Изотопите са ... Радиоактивни изотопи, техният разпад и полуживот

Вероятно не на земята такъв човек, който няма да чуе за изотопи. Но не всеки знае какво е то. Изразът „радиоактивни изотопи“ звучи особено плашещо. Тези неразбираеми химически елементи ужасяват човечеството, но в действителност те не са толкова ужасни, колкото изглежда на пръв поглед.

дефиниция

Да се ​​разбере концепцията радиоактивни елементи необходимо е да се започне с това да се каже, че изотопите са проби от същия химически елемент, но с различна маса. Какво означава това? Въпросите ще изчезнат, ако си спомним първо структурата на атома. Състои се от електрони, протони и неутрони. Броят на първите две елементарни частици в ядрото на атома винаги е постоянен, докато неутроните, имащи собствена маса, могат да се появят в едно и също вещество в различни количества. Това обстоятелство създава различни химически елементи с различни физични свойства.

Сега можем да дадем научно определение на разглежданата концепция. Изотопите са кумулативен набор от химични елементи с подобни свойства, но с различни маса и физични свойства. Според по-съвременната терминология, те се наричат ​​плейади от нуклеотиди на химичен елемент.

Малко история

В началото на миналия век учените открили, че едно и също химично съединение при различни условия може да показва различни маси на електронни ядра. От чисто теоретична гледна точка такива елементи могат да се считат за нови и започват да запълват празни клетки с тях в периодичната таблица на Д. Менделеев. Но в него има само девет свободни клетки и учените са открили десетки нови елементи. Освен това, математическите изчисления показват, че откритите съединения не могат да се считат за неизвестни досега, защото техните химически свойства напълно съответстват на характеристиките на съществуващите.

След продължителни дискусии, беше решено тези елементи да бъдат наречени изотопи и да бъдат поставени в същата клетка като тези, чиито ядра съдържат един и същ брой електрони с тях. Учените са успели да установят, че изотопите са само някои вариации на химичните елементи. Въпреки това, техните причини и дълголетие са проучени в продължение на почти един век. Дори в началото на 21-ви век е невъзможно да се твърди, че човечеството знае абсолютно всичко за изотопите.

Устойчиви и нестабилни вариации

Всеки химичен елемент има няколко изотопа. Поради факта, че в техните ядра има свободни неутрони, те не винаги влизат в стабилни връзки с другите компоненти на атома. След известно време свободните частици напускат ядрото, поради което неговите масови и физически свойства се променят. По този начин се образуват други изотопи, които в крайна сметка водят до образуване на вещество с равен брой протони, неутрони и електрони.

Тези вещества, които се разлагат много бързо, се наричат ​​радиоактивни изотопи. Те освобождават в космоса голям брой неутрони, образувайки мощно йонизиращо гама-излъчване, известно със силната си проникваща сила, която влияе неблагоприятно върху живите организми.

По-стабилните изотопи не са радиоактивни, тъй като количеството на свободните неутрони, излъчвани от тях, не е в състояние да генерира радиация и значително да повлияе на други атоми.

От доста време учените установиха един важен модел: всеки химичен елемент има свои собствени изотопи, устойчиви или радиоактивни. Интересното е, че много от тях са получени в лабораторията и тяхното присъствие в естествена форма е малко и не винаги е фиксирано с инструменти.

Разпространение в природата

В естествени условия най-често съществуват вещества, чиято маса на изотопа е пряко определена от нейния ред в таблицата на Д. Менделеев. Например, водородът, обозначен със символа Н, има последователността номер 1 и неговата маса е равна на единица. Неговите изотопи, 2H и 3H, са изключително редки в природата.

Дори човешкото тяло има определено количество радиоактивни изотопи. Те влизат през храната под формата на въглеродни изотопи, които от своя страна се абсорбират от растенията от почвата или въздуха и стават част от органична материя в процеса на фотосинтеза. Затова човек, животни и растения излъчват определен радиационен фон. Само той е толкова нисък, че не пречи на нормалното функциониране и растеж.

Източници, които допринасят за образуването на изотопи, са вътрешните слоеве на ядрото на Земята и радиацията от космоса.

Както знаете, температурата на планетата зависи до голяма степен от горещото ядро. Но едва наскоро стана ясно, че източникът на тази топлина е сложна термоядрена реакция, в която участват радиоактивни изотопи.

Разпадане на изотопи

Тъй като изотопите са нестабилни образувания, може да се предположи, че в крайна сметка те се разпадат в по-постоянни ядра от химични елементи. Това твърдение е вярно, защото учените не са успели да открият в природата огромно количество радиоактивни изотопи. Да, и повечето от тези, които са добивани в лаборатории, съществуват от няколко минути до няколко дни, а след това отново се превръщат в обикновени химически елементи.

