955.

Современная медицинская энциклопедия/Русское издание под общей ред. Г.Б.Федосеева. - СПб.:Норинт, 2014.

Учение о радиоактивности. История и современность. М. Наука, 2003.

Фурман В.И. Ядерные излучения в науке и технике. М. Наука, 1984.

Холл Э.Дж. Радиация и жизнь/Пер.с англ. - М.: Медицина, 2012.

Энциклопедия для детей. Физика. Т.16/ Под ред. В.А. Володина. - М.: Аванта+, 2000.

CD ROM «Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия», 2015.

Интернет-ресурсы:

https://ru.wikipedia.org/wiki/Изотопы

https://ru.wikipedia.org/wiki/Радиоактивные_изотопы

https://infourok.ru/videouroki/413

http://irm-atom.ru

Приложение №1

Схема Импорта и экспорта искусственных радиоактивных изотопов изРоссии в 1998-2014 гг., $ млн.

Приложение№2

Классный час «Радиоактивные изотопы на службе у человека»

Анкета Приложение № 4

Дорогой друг! Мы предлагаем тебе заполнить данную анкету для выявления отношения к радионуклидной продукции (изотопам):

1. Много ли вы знаете о радиоактивных изотопах (нуклидах)?

2. Заинтересованы ли вы в увеличении знаний по теме «Радиоактивные изотопы. Применение нуклидов в жизни человека»?

3. Считаете ли Вы, что количество уроков в школьной программе по теме «Изотопы. Радиоактивные изотопы» должно быть увеличено?

4. Считаете ли вы, что большинство онкологических заболеваний и генетических изменений связаны с радиацией?

5. Знаете ли Вы о том, что на основе радиоактивных изотопов производятся радиофармпрепараты, которые сегодня активно используют при лечении онкологических заболеваний?

знал ранее

теперь знаю

6. Знаете ли Вы, что на территории ГО Заречный в институте реакторных материалов производят радионуклидную продукцию и успешно реализуют ее на мировом рынке?

Приложение № 5

Социологическое исследование учащихся МКОУ «Средняя

общеобразовательная школа № 4»

Изотопы - разновидности химических элементов, у которых ядра атомов отличаются числом нейтронов, но содержат одинаковое число протонов, и поэтому занимают одно и то же место в Периодической системе элементов Менделеева. Различают устойчивые (стабильные) и радиоактивные изотопы. Термин «изотопы» впервые предложил в 1910г. Фредерик Содди (1877-1956), известный английский радиохимик, лауреат Нобелевской премии 1921г., экспериментально доказавший образование радия из урана.

Радиоактивные изотопы широко применяются не только в атомной энергетике, но и в разнообразных приборах и аппаратуре для определения плотности, однородности вещества, его гигроскопичности и т.п. С помощью радиоактивных индикаторов можно проследить за перемещением химических соединений в физических, технологических, биологических и химических процессах, для чего в исследуемый объект вводят радиоактивные индикаторы (меченые атомы) определенных элементов и затем наблюдают за их движением. Этот способ позволяет исследовать механизмы реакций при превращениях веществ в сложных условиях, например при высокой температуре, в доменной печи или в агрессивной среде химического реактора, а также изучать процессы обмена веществ в живых организмах. Изотоп кислорода-18 помогает выяснить механизм дыхания живых организмов.

Радиоактивный метод анализа вещества дает возможность определить содержание в нем различных металлов от кальция до цинка, в чрезвычайно малых концентрациях - до 1 -10 г. (при этом требуется всего лишь 10 -12 г. вещества). Радиоактивные препараты широко используются в медицинской практике для лечения многих заболеваний, в том числе и злокачественных опухолей. Изотопы плутония-238, кюрия-224 применяются для производства батарей небольшой мощности для стабилизаторов ритма сердца. Для их непрерывной работы в течение 10 лет достаточно всего 150-200 мг плутония (обычные батареи служат до четырех лет).

В результате радиационно-химических реакций из кислорода образуется озон, из газообразных парафинов - водород и сложные соединения низкомолекулярных олефинов. Облучение полиэтилена, поливинилхлорида и других полимеров приводит к повышению их термостойкости и прочности. Можно привести множество примеров практического применения изотопов и радиоактивного излучения. Несмотря на это, отношение людей к радиации, особенно в последние десятилетия, резко изменилось. За примерно столетнюю историю радиоактивные источники прошли долгий путь от эликсира жизни до символа зла. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие для вузов / А.А. Горелов.- М.: ВЛАДОС., 2000 .- С. 285-288.

