Kr mecanica cuantică. Legea dezintegrarii radioactive

120. În timpul dezintegrarii 94 Pu 239 → 92 U 235 + 2 He 4, se eliberează energie, cea mai mare parte fiind energia cinetică a particulelor α. 0,09 meV este purtat de razele γ emise de nucleele de uraniu. Determinați viteza particulelor α, m P u =±239,05122 amu, m U =235,04299 amu, m A,=4,00260 amu.

121. În timpul procesului de fisiune, nucleul de uraniu se rupe în două părți, a căror masă totală este mai mică decât masa inițială a nucleului cu aproximativ 0,2 masa de repaus a unui proton. Câtă energie se eliberează atunci când un nucleu de uraniu se fisiază?

123. Determinați numărul de atomi de uraniu 92 U 238 degradați în cursul anului, dacă masa inițială a uraniului este de 1 kg. Calculați constanta de descompunere a uraniului.

124. Calculați numărul de atomi de radon care s-au degradat în prima zi, dacă masa inițială a radonului este de 1 g. Calculați constanta de descompunere a uraniului.

125. În corpul uman, 0,36 din masă este potasiu. Izotopul radioactiv al potasiului 19 K 40 reprezintă 0,012% din masa totală a potasiului. Care este activitatea potasiului dacă omul cântărește 75 kg? Timpul său de înjumătățire este de 1,42 * 10 8 ani.

126. 100 g dintr-o substanță radioactivă zac pe solzi. După câte zile va indica o scală cu o sensibilitate de 0,01 g absența unei substanțe radioactive? Timpul de înjumătățire al substanței este de 2 zile.

127. Pe parcursul a două zile, radioactivitatea preparatului de radon a scăzut de 1,45 ori. Determinați timpul de înjumătățire.

128. Determinaţi numărul de nuclee radioactive dintr-un preparat 53 J 131 proaspăt preparat, dacă se ştie că după o zi activitatea sa a devenit 0,20 Curie. Timpul de înjumătățire al iodului este de 8 zile.

129. Proporția relativă de carbon radioactiv 6 C 14 dintr-o bucată veche de lemn este de 0,0416 din proporția sa la plantele vii. Câți ani are această bucată de lemn? Timpul de înjumătățire al lui 6 C 14 este de 5570 de ani.

130. S-a constatat că într-un preparat radioactiv au loc 6,4 * 10 8 dezintegrari nucleare pe minut. Determinați activitatea acestui medicament.

131. Ce fracție din numărul inițial de 38 de nuclee Sg 90 rămâne după 10 și 100 de ani, se descompune într-o zi, în 15 ani? Timp de înjumătățire 28 de ani

132. Există 26 * 10 6 atomi de radiu Câți dintre ei vor suferi dezintegrare radioactivă într-o zi, dacă timpul de înjumătățire al radiului este de 1620 de ani?

133. Capsula conține 0,16 mol izotop 94 Pu 238. Timpul său de înjumătățire este de 2,44*10 4 ani. Determinați activitatea plutoniului.

134 Există un preparat de uraniu cu o activitate de 20,7 * 10 6 dispersie/s. Se determină masa izotopului 92 U 235 din preparat cu un timp de înjumătățire de 7,1 * 10 8 ani.

135. Cum se va schimba activitatea medicamentului cobalt pe parcursul a 3 ani? Timp de înjumătățire 5,2 ani.

136. O capsulă de plumb conține 4,5 * 10 18 atomi de radiu. Determinați activitatea radiului dacă timpul său de înjumătățire este de 1620 de ani.

137. Cât durează ca 80% din atomii izotopului radioactiv al cromului 24 Cr 51 să se descompună dacă timpul său de înjumătățire este de 27,8 zile?

138. Masa izotopului radioactiv de sodiu 11 Na 25 este de 0,248*10 -8 kg. Timp de înjumătățire 62 s. Care este activitatea inițială a medicamentului și activitatea sa după 10 minute?

139. Câtă substanță radioactivă rămâne după una sau două zile, dacă la început erau 0,1 kg din ea? Timpul de înjumătățire al substanței este de 2 zile.

140. Activitatea unui preparat de uraniu cu un număr de masă de 238 este de 2,5 * 10 4 dispersie/s, masa preparatului este de 1 g Aflați timpul de înjumătățire.

141. Ce fracție de atomi a unui izotop radioactiv
90 Th 234, care are un timp de înjumătățire de 24,1 zile, decade -
într-o secundă, într-o zi, într-o lună?

142. Ce fracție de atomi ai izotopului radioactiv co-
balta se descompune în 20 de zile dacă timpul său de înjumătățire este
da 72 de zile?

143 Cât timp durează ca un preparat cu o activitate constantă de 8,3*10 6 dezintegrare/s să descompună 25*10 8 nuclee?

144. Aflați activitatea a 1 µg de wolfram 74 W 185 al cărui timp de înjumătățire este de 73 de zile

145. Câte dezintegrari nucleare pe minut au loc într-un preparat a cărui activitate este de 1,04 * 10 8 dispersie/s?

146. Ce fracție din cantitatea inițială de substanță radioactivă rămâne nedegradată după 1,5 timpi de înjumătățire?

147. Ce fracțiune din cantitatea inițială a unui izotop radioactiv se descompune pe durata de viață a acestui izotop?

148. Care este activitatea radonului format din 1 g de radiu într-o oră? Timpul de înjumătățire al radiului este de 1620 de ani, radonul este de 3,8 zile.

149. Un anumit medicament radioactiv are o constantă de dezintegrare de 1,44*10 -3 h -1 . Cât timp durează ca 70% din numărul inițial de atomi 7 să se descompună?

150. Aflați activitatea specifică a izotopului radioactiv obținut artificial de stronțiu 38 Sg 90. Timpul său de înjumătățire este de 28 de ani.

151. Se poate transforma un nucleu de siliciu într-un nucleu?
aluminiu, ejectând astfel un proton? De ce?

152. În timpul bombardamentului cu aluminiu 13 Al 27 α -
fosforul 15 P 30 este format din particule. Notează această reacție și
calculați energia eliberată.

153. Când un proton se ciocnește cu un nucleu de beriliu,
s-a produs reacția nucleară 4 Be 9 + 1 P 1 → 3 Li 6 + α. Găsiți energia de reacție.

154. Aflați energia de legare medie per
per 1 nucleon, în nuclee 3 Li 6, 7 N 14.

155. Când nucleele de fluor sunt bombardate cu 9 protoni F 19, se formează oxigen x O 16. Câtă energie este eliberată în timpul acestei reacții și ce nuclei se formează?

156. Aflați energia eliberată în următoarea reacție nucleară 4 Ве 9 + 1 Н 2 → 5 В 10 + 0 n 1

157. Un izotop de radiu cu un număr de masă de 226 transformat într-un izotop de plumb cu un număr de masă de 206. Câte descompuneri α și β au avut loc în acest caz?

