Изотопи су ... Радиоактивни изотопи, њихов распад и полуживот

Вероватно не на земљи таква особа која не би чула за изотопе. Али не знају сви шта је то. Израз „радиоактивни изотопи“ звучи посебно застрашујуће. Ови неразумљиви хемијски елементи застрашују човечанство, али заправо нису тако страшни као што се на први поглед чини.

Дефиниција

Разумети концепт радиоактивни елементи потребно је најприје рећи да су изотопи узорци истог хемијског елемента, али са различитом масом. Шта то значи? Питања ће нестати, ако се прво сетимо структура атома. Састоји се од електрона, протона и неутрона. Број прве двије елементарне честице у језгру атома је увијек константан, док се неутрони, који имају своју масу, могу појавити у истој твари у различитим количинама. Ова околност ствара различите хемијске елементе са различитим физичким својствима.

Сада можемо дати научну дефиницију концепта који се истражује. Дакле, изотопи су кумулативни скуп хемијских елемената са сличним својствима, али са различитим масеним и физичким својствима. Према модернијој терминологији, они се називају плејади нуклеотида хемијског елемента.

Мало историје

Почетком прошлог века научници су открили да исто хемијско једињење под различитим условима може да покаже различите масе електронских језгара. Са чисто теоретске тачке гледишта, такви елементи могу се сматрати новим и почети попуњавати празне ћелије са њима у периодичној табели Д. Мендељејева. Али у њему има само девет слободних ћелија, а научници су открили на десетине нових елемената. Штавише, математички прорачуни су показали да се откривена једињења не могу сматрати раније непознатим, јер њихове хемијске особине у потпуности одговарају карактеристикама постојећих.

Након дуготрајних дискусија, одлучено је да се ти елементи назову изотопи и стављају их у исту ћелију као и они чији језгра садрже исти број електрона са њима. Научници су успели да утврде да су изотопи само неке варијације хемијских елемената. Међутим, њихови узроци и дуговечност су проучавани скоро један век. Чак и на почетку 21. века, немогуће је тврдити да човечанство познаје апсолутно све о изотопима.

Сталне и нестабилне варијације

Сваки хемијски елемент има неколико изотопа. Због чињенице да у њиховим језграма постоје слободни неутрони, они не улазе увек у стабилне везе са другим компонентама атома. Након неког времена, слободне честице напуштају језгро, због чега се мењају његова маса и физичке особине. На тај начин настају други изотопи, који на крају доводе до стварања супстанце са једнаким бројем протона, неутрона и електрона.

Те супстанце које се врло брзо распадају називају се радиоактивним изотопима. Они ослобађају у простор велики број неутрона, формирајући снажно јонизујуће гама зрачење, познато по својој снажној продорној снази, која негативно утиче на живе организме.

Стабилнији изотопи нису радиоактивни, јер количина слободних неутрона коју емитују нису способни да генеришу зрачење и значајно утичу на друге атоме.

Већ дуго времена научници су установили један важан образац: сваки хемијски елемент има своје изотопе, постојане или радиоактивне. Занимљиво је да су многи од њих добијени у лабораторији, а њихово присуство у природном облику је мало и није увек фиксирано инструментима.

Шири се у природи

У природним условима најчешће постоје супстанце чија је маса изотопа директно одређена његовим редним бројем у табели Д. Менделејев. На пример, водоник, означен симболом Х, има редни број 1, а његова маса је једнака јединици. Његови изотопи, 2Х и 3Х, у природи су изузетно ретки.

Чак и људско тело има одређену количину радиоактивних изотопа. Они улазе кроз храну у облику изотопа угљеника, који се заузврат апсорбују у биљкама из земље или ваздуха и постају део органска материја у процесу фотосинтезе. Зато човек, животиње и биљке емитују одређену радијациону позадину. Само он је тако низак да не омета нормално функционисање и раст.

Извори који доприносе формирању изотопа су унутрашњи слојеви језгра земље и зрачење из свемира.

Као што знате, температура на планети у великој мери зависи од њеног врућег језгра. Али тек недавно је постало јасно да је извор те топлоте сложена термонуклеарна реакција, у коју су укључени радиоактивни изотопи.

Распадање изотопа

Пошто су изотопи нестабилне формације, може се претпоставити да они на крају пропадају у трајније језгре хемијских елемената. Ова тврдња је истинита јер научници нису били у могућности да открију у природи огромну количину радиоактивних изотопа. Да, а већина оних који су минирани у лабораторијама, постојали су неколико минута до неколико дана, а затим поново претворени у обичне хемијске елементе.

Али у природи постоје и изотопи који су веома отпорни на пропадање. Могу постојати милијардама година. Такви елементи настали су у оним далеким временима, када се земља још формирала, па чак ни чврста кора није била на њеној површини.