После открытия рентгеновских лучей многие верили, что с помощью радиации можно вылечить все болезни и решить все проблемы. В то время люди не хотели видеть опасности радиоактивного облучения. Когда в 1895 г. Вильгельм Рентген (1845-1923) обнаружил новый вид облучения, волна восторга охватила весь цивилизованный мир. Открытие не только поколебало основы классической физики. Оно обещало неограниченные возможности - в медицине его тут же стали применять для диагностики, чуть позже - для лечения самых различных заболеваний. Рентгенодиагностика и рентгенотерапия спасли жизнь многим людям. Врачи, правда, через некоторое время стали ограничивать допустимое число рентгеновских снимков для одного пациента, но никто всерьез не обращал внимания на ожоги, возникающие после рентгена. Французский физик А. Беккерель, например, имел привычку носить в кармане брюк радиевый прибор. Через некоторое время он заметил воспаление на ноге. Чтобы убедиться, что прибор послужил причиной болезни, он переложил его в другой карман. Но даже появившаяся на другой ноге язва не смогла отрезвить ученого, находящегося, как и остальные, в эйфории от нового открытия. Радиоактивное излучение в то время рассматривали как универсальное целительное средство, эликсир жизни. Радий оказался эффективен при лечении доброкачественных опухолей, и «популярность» его резко возросла. В свободной продаже появились радиевые подушки, радиоактивная зубная паста и косметика.

Однако вскоре появились первые тревожные сигналы. В 1911г. было обнаружено, что берлинские врачи, имеющие дело с радиацией, часто заболевают лейкемией. Позднее немецкий физик Макс фон Лауэ (1879-1960) экспериментально доказал, что радиоактивное излучение неблагоприятно влияет на живые организмы, а в 1925-1927 гг. стало известно, что под воздействием излучения возникают изменения наследственного вещества - мутации.

Полное отрезвление наступило после атомной бомбардировки Хиросимы и Нагасаки. Почти все оставшиеся в живых после ядерного взрыва получили большую дозу облучения и умерли от рака, а их дети унаследовали некоторые генетические нарушения, вызванные радиацией. Впервые об этом стали открыто говорить в 1950г., когда число больных лейкемией среди пострадавших от атомных взрывов стало катастрофически расти. После Чернобыльской аварии недоверие к радиации переросло в настоящую ядерную истерию.

Таким образом, если в начале XX в. люди упорно не хотели видеть вреда от облучения, то в конце его - стали бояться радиации даже тогда, когда она не представляет реальной опасности. Причина обоих явлений одна - человеческое невежество. Можно только надеяться, что в будущем человек научится придерживаться золотой середины и обращать знания о природных явлениях себе во благо.

Слайд 2

В биологии и медицине- в промышленности-в сельском хозяйстве- в архиологии

Слайд 3

Изотопы в медицине и биологии

Слайд 4

Таблица 1.Основные характеристики радионуклидов – γ-излучателей для использования в диагностических целях

Слайд 5

Слайд 6

Со60 применяется для лечения злокачественных опухолей, расположенных как на поверхности тела, так и внутри организма. Для лечения опухолей, расположенных поверхностно (например, рак кожи), кобальт применяется в виде трубочек, которые прикладываются к опухоли, или в виде иголочек, которые вкалываются в нее. Трубочки и иголочки, содержащие радиокобальт, держатся в таком положении до тех пор, пока не наступит разрушение опухоли. При этом не должна сильно страдать здоровая ткань, окружающая опухоль. Если опухоль расположена в глубине тела (рак желудка или легкого), применяются специальные γ-установки, содержащие радиоактивный кобальт. Такая установка создает узкий, очень мощный пучок γ-лучей, который направляется на то место, где распола­гается опухоль. Облучение не вызывает никакой боли, больные не чувствуют его.

Слайд 7

Камера радиографическая цифровая для флюорографических аппаратов КРЦ 01- "ПОНИ"

Слайд 8

Маммограф современная маммографическая система, с низкой дозой облучения и высокой разрешающей способностью, которая обеспечивает высококачественное изображение молочной железы необходимое для точной диагностики

Слайд 9

Цифровой флюорографический аппарат ФЦ-01 «Электрон» предназначен для проведения массового профилактического рентгенологического обследования населения в целях своевременного выявления туберкулеза, онкологических и других легочных заболеваний при малой лучевой нагрузке.

Слайд 10

компьютерный томограф Компьютерная томография – метод послойного рентгенологического исследования органов и тканей. Она основана на компьютерной обработке множественных рентгеновских изображений поперечного слоя, выполненных под разными углами.