158. Elementele inițiale și finale ale a patru familii radioactive sunt date:

92 U 238 → 82 Pb 206

90 Th 232 → 82 Pb 207

92 U 235 → 82 Pb 207

95 Am 241 → 83 Bi 209

Câte transformări α și β au avut loc în fiecare familie?

159. Aflați energia de legare per nucleon în nucleul atomului de oxigen 8 O 16.

160. Aflați energia eliberată în timpul unei reacții nucleare:

1 H2 + 1 H2 → 1 H1 + 1 H3

161. Ce energie va fi eliberată când 1 g de heliu 2 He 4 se formează din protoni și neutroni?

162. În ce se transformă izotopul de toriu 90 Th 234, ale cărui nuclee suferă trei dezintegrari α succesive?

163. Completați reacțiile nucleare:

h Li b + 1 P 1 →?+ 2 He 4;

13 A1 27 + o n 1 →?+ 2 Nu 4

164. Nucleul de uraniu 92 U 235, care a capturat un neutron, o dată
împărțit în două fragmente, eliberând doi neutroni. Unul dintre fragmente s-a dovedit a fi un miez xenon 54 Xe 140. Care este al doilea ciob? Scrieți ecuația reacției.

165. Calculați energia de legare a nucleului de heliu 2 He 3.

166. Aflați energia eliberată în timpul unei reacții nucleare:

20 Ca 44 + 1 P 1 → 19 K 41 +α

167. Scrie simbolurile care lipsesc în cele ce urmează
reacții nucleare comune:

1 Р 1 →α+ 11 Nа 22

13 Al 27 + 0 p 1 →α+...

168. Determinați energia de legare specifică a tritinei,

169. Modificarea masei în timpul formării nucleului 7 N 15
este egal cu 0,12396 a.a.m. Determinați masa unui atom

170 Aflați energia de legare a 1 H 3 și 2 He 4 nuclee. Care dintre aceste nuclee este cel mai stabil?

171 Când litiul 3 Li 7 este bombardat cu protoni, se produce heliu. Scrieți această reacție. Câtă energie este eliberată în timpul acestei reacții?

172. Aflați energia absorbită în timpul reacției:

7 N 14 + 2 He 4 → 1 P 1 + ?

173. Calculați energia de legare a nucleului de heliu 2 He 4.

174. Aflați energia eliberată în timpul următoarei reacții nucleare:

3 Li 7 + 2 He 4 → 5 V 10 + o n 1

175. Completați reacțiile nucleare:

1 Р 1 → 11 Nа 22 + 2 He 4, 25 Mn 55 + ?→ 27 Co 58 + 0 n 1

176. Aflați energia eliberată în următoarele
reacție nucleară.

з Li 6 + 1 Н 2 →2α

177. Nucleele izotopului 90 Th 232 suferă dezintegrare α, două descompunere β și o altă descompunere α. Ce nuclee primești după asta?

178 Determinați energia de legare a nucleului deuteriu.

179. Nucleul izotopului 83 Bi 211 a fost obținut dintr-un alt nucleu după o dezintegrare α și una dezintegrare β. Ce fel de miez este acesta?

180. Ce izotop se formează din toriu radioactiv 90 Th 232 ca urmare a a 4 dezintegrari α și a 2 descompuneri β?

181. Într-un medicament radioactiv cu o constantă de dezintegrare λ=0,0546 ani -1, până la=36,36% din nucleele numărului lor inițial s-au degradat. Determinați timpul de înjumătățire, durata medie de viață. Cât timp a durat până când nucleele se descompun?

182. Timpul de înjumătățire al unei substanțe radioactive este de 86 de ani. Cât timp va dura ca 43,12% din numărul inițial de nuclee să se descompună? Determinați constanta de dezintegrare λ și durata medie de viață a unui nucleu radioactiv.

183. Într-un an, 64,46% din nucleele cantității lor originale de medicament radioactiv s-au degradat. Determinați durata medie de viață și timpul de înjumătățire.

184. Durata medie de viață a unei substanțe radioactive este τ=8266,6 ani. Determinați timpul în care 51,32% din nucleele din numărul lor inițial se descompun, timpul de înjumătățire, constanta de dezintegrare.

185. Într-o substanță radioactivă cu o constantă de dezintegrare λ=0,025 ani -1, s-au dezintegrat 52,76% din nucleele numărului lor inițial. Cât a durat despărțirea? Care este durata medie de viață a nucleelor?

186. Determinați activitatea unei mase de 0,15 μg cu un timp de înjumătățire de 3,8 zile după două zile. Analizați dependența A =f(t)

187. Timpul de înjumătățire al bismutului (83 Bi 210) este 5
zile. Care este activitatea acestui medicament de 0,25 mcg după 24 de ore? Să presupunem că toți atomii izotopului sunt radioactivi.

188. Izotop 82 Ru 210 are un timp de înjumătățire de 22 de ani. Determinați activitatea acestui izotop cu o greutate de 0,25 μg după 24 de ore?

189. Flux de neutroni termici care trec prin aluminiu
distanta d= 79,4 cm, slăbește de trei ori. Defini
secțiuni transversale eficiente pentru reacția de captare a neutronilor de către un nucleu atomic
ma a aluminiului: Densitatea aluminiului ρ=2699 kg/m.

190. Fluxul de neutroni este slăbit de 50 de ori după parcurgerea unei distanțe d în plutoniu, a cărei densitate este ρ = 19860 kg/mc. Determinați d dacă secțiunea transversală efectivă pentru captarea de către un nucleu de plutoniu este σ = 1025 bare.

191. De câte ori este slăbit fluxul de neutroni termici după parcurgerea unei distanțe d=6 cm în zirconiu, dacă densitatea zirconiului este ρ = 6510 kg/m 3, iar secțiunea efectivă a reacției de captare este σ = 0,18 bari.

192. Determinați activitatea lui 85 Ra 228 cu un timp de înjumătățire de 6,7 ani după 5 ani, dacă masa medicamentului este m = 0,4 μg și toți atomii izotopului sunt radioactivi.

193. Cât timp a durat până când 44,62% din numărul inițial de nuclee se descompun, dacă timpul de înjumătățire este m=17,6 ani. Determinați constanta de dezintegrare λ, durata medie de viață a unui nucleu radioactiv.

194. Determinați vârsta unei descoperiri arheologice din lemn dacă activitatea izotopică a probei este de 80% din proba din plante proaspete. Timpul de înjumătățire este de 5730 de ani.

195. Potasiu lichid ρ= 800 kg !m slăbește fluxul de neutroni la jumătate. Determinați secțiunea transversală efectivă pentru reacția de captare a neutronilor de către nucleul unui atom de potasiu dacă fluxul de neutroni trece pe o distanță d = 28,56 cm în potasiu lichid.

196. Determinați vârsta țesutului antic dacă este activ
Conținutul de izotopi al probei este de 72% activitate
probă din plante proaspete. Timpul de înjumătățire T=5730 ani.

197. Notați în formă completă ecuația reacției nucleare (ρ,α) 22 Na. Determinați energia eliberată ca urmare a unei reacții nucleare.

