سرفصل های درس رادیوایزوتوپ ها و کاربرد ان ها

نام بسته درسی : رادیوایزوتوپ ها و کاربرد ان

—————————————————————————

فهرست:

فصل اول:مبانی فیزیک هسته ای

تعریف اتم

اجزای تشکیل دهنده اتم

آرایش الکترون ها در اتم

ایزوتوپ ورادیو ایزوتوپ ها

رادیو ایزوتوپ ها

پدیده واپاشی

مکانیسم واپاشی وانواع آن

انواع واپاشی ها

نیمه عمر

فعالیت ویژه

پرتوزایی

پرتودهی

کاربرد رادیو ایزوتوپ ها

کاربرد صنعتی

سوخت های ایزوتوپی

عمر سنجی با کربن

کاربرد در پزشکی

کاربرد در تحقیقات کشاورزی

فصل دوم :اصول کار با رادیو ایزوتوپ ها

قوانین فردی هنگام کار با رادیو ایزوتوپ ها

اصول طراحی آزمایشگاه های مخصوص کار با رادیو ایزوتوپ

رفع آلودگی درمحیط آزمایشگاه

رفع آلودگی فردی

انواع پرتوگیری

پرتوگیری خارجی

عامل زمان

عامل فاصله

عامل حفاظ

پرتوگیری داخلی

راه های حفاظت در برابرآلودگی داخلی بدن

اثرات بیولوژیکی پرتو ها

سلول زنده واثرات پرتوها

دزیمتری فردی

روش های دزیمتری

بسته بندی حمل ونقل  و از بین بردن ضایعات مواد پرتوزا

بسته های آزاد

بسته های صنعتی

بسته های نوع A

بسته های نوعB

روش های از بین بردن ضایعات مواد پرتوزا

انبار نمودن

تخلیه در دریا

دفن کردن

سایر روش ها

فصل سوم :دستگاه ها وروش های آشکار سازی پرتو ها

آشکارسازهای گازی

اتاقک یونش

شمارنده های تناسبی

 شمارنده گایگر-مولر

آشکار ساز های سوسوزن

آشکار سازی نوترون  

مرور و جمع بندی

 بخش هایی از بسته درسی رادیوایزوتوپ ها و کاربرد ان

 فصل اول

مبانی فیزیک هسته‎ای

تعریف اتم:

کلیة چیزهایی که در این دنیا وجود دارند مانند هوا، خاک، آب و بالاخره اجسام و مواد اطراف ما عملاً از تعدادی از عناصر شیمیایی تشکیل یافته‎اند که سبک‎ترین آنها هیدروژن و سنگین‎ترین اورانیوم می‎باشد.

اتم ساده‎ترین ذره‎ی یک عنصر می‎باشد که تمام خواص شیمیایی یک عنصر را حفظ می‎کند مولکول‎ها که ساده‎ترین ذره یک ترکیب هستند و می‎توانند تمام خواص شیمیایی یک ترکیب را داشته باشند خود از اتم‎ها تشکیل شده‎اند.

اجزای تشکیل‎دهنده اتم:

مشهورترین مدلی که برای نمایش ساختار اتم به کار می‎رود مدل رادر فورد می‎باشد که در سال 1911 برای اتم پیشنهاد شده است و در حال حاضر هم به کار می‎رود. مناسب‎ترین تصور از ساختمان اتم این است که اتم از دو ناحیة قابل تشخیص به شرح زیر تشکیل شده است:

1ـ ناحیه‎ی مرکزی ¬ که هسته نامیده می‎شود و شامل: پروتون و نوترون می‎باشد.

2ـ ناحیه‎ی خارجی ¬ که اطراف هسته را شامل می‎شود و شامل الکترون‎ها است.

پروتون‎ها دارای بار مثبت، نوترون‎ها بدون بار الکتریکی و الکترون‎ها دارای بار منفی هستند. هم‎چنین یک اتم از نظر بار الکتریکی خنثی می‎باشد و این نشان می‎دهد که در یک اتم تعداد پروتون‎ها با تعداد الکترون‎ها برابر است.