Слайд 11

Брахитерапия - не радикальная, а практически амбулаторная операция, в ходе которой в пораженный орган мы вводим титановые зерна, содержащие изотоп. Этот радиоактивный нуклид убивает опухоль насмерть. В России пока только четыре клиники выполняют такую операцию, две из которых в Москве, в Обнинске и в Екатеринбурге, хотя страна нуждается в 300-400 центрах, где применяли бы брахитерапию.

Слайд 12

Изотопы в промышленности

Слайд 13

Контроль износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Облучая поршневое кольцо нейтронами, вызывают в нем ядерные реакции и делают его радиоактивным. При работе двигателя частички материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла после определенного времени работы двигателя, определяют износ кольца.

Слайд 14

Мощное y-излучение препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.

Слайд 15

Радиоактивные материалы позволяют судить о диффузии материалов, процессах в доменных печах и т.д

Слайд 16

Изотопы в сельском хозяйстве

Слайд 17

Облучение семян растений (хлопчатника, капусты, редиса и др.) небольшими дозами y-лучей от радиоактивных препаратов приводит к заметному увеличению урожайности.

Слайд 18

Большие дозы радиации вызывают мутации у растений и микроорганизмов, что в отдельных случаях приводит к появлению мутантов с новыми ценными свойствами (радио селекция). Так выведены ценные сорта пшеницы, фасоли и других культур. Так выведены ценные сорта пшеницы, фасоли и других культур, а также получены высокопродуктивные микроорганизмы, применяемые в производстве антибиотиков.

Слайд 19

Гамма-излучения радиоактивных изотопов используется также для борьбы с вредными насекомыми и для консервации пищевых продуктов.

Слайд 20

Изотопы в архиологии

Слайд 21

Интересное применение для определения возраста древних предметов органического происхождения (дерева, древесного угля, тканей и т. д.) получил метод радиоактивного углерода. В растениях всегда имеется B-радиоактивный изотоп углерода 166C с периодом полураспада Т=5700 лет. Он образуется в атмосфере Земли в небольшом количестве из азота под действием нейтронов. Последние же возникают за счет ядерных реакций, вызванных быстрыми частицами, которые поступают в атмосферу из космоса (космические лучи). Соединяясь с кислородом, этот углерод образует углекислый газ, поглощаемый растениями, а через них и животными. Один грамм углерода из образцов молодого леса испускает около пятнадцати B-частиц в секунду.

Слайд 22

После гибели организма пополнение его радиоактивным углеродом прекращается. Имеющееся же количество этого изотопа убывает за счет радиоактивности. Определяя процентное содержание радиоактивного углерода в органических остатках, можно определить их возраст, если он лежит в пределах от 1000 до 50000 и даже до 100000 лет. Таким образом, узнают возраст египетских мумий, остатков доисторических костров и т. д.

Посмотреть все слайды

Изотопы, особенно радиоактивные, имеют многочисленные применения. В табл. 1.13 указаны отдельные примеры некоторых промышленных применений изотопов. Каждая методика, упоминаемая в этой таблице, используется также и в других отраслях промышленности. Например, методика определения утечки вещества с помощью радиоизотопов используется: в производстве напитков для определения утечки из накопительных баков и трубопроводов; в строительстве инженерных сооружений для

Таблица 1.13. Некоторые применения радиоизотопов

определения утечки из подземных водоводов; в энергетической промышленности для определения утечки из теплообменников на электростанциях; в нефтяной промышленности для определения утечки из подземных нефтепроводов; в службе контроля сточных и канализационных вод для определения утечки из магистральных коллекторов.

Изотопы также широко используются в научных исследованиях. В частности, они используются для определения механизмов химических реакций. В качестве примера укажем использование воды, меченной устойчивым изотопом кислорода 180, для изучения гидролиза сложных эфиров, подобных этилацетату (см. также разд. 19.3). С использованием масс-спектрометрии для обнаружения изотопа 180 было установлено, что при гидролизе атом кислорода из молекулы воды переходит в уксусную кислоту, а не в этанол

Радиоизотопы широко используются в роли меченых атомов в биологических исследованиях. Для того чтобы прослеживать метаболические пути в живых системах, используют радиоизотопы углерод-14, тритий, фосфор-32 и сера-35. Например, усвоение фосфора растениями из обработанной удобрениями почвы можно проследить, пользуясь удобрениями, которые содержат примесь фосфора-32.

Радиационная терапия.