198. Uraniul, a cărui densitate este ρ = 18950 kg/m 2, slăbește de 2 ori fluxul de neutroni termici cu o grosime a stratului d = 1,88 cm Determinați secțiunea transversală efectivă pentru reacția de captare a neutronilor de către un nucleu de uraniu

199. Determinați activitatea izotopului 89 Ac 225 cu un timp de înjumătățire T = 10 zile după un timp t = 30 de zile, dacă masa inițială a medicamentului este m = 0,05 μg.

200. Determinați vârsta unei descoperiri arheologice din lemn dacă activitatea 6 C 14 a probei este de 10% din activitatea probei din plante proaspete. Timpul de înjumătățire T=5730 ani.

201. Determinați grosimea stratului de mercur dacă fluxul de neutroni, trecând prin acest flux, este slăbit de 50 de ori, secțiunea transversală efectivă pentru reacția de captare a neutronilor de către un nucleu σ = 38 hambar, densitatea mercurului ρ = 13546 kg/m 3.

202. Izotopul 81 Tℓ 207 are un timp de înjumătățire T = 4,8 milioane Care este activitatea acestui izotop cântărind 0,16 μg după timpul t = 5 milioane. Să presupunem că toți atomii izotopului Tℓ 207 radioactiv.

203. Câte nuclee din cantitatea lor inițială de materie se descompun în 5 ani, dacă constanta de dezintegrare λ = 0,1318 ani -1. Determinați timpul de înjumătățire, durata medie de viață a nucleelor.

204. Determinati activitatea de 87 Fr 221 cântărind 0,16 μg cu un timp de înjumătățire T = 4,8 milioane după un timp t = 5 min. Analizați dependența activității de masă (A=f(m)).

205. Timpul de înjumătățire al izotopului de carbon 6 C 14 T = 5730 ani, activitatea lemnului pentru izotopul 6 C 14 este de 0,01% din activitatea probelor din plante proaspete. Determinați vârsta lemnului.

206. Fluxul de neutroni care trece prin sulf (ρ = 2000 kg/m 3.)
distanta d=37,67 cm este slabita de 2 ori. Defini
secțiune transversală eficientă pentru reacția de captare a neutronilor de către un nucleu atomic
ma sulf.

207. Comparaţia activităţii medicamentelor 89 Ac 227 şi 82 Рb 210 dacă masele medicamentului sunt m=0,16 µg, după 25 de ani. Timpurile de înjumătățire ale izotopilor sunt aceleași și egale cu 21,8 ani.

208. Într-o substanță radioactivă, 49,66% din nucleele numărului lor inițial s-au degradat în t=300 de zile. Determinați constanta de dezintegrare, timpul de înjumătățire și durata medie de viață a nucleului izotopului.

209. Analizați dependența activității izotopului radioactiv 89 Ac 225 din masa după t = 30 de zile, dacă timpul de înjumătățire este T = 10 zile. Luați masa inițială a izotopului, respectiv, m 1 = 0,05 μg, m 2 = 0,1 μg, m 3 = 0,15 μg.

210. Iridiul slăbește fluxul de neutroni termici în
de 2 ori. Determinați grosimea stratului de iridiu dacă densitatea acestuia
ρ=22400 kg/m 3, iar secțiunea efectivă de reacție pentru
captarea neutronilor de către un nucleu de iridiu σ=430 barn

Probleme pentru K.R.N 7 Fizică atomic miezuri

https://pandia.ru/text/78/238/images/image002_132.jpg" width="49" height="28">1. Câți nucleoni, protoni și neutroni sunt conținute în nucleul de magneziu -

https://pandia.ru/text/78/238/images/image004_88.jpg" width="26" height="25 src=">3. Câți nucleoni, protoni și neutroni sunt conținute în nucleul unui uraniu atom

4 Izotopul de fosfor „se formează atunci când aluminiul este bombardat cu particule alfa. Care particulă este emisă în timpul acestei transformări nucleare? Notați reacția nucleară.

https://pandia.ru/text/78/238/images/image007_57.jpg" width="26" height="25">Oxigenul este format din protoni.Ce nuclee se formează în afară de oxigen?

Azot" href="/text/category/azot/" rel="bookmark">azot

7. Determinați numărul de nucleoni, protoni și neutroni conținuti în nucleul unui atom de sodiu

8. Completați reacția nucleară: stânga">

9. Calculați defectul de masă, energia de legare și energia de legare specifică a nucleului de aluminiu

https://pandia.ru/text/78/238/images/image013_39.jpg" width="44" height="19">se descompune uraniul în transformarea sa secvențială în plumb Pb?

11. Care este timpul de înjumătățire al unui element radioactiv a cărui activitate a scăzut de 4 ori în 8 zile?

https://pandia.ru/text/78/238/images/image016_33.jpg" width="28" height="25">Ce se descompune în decurs de un an de la 4,2 1018 atomi, dacă timpul de înjumătățire al acestui izotop este 285 de zile?

https://pandia.ru/text/78/238/images/image018_23.jpg" width="12" height="20"> se descompune.

https://pandia.ru/text/78/238/images/image020_19.jpg" width="48" height="26 src=">16. Determinați defectul de masă, energia de legare și energia de legare specifică a nucleului de azot

17 În ce element se transformă izotopul de toriu după o descompunere, două descompunere și încă una?

https://pandia.ru/text/78/238/images/image024_31.gif" width="45" height="24">18. Ce fracție din nucleele radioactive ale unui anumit element se descompune în t, egal cu jumătate T jumătate de viață?

19 Nucleul izotop a fost obținut dintr-un alt nucleu după dezintegrari succesive a - și -. Ce fel de miez este acesta?

20. Calculați defectul de masă, energia de legare și energia de legare specifică a nucleului de carbon

21. Determinați puterea primei centrale nucleare sovietice dacă consumul de uraniu-235 pe zi a fost de 30 g cu o eficiență de 17%. Când un nucleu de uraniu se împarte în două fragmente, se eliberează 200 MeV de energie.

22. Calculați câtă energie este eliberată în timpul unei reacții termonucleare:

23 Proporția relativă de carbon radioactiv dintr-o bucată veche de lemn este de 0,6 din ponderea sa în

plante vii..jpg" width="173" height="25 src=">24. Determinați randamentul unei centrale nucleare, dacă puterea acesteia este de 3,5 105 kW, consumul zilnic de uraniu este de 105 g. Luați în considerare că atunci când un nucleu de uraniu fisiune, este eliberat energie de 200 MeV.

25. Care este puterea de energie a următoarei reacții nucleare: -----

Reactoare nucleare" href="/text/category/yadernie_reaktori/" rel="bookmark">într-un reactor nuclear 1 g din acest izotop de uraniu? Cât cărbune trebuie ars pentru a obține aceeași cantitate de energie? Căldura specifică de ardere de cărbune este de 2,9- 107 J/kg.

28. Determinați puterea de energie a următoarei reacții nucleare:

https://pandia.ru/text/78/238/images/image034_7.jpg" width="36" height="29 src="> este egal cu 27,8 zile. După ce timp se descompun 80% dintre atomi?