Но в природата има и изотопи, които са много устойчиви на разпадане. Те могат да съществуват милиарди години. Такива елементи са се образували в онези далечни времена, когато земята все още се е образувала и дори плътна кора не е била на повърхността му.

Радиоактивните изотопи се разлагат и се образуват много бързо. Следователно, за да се улесни оценката на съпротивлението на изотопа, учените решиха да разгледат категорията на своя полуживот.

Половината живот

Не всички читатели могат веднага да разберат какво се има предвид под това понятие. Нека го дефинираме. Времето на полуразпад на изотопа е времето, през което условната половина на взетото вещество ще престане да съществува.

Това не означава, че останалата част от връзката ще бъде унищожена за същото време. Във връзка с тази половина е необходимо да се разгледа различна категория - период от време, в който изчезва втората му част, тоест една четвърт от първоначалното количество вещество. И това съображение продължава безкрайно. Може да се предположи, че времето на пълно разпадане на първоначалното количество вещество е просто невъзможно да се отчете, тъй като този процес е почти безкраен.

Въпреки това, учените, знаейки полуживота, могат да определят колко вещество съществува в началото. Тези данни се използват успешно в сродни науки.

В съвременния научен свят концепцията за тоталния разпад практически не се използва. По отношение на всеки изотоп е обичайно да се посочва неговият полуживот, който варира от няколко секунди до много милиарди години. Колкото по-нисък е полуживотът, толкова повече радиация има от веществото и по-високата й радиоактивност.

Минерално укрепване

В някои области на науката и технологиите използването на относително голямо количество радиоактивни вещества се счита за задължително. Но в същото време в естествени условия има много малко такива съединения.

Известно е, че изотопите не са обичайни варианти на химични елементи. Броят им се измерва с няколко процента от най-устойчивия сорт. Ето защо учените трябва изкуствено да обогатяват изкопаемите материали.

През годините на изследване беше установено, че разпадането на изотопа е съпроводено с верижна реакция. Освободените неутрони на едно вещество започват да влияят на друг. В резултат тежките ядра се разпадат на по-леки и се получават нови химични елементи.

Това явление се нарича верижна реакция, в резултат на която е възможно да се получат по-устойчиви, но по-малко обикновени изотопи, които по-късно се използват в националната икономика.

Приложение на енергията на разпад

Също така учените са открили, че по време на разпадането на радиоактивен изотоп се освобождава огромно количество свободна енергия. Количеството му обикновено се измерва с единица Кюри, равна на времето на делене на 1 g радон-222 за 1 секунда. Колкото по-висок е този индикатор, толкова повече енергия се освобождава.

Това е причината за разработването на начини за използване на свободната енергия. Така че имаше атомни реактори, в които се поставя радиоактивният изотоп. Повечето от освободената от тях енергия се събира и преобразува в електричество. Въз основа на тези реактори се строят атомни електроцентрали, които осигуряват най-евтината електроенергия. Намалени версии на такива реактори се поставят на самоходни механизми. Предвид риска от злополуки най-често такива машини са подводници. В случай на отказ на реактора броят на жертвите на подводница ще бъде по-лесен за минимизиране.

Друга много страшна възможност за използване на енергия от полуживот е атомните бомби. По време на Втората световна война те са били тествани върху човечеството Японски градове Хирошима и Нагасаки. Последствията бяха много тъжни. Следователно светът има споразумение за неизползването на тези опасни оръжия. На място с големите държави с акцент върху милитаризацията и днес продължават изследванията в тази индустрия. Освен това много от тях тайно произвеждат атомни бомби от световната общност, които са хиляди пъти по-опасни от онези, използвани в Япония.

Изотопи в медицината

За мирни цели разпадът на радиоактивни изотопи е научен да се използва в медицината. Насочване на радиация към засегнатата част на тялото, можете да спрете хода на заболяването или да помогнете на пациента да се възстанови напълно.

Но по-често радиоактивни изотопи се използват за диагностика. Факт е, че тяхното движение и естеството на клъстера е най-лесно да се запише от радиацията, която те произвеждат. По този начин в човешкото тяло се инжектира определено неопасно количество радиоактивно вещество и лекарите използват инструментите, за да наблюдават как и къде отива.

По този начин работата се диагностицира мозъка, естеството на раковите тумори, особено функционирането на жлезите на вътрешната и външната секреция.

Приложение в археологията

Известно е, че в живите организми винаги има радиоактивен въглерод-14, чийто полуживот на изотопа е 5570 години. Освен това учените знаят каква част от този елемент се съдържа в тялото до смъртта му. Това означава, че всички отрязани дървета излъчват същото количество радиация. С течение на времето интензивността на радиацията намалява.

Това помага на археолозите да определят колко дълго е изсъхнало дървото, от което са построили камбуза или друг кораб, а оттам и самото време на строителството. Този изследователски метод се нарича анализ на радиоактивен въглерод. Благодарение на него учените са по-лесни за установяване на хронологията на историческите събития.