Радиоактивни изотопи се брзо распадају и поново формирају. Стога, да би се олакшала процена отпора изотопа, научници су одлучили да размотре категорију свог полу-живота.

Пола живота

Не могу сви читаоци одмах схватити шта се подразумијева под овим концептом. Хајде да га дефинишемо. Полувреме изотопа је време када ће условна половина узете супстанце престати да постоји.

То не значи да ће остатак везе бити уништен у истом временском периоду. У односу на ову половину, потребно је размотрити још једну категорију - временски период за који ће нестати други дио, односно четвртина почетне количине супстанце. Ово разматрање се наставља неограничено. Може се претпоставити да је време потпуног распада почетне количине супстанце једноставно немогуће рачунати, јер је овај процес готово бескрајан.

Међутим, научници, знајући полуживот, могу одредити колико је супстанци постојало на почетку. Ови подаци се успешно користе у сродним наукама.

У савременом научном свету, концепт тоталног пропадања практично се не користи. У односу на сваки изотоп, уобичајено је да се наведе његов полу-живот, који варира од неколико секунди до много милијарди година. Што је полуживот мањи, то је више зрачења из супстанце и већа је његова радиоактивност.

Минерал фортифицатион

У неким гранама науке и технологије, употреба релативно велике количине радиоактивних супстанци сматра се обавезном. Али у исто време у природним условима постоји врло мало таквих једињења.

Познато је да изотопи нису уобичајене варијанте хемијских елемената. Њихов број се мери са неколико процената од најотпорнијих сорти. Зато научници морају вештачки обогатити фосилне материјале.

Током година истраживања установљено је да распадање изотопа прати ланчана реакција. Ослобођени неутрони једне супстанце почињу да утичу на другу. Као резултат, тешке језгре се распадају у лакше и добијају се нови хемијски елементи.

Овај феномен се назива ланчана реакција, због чега је могуће добити постојаније, али мање уобичајене изотопе, који се касније користе у националној економији.

Примена енергије распада

Такође, научници су открили да се током распадања радиоактивног изотопа ослобађа огромна количина слободне енергије. Његова количина се обично мери Цурие јединицом једнаком времену фисије од 1 г радона-222 у 1 секунди. Што је већи индикатор, више енергије се ослобађа.

То је био разлог за развој начина за коришћење слободне енергије. Дакле, постојали су атомски реактори у којима је смјештен радиоактивни изотоп. Највећи дио енергије која се испушта сакупља се и претвара у електричну енергију. На основу ових реактора граде се нуклеарне електране које обезбеђују најјефтинију електричну енергију. Смањене верзије таквих реактора стављене су на самоходне механизме. С обзиром на ризик од несрећа, такве машине су најчешће подморнице. У случају квара реактора, број жртава на подморници ће бити лакше минимизиран.

Друга веома застрашујућа опција за коришћење енергије полуживота су атомске бомбе. Током Другог светског рата, били су тестирани на човечанство Јапански градови Хирошима и Нагасаки. Последице су биле веома тужне. Према томе, свет има споразум о неупотреби ових опасних оружја. На месту са великим државама са фокусом на милитаризацију, а данас настављају истраживања у овој индустрији. Осим тога, многи од њих потајно производе атомске бомбе из свјетске заједнице, које су тисуће пута опасније од оних које се користе у Јапану.

Изотопи у медицини

У мирољубиве сврхе, распад радиоактивних изотопа научио се користити у медицини. Усмеравајући зрачење на захваћено подручје тијела, можете зауставити ток болести или помоћи пацијенту да се потпуно опорави.

Међутим, чешће се радиоактивни изотопи користе за дијагностику. Чињеница је да је њихово кретање и природа кластера најлакше забележити радијацијом коју производе. Тако се одређена неопасна количина радиоактивне супстанце убризгава у људски организам, а лекари користе инструменте да посматрају како и где то иде.

Тако се дијагностицира рад мозак, природа тумора рака, посебно функционисање жлезда унутрашње и спољашње секреције.

Примена у археологији

Познато је да у живим организмима увијек постоји радиоактивни угљик-14, чији је полуживот изотопа 5570 година. Поред тога, научници знају колико је тог елемента садржано у телу све до његове смрти. То значи да сва резана стабла емитују исту количину зрачења. Временом се интензитет зрачења смањује.

То помаже археолозима да утврде колико је дуго стабло од којег су саградили галију или било који други брод, а тиме и вријеме изградње, умрло. Овај истраживачки метод се назива анализа радиоактивног угљена. Захваљујући њему, научницима је лакше успоставити хронологију историјских догађаја.