30. Calculați producția de energie a următoarei reacții nucleare:

31 O centrală nucleară de 1000 MW are o eficiență de 20%. Calculați masa de uraniu-235 consumată pe zi. Luați în considerare că fiecare fisiune a unui nucleu de uraniu eliberează o energie de 200 MeV.

32. Aflați ce fracție de atomi a izotopului radioactiv de cobalt se descompune în 20 de zile dacă timpul său de înjumătățire este de 72 de zile.

Dezintegrarea radioactivă este un eveniment aleatoriu din „viața” unui atom, s-ar putea spune un accident. Să încercăm, pe baza acestei considerații foarte generale, să derivăm o lege conform căreia concentrația atomilor radioactivi ar trebui să se modifice în timp.

Lasă la un moment dat t concentrația izotopului radioactiv a fost egală cu P(t), iar după scurt timp D t devenit egal P(t+D t). Este clar că în timpul D t s-a destrămat P(t) – P(t+D t) atomi.

Dacă dezintegrarea radioactivă este un proces aleatoriu, atunci este destul de logic să presupunem că numărul de dezintegrari în timp D t va fi mai mare, cu cât concentrația de atomi este mai mare P(t) și cu cât perioada de timp D este mai lungă t:

P(t) – P(t+D t) ~ P(t) × D t

P(t) – P(t+D t) = l P(t)D t, (1)

unde l este coeficientul de proporționalitate. Este clar că fiecare izotop are propriul coeficient: dacă izotopul se descompune rapid, atunci coeficientul l este mare, dacă se dezintegra încet, atunci este mic.

Să rescriem egalitatea (1) sub forma:

P(t+D t) – P(t) = –l P(t)D t. (2)

Acum să-l direcționăm pe D t la zero și rețineți că P(t+D t) – P(t) - Acest creștere a funcției n(t) în timp D t, primim:

Am obținut o ecuație diferențială. Este clar că dacă la momentul inițial concentrația de izotop a fost egală cu P 0, atunci P(0) = = P 0 . Să „ghicem” soluția ecuației (3):

P(t) = P 0 e–l t. (4)

Să verificăm prin înlocuirea expresiei (4) în ecuația (3):

l.h.: ( P 0 e–l t)¢ = P 0 e–l t(–l);

p.h.: –l P 0 e–l t.

Este evident că partea stângă este identică cu cea dreaptă, în plus, condiția inițială este de asemenea îndeplinită:

P(0) = P 0 e– l × 0 = P 0 e 0 = P 0×1 = P 0 .

Deci, am obținut legea dezintegrarii undelor radio:

P(t) = P 0 e–l t. (25.1)

Se numește cantitatea l constantă de dezintegrare radioactivă.

Jumătate de viață

Când se studiază dezintegrarea radioactivă, în loc de constanta de dezintegrare ca caracteristică a ratei procesului, este adesea folosită o altă valoare - jumătate de viață.

Jumătate de viață T este timpul în care jumătate din cantitatea inițială a unui izotop radioactiv dat se descompune. Să găsim o legătură între Tși eu.

Să folosim faptul matematic că pentru orice număr A egalitatea este adevărată.

Într-adevăr,

ln e a = A ln e = A×1 = AȘi .

Apoi rescriem formula (25.1) sub forma

Să introducem notația

Dacă înlocuim valoarea în formula (25.3) t = T, primim

Astfel, este timpul de înjumătățire al unui izotop dat.

Trebuie spus că timpii de înjumătățire ale diferiților izotopi pot lua valori foarte diferite. De exemplu:

92 U 238 (a-decădere): T= 4,5×10 9 ani;

94 Pu 239 (a-decay): T= 24400 ani;

89 Ra 236 (a-degradare): T= 1600 ani;

91 Ac 233 (b – -decădere): T= 27 de zile;

90 Th 233 (b – -decădere): T= 22 min.

Există izotopi cu un timp de înjumătățire de zece miimi de secundă (unii izotopi ai poloniului 84 Po).

Problema 25.2. Izotopul radioactiv al carbonului dintr-o bucată veche de lemn este de 0,0416 ori masa acelui izotop la plantele vii. Câți ani are această bucată de lemn? Timpul de înjumătățire al izotopului este de 5570 de ani.

atunci masa se modifică după aceeași lege ca și concentrația

m(t) = m 0 . (1)

Să exprimăm din ecuația (1) necunoscuta t.

Pământul și atmosfera sa sunt expuse constant bombardamentelor radioactive de către fluxuri de particule elementare din spațiul interstelar. Pătrunzând în atmosfera superioară, particulele despart atomii de acolo, eliberând protoni și neutroni, precum și structuri atomice mai mari. Atomii de azot din aer absorb neutronii și eliberează protoni. Acești atomi au, ca și până acum, o masă de 14, dar au o sarcină pozitivă mai puțin; acum taxa lor este de șase. Astfel, atomul de azot original este transformat într-un izotop radioactiv de carbon:

unde n, N, C și p reprezintă neutroni, azot, carbon și, respectiv, proton.

Formarea nuclizilor de carbon radioactiv din azotul atmosferic sub influența razelor cosmice are loc cu o rată medie de cca. 2,4 at./s pentru fiecare centimetru pătrat al suprafeței pământului. Modificările activității solare pot provoca unele fluctuații ale acestei valori.

Deoarece carbonul-14 este radioactiv, este instabil și se transformă treptat în atomii de azot-14 din care s-a format; în procesul unei astfel de transformări, eliberează un electron - o particulă negativă, ceea ce face posibilă înregistrarea acestui proces în sine.

Formarea atomilor de radiocarbon sub influența razelor cosmice are loc de obicei în straturile superioare ale atmosferei la altitudini de la 8 la 18 km. Ca și carbonul obișnuit, radiocarbonul se oxidează în aer pentru a forma dioxid radioactiv (dioxid de carbon). Sub influența vântului, atmosfera este amestecată constant, iar în cele din urmă dioxidul de carbon radioactiv, format sub influența razelor cosmice, este distribuit uniform în dioxidul de carbon atmosferic. Cu toate acestea, conținutul relativ de radiocarbon 14 C din atmosferă rămâne extrem de scăzut - cca. 1,2ґ10 –12 g per gram de carbon obișnuit 12 C.

Radiocarbonul în organismele vii.

Toate țesuturile vegetale și animale conțin carbon. Plantele îl primesc din atmosferă și, din moment ce animalele mănâncă plante, dioxidul de carbon intră și în corpurile lor indirect. Astfel, razele cosmice sunt sursa de radioactivitate în toate organismele vii.