سرنوشت یک پروتون آزاد این است که با دریافت یک الکترون به اتم هیدروژن تبدیل می‎شود و یا جذب هسته می‎گردد. سرنوشت یک نوترون آزاد آن است که یا طبق معادلة  با نیمه عمر محدود n دقیقه فرو می‎پاشد و یا جذب هسته می‎شود. اصولاً با توجه به اینکه الکترون دارای بار منفی و پروتون‎های دارای بار مثبت هستند همواره یک نیروی الکترواستاتیکی جاذب بین هسته و الکترون برقرار است.

آرایش الکترون‎ها در اتم:

در ساختار هر اتم دو ویژگی وجود دارد:

1ـ تعداد لایه‎های مجاز که الکترون‎ها روی آن حرکت می‎کنند محدود است.

2ـ تعداد  الکترون‎های موجود در هر لایه نیز محدود است.

با توجه به اینکه خصوصیات شیمیایی یک عنصر عمدتاً توسط آرایش الکترونی اتم‎های آن عنصر و به ویژه آرایش الکترونی لایه ظرفیت معین می‎شود بنابراین با دانستن آرایش یک اتم می‎توان خواص آن را پیشگویی نمود.

هر ناحیه که در آنجا تعدادی از الکترون‎ها به دور هسته در حرکت هستند یک لایه نامیده می‎شود لایه‎ها با حرف k، l، M و N نشان داده می‎شوند و حداکثر تعداد الکترون‎ها روی هر لایه به ترتیب 2 و 8 و 18 و 32 و… می‎باشد.

الکترون‎هایی که به هسته نزدیک هستند در مقایسه با الکترونی که دورتر از هسته قرار گرفته است با نیروی جاذبه‎ی بیشتری به سمت هسته کشیده می‎شود. بنابراین هر اندازه که الکترون از هسته دورتر باشد مقدار انرژی کمتری برای جدا کردن آن از اتم لازم خواهد بود.

الکترون‎های موجود در هر لایه دارای انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی هستند که انرژی پتانسیل ¬ ناشی از نیروی الکترواستاتیک بین هسته با بار مثبت و الکترون‎ها با بار منفی است و انرژی جنبشی ¬ ناشی از چرخش الکترون‎ها به دور هسته می‎باشد.

نکته ¬ مقدار انرژی لازم جهت جدا کردن الکترون‎ها از لایه‎ی مخصوص خودشان، انرژی پیوندی الکترون نامیده می‎شود و اصولاً انرژی در مقیاس اتمی «الکترون ولت» نامیده می‎شود و برابر است با انرژی جنبشی کسب شده توسط یک الکترون در خلاء که در اختلاف پتانسیلی برابر با یک ولت شتاب داده می‎شود.

همانطور که قبلاً هم اشاره شد یک اتم به صورت کلی خنثی می‎باشد، اگر یک یا چند الکترون به هر دلیل از اتم گرفته می‎شود باقی‎مانده اتم به صورت یون مثبت به جا می‎ماند. این فرآیند انتقال الکترون‎ها به خارج از مدارهای اتم را «یونیزاسیون» می‎نامند. در عمل یونیزاسیون باید به الکترون‎های مدار انرژی داده شود تا ازاتم کنده شود. حداقل انرژی که قادر به جدا نمودن الکترون از اتم است انرژی پیوند الکترون نامیده می‎شود و بزرگترین تعداد آن مربوط به الکترون‎های لایه k است که نزدیک‎ترین مواد به هسته است. اگر انرژی داده شده به اتم کمتر از انرژی پیوند الکترون باشد الکترون انرژی کافی را برای ترک اتم نخواهد داشت. در این صورت الکترون ممکن است الکترون از مدار خودش به یک مدار بالاتر منتقل شود بنابراین انرژی اتم بیشتر از حالت پایدارش می‎شود

انرژی موردنیاز در عمل یونیزاسیون ممکن است به صورت‎های مختلف تأمین شود که مهمترین آنها پرتوهای یونیزان می‎باشند که به دو دسته می‎باشند:

