تاریخ بروزرسانی : 1397/08/02
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
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.
نوشتههای تازه