Moartea privează materia vie de capacitatea de a absorbi radiocarbon. În țesuturile organice moarte, apar modificări interne, inclusiv dezintegrarea atomilor de radiocarbon. În timpul acestui proces, peste 5730 de ani, jumătate din numărul inițial de 14 nuclizi C se transformă în 14 atomi de N Acest interval de timp se numește timp de înjumătățire a 14 C. După un alt timp de înjumătățire, conținutul de 14 nuclizi C este doar. 1/4 din numărul lor inițial, după timpul de înjumătățire al perioadei următoare – 1/8 etc. Ca urmare, conținutul de izotop de 14 C din probă poate fi comparat cu curba de dezintegrare radioactivă și astfel se poate stabili perioada de timp care a trecut de la moartea organismului (excluderea acestuia din ciclul carbonului). Cu toate acestea, pentru o astfel de determinare a vârstei absolute a unei probe, este necesar să presupunem că conținutul inițial de 14 C în organisme în ultimii 50.000 de ani (resursă de datare cu radiocarbon) nu a suferit modificări. De fapt, formarea 14 C sub influența razelor cosmice și absorbția lui de către organisme s-a schimbat oarecum. Ca rezultat, măsurarea conținutului de izotopi de 14 C al unei probe oferă doar o dată aproximativă. Pentru a lua în considerare efectele modificărilor conținutului inițial de 14 C, pot fi utilizate date dendrocronologice privind conținutul de 14 C din inelele copacilor.

Metoda de datare cu radiocarbon a fost propusă de W. Libby (1950). Până în 1960, datarea cu radiocarbon a câștigat o acceptare pe scară largă, laboratoarele de radiocarbon au fost înființate în întreaga lume, iar Libby a primit Premiul Nobel pentru Chimie.

Metodă.

Eșantionul destinat datarii cu radiocarbon trebuie recoltat cu instrumente absolut curate și depozitat uscat într-o pungă de plastic sterilă. Sunt necesare informații exacte despre locația și condițiile de selecție.

O mostră ideală de lemn, cărbune sau țesătură ar trebui să cântărească aproximativ 30 g. Pentru scoici, este de dorit o greutate de 50 g, iar pentru oase - 500 g (cele mai recente tehnici fac totuși posibilă determinarea vârstei din mostre mult mai mici). . Fiecare probă trebuie curățată temeinic de contaminanții mai vechi și tineri care conțin carbon, de exemplu, din rădăcinile plantelor care au crescut mai târziu sau din fragmente de roci carbonatice antice. Pre-curățarea probei este urmată de prelucrare chimică în laborator. O soluție acidă sau alcalină este utilizată pentru a îndepărta mineralele străine care conțin carbon și materia organică solubilă care ar fi putut pătrunde în probă. După aceasta, probele organice sunt arse și cojile sunt dizolvate în acid. Ambele proceduri au ca rezultat eliberarea de dioxid de carbon gazos. Conține tot carbonul din proba purificată și uneori este transformat într-o altă substanță potrivită pentru datarea cu radiocarbon.

Metoda tradițională necesită echipamente mult mai puțin voluminoase. În primul rând, a fost folosit un contor care determina compoziția gazului și era similar în principiu cu un contor Geiger. Contorul a fost umplut cu dioxid de carbon sau alt gaz (metan sau acetilenă) obținut din probă. Orice dezintegrare radioactivă care are loc în interiorul dispozitivului produce un impuls electric slab. Energia radiației de fundal de mediu variază de obicei foarte mult, spre deosebire de radiația cauzată de dezintegrarea de 14 C, a cărei energie este de obicei aproape de limita inferioară a spectrului de fond. Raportul foarte nedorit dintre valorile de fundal și datele de 14 C poate fi îmbunătățit prin izolarea contorului de radiațiile externe. În acest scop, blatul este acoperit cu ecrane din fier sau plumb de înaltă puritate de câțiva centimetri grosime. În plus, pereții contorului însuși sunt protejați de contoare Geiger situate unul lângă celălalt, care, prin întârzierea tuturor radiațiilor cosmice, dezactivează contorul însuși care conține proba pentru aproximativ 0,0001 secunde. Metoda de screening reduce semnalul de fundal la câteva degradari pe minut (o probă de lemn de 3 g datând din secolul al XVIII-lea dă ~ 40 de dezintegrari de 14 C pe minut), ceea ce face posibilă datarea probelor destul de vechi.

Din aproximativ 1965, metoda scintilației lichide a devenit larg răspândită în datare. Acesta transformă gazul carbonic produs din probă într-un lichid care poate fi depozitat și examinat într-un recipient mic de sticlă. La lichid se adaugă o substanță specială - un scintilator - care este încărcat cu energia electronilor eliberați în timpul dezintegrarii radionuclizilor de 14 C. Scintilatorul emite aproape imediat energia acumulată sub formă de flash-uri de unde luminoase. Lumina poate fi captată folosind un tub fotomultiplicator. Un contor de scintilație conține două astfel de tuburi. Un semnal fals poate fi identificat și eliminat deoarece este trimis de un singur receptor. Contoarele moderne de scintilație au radiații de fond foarte scăzute, aproape zero, permițând datarea foarte precisă a probelor de până la 50.000 de ani.

Metoda scintilației necesită o pregătire atentă a probei, deoarece carbonul trebuie transformat în benzen. Procesul începe cu o reacție între dioxidul de carbon și litiul topit pentru a forma carbura de litiu. Apa se adauga putin cate putin in carbura si se dizolva, eliberand acetilena. Acest gaz, care conține tot carbonul din probă, este transformat sub influența unui catalizator într-un lichid transparent - benzen. Următorul lanț de formule chimice arată modul în care carbonul este transferat de la un compus la altul în acest proces:

Toate determinările de vârstă obținute din măsurători de laborator de 14 C se numesc date radiocarbon. Ele sunt date în numărul de ani dinaintea zilei prezente (BP), iar data modernă rotundă (1950 sau 2000) este luată ca punct de plecare. Datele cu radiocarbon sunt întotdeauna date cu o indicație a unei posibile erori statistice (de exemplu, 1760 ± 40 BP).

Aplicație.

De obicei, se folosesc mai multe metode pentru a determina vârsta unui eveniment, mai ales dacă este un eveniment relativ recent. Vârsta unui eșantion mare, bine conservat poate fi determinată în termen de zece ani, dar analiza repetată a probei necesită câteva zile. De obicei rezultatul se obține cu o precizie de 1% din vârsta determinată.

Importanța datării cu radiocarbon crește mai ales în absența oricăror date istorice. În Europa, Africa și Asia, cele mai timpurii urme ale omului primitiv se extind dincolo de limitele de timp ale datării cu radiocarbon, adică. se dovedesc a fi mai vechi de 50.000 de ani. Totuși, etapele inițiale ale organizării societății și primele așezări permanente, precum și apariția orașelor și statelor antice, se încadrează în sfera datarii cu radiocarbon.

Datarea cu radiocarbon a avut un succes deosebit în dezvoltarea unei cronologie pentru multe culturi antice. Datorită acestui fapt, este acum posibil să comparăm cursul dezvoltării culturilor și societăților și să stabilim care grupuri de oameni au fost primele care stăpânesc anumite instrumente, au creat un nou tip de așezare sau au deschis o nouă rută comercială.