پرتوهای باردار ¬ مانند آلفا و بتا

پرتوهای بدون بار ¬ مانند ایکس، نوترون و گاما

ایزوتوپ‎ها و رادیوایزوتوپ‎ها:

اتم‎های یک عنصر را که عدد اتمی یکسان و عدد جرمی متفاوت دارند ایزوتوپ‎های آن عنصر می‎نامند (بارهای مثبت که همان تعداد پروتون‎ها می‎باشند را عدد اتمی و مجموع تعداد پروتون‎ها و نوترون‎های هسته‎ی یک اتم را عدد جرمی آن می‎گویند ایزوتوپ‎های یک عنصر اتم‎هایی هستند که تعداد بارهای مثبت موجود در هسته و نیز تعداد الکترون‎هایشان یکسان ولی تعداد نوترون‎های موجود در هسته‎ی آنها با هم متفاوت است اغلب عناصر چند ایزوتوپ دارند و چون ساختار الکترونی ایزوتوپ‎ها یکسان است واکنش‎های شیمیایی آنها نیز مشابه می‎شود.

برای تشخیص هویت یک ایزوتوپ عدد اتمی آن به صورت شاخص در پایین و سمت چپ نماد شیمیایی آن و عدد جرمی یا تعداد کل نوکلئون‎های آن به صورت شاخص در بالای نماد شیمیایی آورده می‎شود. به عنوان مثال برای اکسیژن سه ایزوتوپ ، ،  می‎توان نشان داد.

ایزوتوپ‎های پایدار دارای این ویژگی هستند که می‎توانند برای مدت زمان طولانی حتی در شرایط بسیار متغیر محیطی که تحت تأثیر تغییرات دما، میزان Co₂ جو و بارندگی قرار دارند در مطالعات مربوط به چرخه‎ی بیوژئوشیمیایی مواد و هم‎چنین در تحقیقات اکولوژیکی مورد استفاده قرار می‎گیرند.

میزان ترکیبات ایزوتوپی پایدار مواد بیولوژیک از سه طریق قابل اندازه‎گیری هستند که عبارتند از:

1ـ طیف‎سنجی جرحی

2ـ طیف‎سنجی نشر اتمی

3ـ طیف‎سنجی انتقالی مادون قرمز

رادیو ایزوتوپ‎ها:

هنری بکرل دانشمند فرانسوی در سال 1896 ضمن آزمایشاتی که بروی ترکیبات اورانیوم انجام داد به پدیدة جالبی برخورد کرد. او یک تکه سنگ معدن اورانیوم را بروی کاغذ سیاه رنگی که در آن یک صفحه حساس عکاسی قرار داشت در کشوی میزخود گذاشته بود. چند روز بعد، پس از استفاده از صفحه حساس عکاسی و ظاهر کردن آن به وجود لکه‎های سیاهی در محل قرار گرفتن سنگ معدن پی برد. چون این صفحه در معرض نور طبیعی قرار نگرفته بود وی نتیجه گرفت که سنگ معدن اورانیوم نوعی اشعه نامرئی از خود ساطع می‎کند و از این‎رو سنگ معدن اورانیوم را رادیواکتیو و اشعة نامرئی حاصل از آن «اشعة رادیواکتیو و به طور کلی این پدیده «رادیواکتیویته» نامید. بنابراین رادیواکتیویته به قابلیت ماده‎ی معین در گسیل کردن پرتو اطلاق می‎شود.

پدیدة واپاشی: واپاشی پدیده‎ای است که در خلال آن یک اتم ناپایدار انرژی اضافی خود را به خارج گسیل می‎دارد و اصولاً هسته‎هایی که ترکیب پروتون‎ها و نوترون‎هایشان پایدار نیست دستخوش واپاشی می‎شوند. این‎گونه هسته‎ها ذاتاً ناپایدار هستند و با گذشت زمان تغییر می‎نمایند و به هسته‎های جدیدتری تبدیل می‎شوند.

برای مشاوره اینجا بزنید