Ионизирующее излучение способно разрушать живые ткани. Ткани злокачественных опухолей более чувствительны к облучению, чем здоровые ткани. Это позволяет лечить раковые заболевания при помощи -лучей, испускаемых из источника, в качестве которого используется радиоактивный изотоп кобальт-60. Излучение направляют на пораженный опухолью участок тела больного; сеанс лечения длится несколько минут и повторяется ежедневно в течение 2-6 недель. Во время сеанса все остальные части тела больного должны быть тщательно закрыты непроницаемым для излучения материалом, чтобы предотвратить разрушение здоровых тканей.

Определение возраста образцов при помощи радиоуглерода.

Небольшая часть того диоксида углерода, который находится в атмосфере, содержит радиоактивный изотоп . Растения поглощают этот изотоп в процессе фотосинтеза. Поэтому ткани всех

растений и животных также содержат этот изотоп. Живые ткани обладают постоянным уровнем радиоактивности, потому что его убывание из-за радиоактивного распада компенсируется постоянным поступлением радиоуглерода из атмосферы. Однако, как только наступает смерть растения или животного, прекращается поступление радиоуглерода в его ткани. Это приводит к постепенному снижению уровня радиоактивности мертвых тканей.

Радиоактивность изотопа обусловлена -распадом

Радиоуглеродный метод геохронологии разработал в 1946 г. У.Ф. Либби, получивший за него Нобелевскую премию по химии в 1960 г. Этот метод широко используется в настоящее время археологами, антропологами и геологами для датировки образцов, имеющих возраст вплоть до 35000 лет. Точность этого метода приблизительно 300 лет. Наилучшие результаты получаются при определении возраста шерсти, семян, ракушек и костей. Для определения возраста образца измеряют активность p-излучения (число распадов в минуту) в расчете на 1 г содержащегося в нем углерода. Это позволяет установить возраст образца при помощи кривой радиоактивного распада для изотопа .

Период полураспада для равен 5700 лет. Живая ткань, находящаяся в активном контакте с атмосферой, имеет активность 15,3 расп./мин в расчете на 1 г углерода. По этим данным необходимо:

а) определить постоянную распада для

б) построить кривую распада для

в) вычислить возраст Кратер Лейк Орегон в США), имеющего вулканическое происхождение. Установлено, что дерево, перевернутое во время

извержения, в результате которого появилось озеро, имеет -активность 6,5 расп./мин в расчете на 1 г углерода.

а) Постоянную распада можно найти из уравнения

б) Кривая распада представляет собой график зависимости активности от времени. Данные, необходимые для построения этой кривой, можно вычислить, зная период полураспада и начальную активность образца (активность живой ткани); эти данные приведены в табл. 1.14. Кривая распада показана на рис. 1.32.

в) Возраст озера можно определить при помощи кривой распада (см. штриховые линии на рис. 1.32). Этот возраст равен 7000 лет.

Таблица 1.14. Данные для построения кривой радиоактивного распада углерода, используемой при определении возраста образцов

Рис. 1.32. Кривая радиоактивного распада изотопа

Многие горные породы на Земле и Луне содержат радиоизотопы с периодами полураспада порядка лет. Измеряя и сравнивая относительное содержание этих радиоизотопов с относительным содержанием продуктов их распада в образцах таких горных порол, можно установить их возраст. Три наиболее важных метода геохронологии основаны на определении относительного содержания изотопов (период полураспада лет). (период полураспада лет) и (период полураспада лет).

Метод датировки по калию и аргону.

Такие минералы, как слюда и некоторые разновидности полевого шпата, содержат небольшое количество радиоизотопа калий-40. Он распадается, претерпевая электронный захват и превращаясь в аргон-40:

Возраст образца определяется на основе вычислений, в которых используются данные об относительном содержании в образце калия-40 по сравнению с аргоном-40.

Метод датировки по рубидию и стронцию.

Некоторые из наиболее древних горных пород на Земле, например граниты с западного побережья Гренландии, содержат рубидий. Приблизительно третья часть всех атомов рубидия приходится на долю радиоактивного рубидия-87. Этот радиоизотоп распадается, превращаясь в устойчивый изотоп стронций-87. Вычисления, основанные на использовании данных об относительном содержании в образцах изотопов рубидия и стронция, позволяют устанавливать возраст таких горных пород.

Метод датировки по урану и свинцу.

Изотопы урана распадаются, превращаясь в изотопы свинца. Возраст таких минералов, как апатиты, которые содержат примеси урана, можно определять, сравнивая содержание в их образцах определенных изотопов урана и свинца.

Все три описанных метода использовались для датировки земных горных пород. Полученные в результате данные указывают, что возраст Земли равен лет. Указанные методы использовались также для определения возраста лунных горных пород, доставленных на Землю из космических экспедиций. Возраст этих пород составляет от 3,2 до лет.