Determinarea vârstei prin radiocarbon a devenit universală. După formarea în straturile superioare ale atmosferei, radionuclizii 14 C pătrund în diferite medii. Curenții de aer și turbulențele din atmosfera inferioară asigură distribuția globală a radiocarbonului. Trecând prin curenți de aer peste ocean, 14 C intră mai întâi în stratul de apă de la suprafață, apoi pătrunde în straturile profunde. Pe continente, ploaia și zăpada aduc 14 C la suprafața pământului, unde se acumulează treptat în râuri și lacuri, precum și în ghețari, unde poate persista timp de mii de ani. Studierea concentrațiilor de radiocarbon în aceste medii se adaugă la cunoștințele noastre despre ciclul apei în oceanele lumii și clima din epocile trecute, inclusiv ultima eră glaciară. Datarea cu radiocarbon a rămășițelor copacilor tăiați de un ghețar în avans a arătat că cea mai recentă perioadă rece de pe Pământ s-a încheiat cu aproximativ 11.000 de ani în urmă.

Plantele absorb anual dioxidul de carbon din atmosferă în timpul sezonului de vegetație, iar izotopii 12 C, 13 C și 14 C sunt prezenți în celulele plantelor în aproximativ aceeași proporție cu care sunt prezenți în atmosferă. Atomii 12 C și 13 C sunt conținuți în atmosferă în proporții aproape constante, dar cantitatea de izotop 14 C fluctuează în funcție de intensitatea formării acestuia. Straturile de creștere anuală, numite inele de copac, reflectă aceste diferențe. Secvența continuă de inele anuale ale unui singur copac se poate întinde pe 500 de ani la stejar și peste 2.000 de ani la sequoia și pinul bristlecone. În regiunile muntoase aride din nord-vestul Statelor Unite ale Americii și în mlaștinile de turbă din Irlanda și Germania, au fost descoperite orizonturi cu trunchiuri de copaci morți de diferite vârste. Aceste descoperiri ne permit să combinăm informații despre fluctuațiile concentrației de 14 C din atmosferă de-a lungul a aproape 10.000 de ani. Determinarea corectă a vârstei probelor în timpul cercetărilor de laborator depinde de cunoașterea concentrației de 14 C în timpul vieții organismului. În ultimii 10.000 de ani, astfel de date au fost colectate și sunt prezentate de obicei sub forma unei curbe de calibrare care arată diferența dintre nivelul atmosferei de 14 C în 1950 și în trecut. Discrepanța dintre datele radiocarbon și calibrate nu depășește ±150 de ani pentru intervalul dintre 1950 d.Hr. și 500 î.Hr Pentru vremuri mai vechi, această discrepanță crește și, cu o vârstă de radiocarbon de 6000 de ani, ajunge la 800 de ani. Vezi si ARHEOLOGIE

Nature, 1992, nr. 12, p. 59-65.

Carbon radioactiv

I.Ya.Vasilenko, V.A.Osipov, V.P.Rublevsky

Ivan Yakovlevich Vasilenko, doctor în științe medicale, profesor, laureat al Premiului de Stat al URSS, cercetător principal la Institutul de Biofizică al Ministerului Sănătății al Federației Ruse. Domeniul de interes științific: toxicologia produselor de fisiune nucleară, igiena radiațiilor.

Vyacheslav Aleksandrovich Osipov, candidat la științe medicale, cercetător principal la același institut, specialist în toxicologie. El studiază cinetica metabolismului și eficacitatea biologică a radionuclizilor în corpul mamiferelor.

Vladimir Petrovici Rublevsky, candidat la științe tehnice, cercetător principal la același institut. Principalele interese științifice sunt legate de ecologie, protecția mediului și siguranța radiațiilor a energiei nucleare.

DIN TOATE elementele naturale ale tabelului periodic, carbonul joacă un rol special - formează baza structurală a compușilor organici, inclusiv a celor care fac parte din organismele vii.

Carbonul natural este un amestec de doi izotopi stabili: 12 C (98,892%) și 13 C (1,108%). Dintre cei patru izotopi radioactivi (10 C, 11 C, 14 C și 15 C), doar carbonul-14 cu viață lungă (timp de înjumătățire 5730 ani) prezintă interes practic, deoarece participă la ciclul carbonului al biosferei. Acest emițător beta curat, cu energie scăzută, cu o energie maximă a particulelor de 156 keV, este clasificat ca radionuclid global. Se formează atât în condiții naturale, cât și artificiale, ca urmare a mai multor reacții nucleare. O creștere a concentrației de 14 C antropic în mediul extern, iar sursele sale sunt exploziile nucleare și emisiile de la centralele nucleare) reprezintă o problemă majoră de igienă și mediu.

SURSE DE RADIOCARBURI

Nuclidul natural se formează în principal prin interacțiunea neutronilor secundari din radiația cosmică cu nucleele de azot din straturile superioare ale atmosferei conform reacției 14 N (n, p) 14 C. Rolul altor reacții este 15 N (n, a) 14 C; 160 (p, Zr) 14C; 17O (n,a) 14C; 13 C (n.у) 14 C - în formarea carbonului natural-14 este nesemnificativ datorită secțiunilor transversale mici de interacțiune și conținutului scăzut al nucleelor acestor izotopi în amestecul natural de elemente.

Rata medie de formare a acestui nuclid în atmosferă (în principal în stratosferă) este de 2,28 atomi/s per 1 cm2 de suprafață terestră, ceea ce este de 9,7 x 10\23 atomi/zi. După masă este de aproximativ 22,5 g/zi, iar după activitate este de aproximativ 2,8 TBq/zi sau 1 PBq/an. Conținutul mediu de nuclizi naturali din atmosferă și biosferă rămâne constant: 227 ± 1 Bq/kg carbon.

Carbonul anthro-hygean-14 se formează în principal ca carbonul natural, adică. neutronii (produși în cantități mari în timpul exploziei bombelor nucleare) sunt absorbiți de nucleele de azot-14. Cantitatea de nuclizi depinde de tipul bombei (atomice sau termonucleare), de proiectarea acesteia (materialele utilizate) și de putere (densitatea fluxului de neutroni). Randamentul de 14 C în timpul exploziilor pentru reacția de sinteză este considerat a fi de 0,65 PBq/Mt, pentru reacția de fisiune este de aproape cinci ori mai mic (0,12 PBq/Mt). Se estimează că 249,2 PBq de carbon-14 au fost produse între explozia primei bombe atomice în 1945 și 1980 (Tabelul 1).

Din 1981, testarea armelor nucleare în atmosferă s-a oprit, iar întreprinderile ciclului combustibilului nuclear s-au dovedit a fi singura sursă puternică de nuclizi antropici care poate influența semnificativ creșterea concentrației sale în atmosfera și biosfera Pământului. Acest nuclid se formează în miezul reactoarelor nucleare de orice tip, unde există fluxuri puternice de neutroni care interacționează cu materialele structurilor reactorului, cu substanța de răcire, moderator, combustibil și impuritățile prezente în acestea: 14 N (p, p) 14°C; 17 O (n.a) 14 C; 13 C (n.y) 14 C; 235 U (n.f) 14 C (fisiunea ternară a uraniului-235 în combustibil).

În funcție de tipul și caracteristicile de proiectare ale reactorului, contribuția fiecăreia dintre aceste reacții la formarea nuclidului poate varia foarte semnificativ. Conform calculelor, randamentul său specific la iradierea cu neutroni termici a anumitor substanțe utilizate ca moderator sau lichid de răcire pentru reacția (n,p) în azot gazos și aer este cu aproximativ patru ordine de mărime mai mare decât pentru reacția (n,a). în apă, dioxid de carbon gazos sau oxigen din aer datorită secțiunii transversale mari pentru interacțiunea neutronilor termici cu nucleele de azot (a = 1750 mbarn) și conținutului său ridicat în aer (78%). Randamentul de 14C prin reacția (n,y) în grafit, detolilmetan, motorină și terfenil este încă cu un ordin de mărime mai mic decât prin reacția (n,a).

Viteza de formare a carbonului-14 în combustibil depinde în principal de concentrația de impurități de azot: la conținutul său obișnuit (0,001-0,002%), viteza este de aproximativ 0,4-2,5 TBq/(GW/an), iar apa din Lichidul de răcire moderator conține 0,2-0,5 TBq/(GWe/an).

Centralele nucleare care funcționează din fosta URSS folosesc în principal reactoare cu apă sub presiune (VVER-440 și VVER-1000), reactoare cu apă-grafit (RBMK-1000 și RBMK-1500) și reactoare cu neutroni rapidi (BN-350 și BN-600). . Primul și al treilea reactor sunt similare cu tipurile corespunzătoare de reactoare străine (PWR și PBR) în ceea ce privește viteza de generare a 14 C și eliberarea acestuia în mediu.

Reactoarele RBMK cu apă clocotită sub presiune ca lichid de răcire și grafit ca moderator nu au analogi în practica de construcție a reactoarelor străine. Caracteristica lor principală este prezența unei cantități mari de azot în miez, folosit într-un amestec cu heliu pentru a răci moderatorul și o masă mare de carbon în moderatorul însuși. Aceasta duce la o rată de generare mai mare de 14 C până la o valoare de 2-3 TBq/ (GWe/an), care este cu aproximativ un ordin de mărime mai mare decât în reactoarele de tip VVER.

Carbonul-14, format în lichidul de răcire și moderator, este eliberat parțial sau complet în mediu sub formă de aerosoli de gaz și din combustibilul reactorului - cu deșeuri radioactive din instalațiile de procesare (regenerare).

MIGRAȚIA ÎN MEDIUL EXTERN

Radiocarbonul este extrem de mobil. Din locurile de emisie ca urmare a proceselor atmosferice, nuclidul este transportat pe distanțe lungi și, oxidându-se la 14 CO2, intră în ciclul natural al carbonului.

Se știe că tot carbonul terestru este concentrat în două bazine - „sedimentar” și „de schimb”. Carbonul din primul bazin (carbonul organic și anorganic al rocilor sedimentare, cărbunele, petrolul și alte fosile) practic nu participă la procesele metabolice naturale, intră în ciclu numai după arderea combustibilului organic. Carbonul celui de-al doilea bazin, care conține aproximativ 0,17% din cantitatea totală de carbon terestră și mai mult de 90% din acesta se află în apele adânci ale Oceanului Mondial, participă la ciclul prin rezervoarele sale individuale: atmosfera, biosfera. , hidrosferă etc.

Model global circulaţie carbon-14 care intră în atmosferă cu emisii de la întreprinderile din ciclul combustibilului nuclear (1) și deversări (2). Coeficienții de schimb sunt dați în rel. unități/an

Ciclul carbonului în natură constă din două cicluri, paralele în părțile terestre și marine ale biosferei și conectate prin atmosferă. Dintre numeroasele modele care descriu comportamentul carbonului în bazinul „de schimb”, SCEAR utilizează pentru calcule modelul cu 8 rezervoare, care ia în considerare toate procesele principale care au loc în ciclul natural al carbonului al Pământului.

Rata schimbului de carbon între rezervoarele bazinului „de schimb” este diferită: timpul mediu de rezidență al unei molecule de CO2 în atmosferă înainte de a trece în apa oceanului este de câțiva ani, de la adâncimea sa până la atmosferă - până la câteva sute de ani , și de la rocile sedimentare la atmosferă chiar și câteva milioane de ani. Astfel, rocile sedimentare sunt ca un „mormânt” pentru radiocarbon (natural și artificial), în care practic se dezintegrează și părăsește ciclul natural.

CINETICA SCHIMBULUI

Carbonul-14, oxidat în mediul extern la 14 CO2, se acumulează în plante prin fotosinteză (în cantități mici este absorbit și din sol), apoi trece prin lanțul trofic către animale și oameni. Coeficientul de tranziție în lanțul „carbon atmosferic - carbon vegetal” este egal cu unu, iar echilibrul este stabilit în două până la trei luni În timpul testării intensive a armelor nucleare (1963-1964), conținutul de 14 C în produsele vegetale, lapte și. carnea a crescut de aproximativ două ori față de fondul natural. Rețineți că perioada de jumătate de purificare pentru produsele alimentare este de aproximativ șase ani.

Radiocarbonul intră în corpul uman sub formă de diverși compuși organici și anorganici, în principal în compoziția carbohidraților, proteinelor și grăsimilor. Aportul aerogen este nesemnificativ - doar 1% din aportul alimentar. Pentru a înțelege ce efect are asupra organismului. 14 C, venind sub formă de compuși organici și anorganici, am studiat cinetica metabolismului în experimente pe șobolani. S-a dovedit că schimbul de compuși anorganici (Ha2 14 CO3, NaH 14 CO3, K2 14 CO3) se caracterizează prin intensitate ridicată; radiocarbonul este detectat în sângele animalelor din primele minute de intrare în organism, după 15 minute. continutul acestuia ajunge la maximum cateva procente din cantitatea administrata. Prin formarea de compuși fragili de bicarbonat în sânge, radiocarbonul este eliminat rapid. Doar o mică parte din cantitatea administrată de nuclizi se acumulează în organe și țesuturi și este distribuită destul de uniform: mai întâi în ficat, rinichi, splină și apoi în țesutul osos și adipos. La aport prelungit, activitatea nuclidului se acumulează lent - de la 1,7% în a doua zi la 7,7 în a 32-a din cantitatea zilnică de Na2 14 CO3 administrată. Se poate presupune că până la sfârșitul lunii de experimente se stabilește o stare de echilibru între aportul de nuclid și conținutul acestuia în corpul șobolanilor, cu raportul de acumulare aproximativ egal cu 0,07.

În experimentele care studiază schimbul de 14 C sub formă de compuși organici, am folosit glucoză care conține nuclizi, acid succinic, glicină, valină, triptofan, glicerină, acizi palmitic și stearic, alcooli metilici și etilici, adică compuși incluși în cele mai multe. clase importante: carbohidrați, proteine, grăsimi și alcooli. După ce au pătruns în organism, compușii cu molecule înalte sunt descompuși în compuși cu molecule scăzute, al căror carbon este în cele din urmă oxidat în dioxid de carbon. În același timp, sunt sintetizați aminoacizi, acizi grași, hexoze și alți metaboliți importanți, utilizați de organism ca energie și material plastic. Astfel, radionuclidul pătrunde în toate structurile și țesuturile organismelor vii.

Dinamica acumulării sale în timpul aportului cronic sub formă de compuși organici depinde de forma compusului. Conținutul de echilibru al 14 C-glucoză apare până la sfârșitul celei de-a treia luni (factorul de acumulare este de trei), 14 C-glicină și 14 C-acid palmitic - până la sfârșitul celei de-a patra (factorul de acumulare este 12 și 13, respectiv).

Rata de eliminare a nuclizilor compușilor organici din organism depinde într-o anumită măsură și de clasa lor: nuclizii carbohidrați sunt eliminați mai intens decât cei primiți sub formă de aminoacizi și acizi grași, iar cei introduși ca parte a alcoolilor sunt reținuți. mai mult decât „carbohidrații”. În timp, rata de eliminare încetinește treptat, aparent datorită faptului că nuclidul care intră în organism este folosit ca material plastic. Radiocarbonul este excretat în principal prin sistemul respirator, cu atât mai puțin prin rinichi și intestine, iar raportul depinde și de forma compusului.

Se știe că metaboliții finali ai carbohidraților, grăsimilor și alcoolilor sunt dioxidul de carbon și apa, iar proteinele sunt și ureea, acidul uric, creatinina (acestea din urmă sunt excretate din organism prin rinichi și intestine). O parte din nuclidul alcoolic este expirat neschimbat.

Am folosit rezultatele studiilor pe șobolani pentru a evalua metabolismul carbonului-14 care intră în corpul uman cu alimente. Deoarece dieta standard a unui adult include aproximativ 500 g de carbohidrați, 100 g de grăsimi și proteine, iar ponderea carbonului în acestea este de 50, 75 și, respectiv, 54%, atunci primim aproximativ 70, 20 și 10% carbon. pe zi din alimente.

Dacă luăm în considerare faptul că multiplicitatea acumulării nuclidului furnizat ca parte a acestor compuși este egală cu 15, 65 și 60, atunci într-o dietă standard va fi de aproximativ 31. Această valoare este apropiată de multiplicitatea acumulării de stabil. carbon și nuclizi de origine naturală la om. Debutul unei stări de echilibru va fi determinat de radiocarbonul furnizat cu grăsimi și proteine și, ținând cont de diferențele de intensitate a metabolismului la șobolani și la om, ne putem aștepta ca la acesta din urmă să apară la aproximativ 1,5 ani după începutul nuclidului care pătrunde în corp.

Astfel, schimbul de radiocarbon depinde de forma compusului său, care afectează valorile dozelor de radiații interne generate (Tabelul 2). Dozele absorbite de substanțe organice care îl conțin din momentul intrării în organism și până la formarea metaboliților finali nu sunt aceleași: din cauza diferențelor în metabolismul lor, dar în medie sunt de zeci până la sute de ori mai mari decât cele anorganice. Caracteristicile metabolice ale diferiților compuși radiocarboni afectează, de asemenea, toxicitatea acestora.

ACȚIUNEA BIOLOGICĂ

Efectul radiațiilor, după cum se știe, depinde de mărimea dozei absorbite, de puterea acesteia, de volumul țesuturilor și organelor iradiate și de tipul de radiație. Efectul dăunător se bazează pe un complex de procese interconectate și interdependente - ionizarea și excitarea atomilor și moleculelor dau naștere la formarea de radicali foarte activi care interacționează cu diferite structuri biologice ale celulelor. Este important transferul intra și intermolecular al energiei de excitație, precum și posibila rupere a legăturilor din molecule datorită acțiunii directe a radiațiilor. Procesele fizico-chimice care apar în stadiul inițial sunt considerate a fi primare, de pornire. Dezvoltarea ulterioară a leziunilor cauzate de radiații se manifestă prin disfuncția organelor și a sistemelor acestora.

Un pericol deosebit sunt radionuclizii, care, acumulându-se în organe și țesuturi, devin o sursă de radiații interne pe termen lung. Natura sa depinde de proprietățile fizico-chimice ale radionuclizilor, printre acestea, după cum s-a menționat, carbonul-14 ocupă un loc special, deoarece este un izotop al elementului biogenic principal. Efectul său biologic este asociat nu numai cu radiațiile, ci și cu efectele de transmutare care apar atunci când 14 atomi de C sunt convertiți în atomi de 14 N ca urmare a dezintegrarii beta. Aceste procese pot deveni deosebit de periculoase atunci când radiocarbonul este inclus în ADN-ul și ARN-ul celulele germinale, deoarece chiar și un singur act de degradare a acesteia duc la mutații punctuale care nu pot fi eliminate de organism.

Mulți experți consideră că eficacitatea biologică a nuclidului ar trebui să crească semnificativ datorită efectului de transmutare. Dar rezultatele experimentelor s-au dovedit a fi contradictorii. Valoarea eficacității biologice relative a 14 C, stabilită de diverși cercetători7 în ceea ce privește mutațiile genelor (fagi, drojdie, Drosophila), aberații cromozomiale (rădăcini de ceapă și muguri de fasole) și moartea celulelor reproductive (cultură de țesuturi și bacterii), variază de la 1 la 20. Aparent, acest lucru se datorează condițiilor experimentale diferite, unei varietăți de teste și condiții de iradiere. Nu cunoaștem materiale de cercetare privind animalele cu sânge cald.

Am studiat efectele biologice ale dozelor acute de radiocarbon asupra șoarecilor folosind compuși organici care pot simula aportul de nuclid în proteine (14 C-glicină), grăsimi (14 C-acid stearic), precum și 14 C-acid succinic, un compus format în organism ca urmare a oxidării carbohidraților, proteinelor și grăsimilor (adică a tuturor alimentelor de bază) și transformărilor lor reciproce în celule. Starea animalelor a fost evaluată prin parametri clinici, hematologici, fiziologici, biochimici, imunologici și patologici.

Iradierea animalelor a fost pe termen lung și relativ uniformă. Diferența de doze absorbite (au fost evaluate în funcție de studii radiometrice speciale) în organe și țesuturi, cu excepția grăsimii, ale căror doze de radiații au fost de aproximativ două până la trei ori mai mari decât țesutul mediu, nu a depășit 1,5. Până la sfârșitul primei luni, dozele erau de aproximativ 50% complete și în decurs de trei până la șase luni (în funcție de compus) - 90% complete. Caracteristicile remarcate ale iradierii sunt de o importanță fundamentală în evaluarea eficacității biologice a radiocarbonului, care se caracterizează printr-o radiotoxicitate relativ scăzută, determinată de forma compusului. Pentru glicină, doza care provoacă moartea a 50% dintre animale în 30 de zile (SD 50/30) este de 6,3 MBq/g greutate corporală. Până la moartea a 50% dintre șoareci (speranța medie de viață 17,5 ± ± 1,5 zile), doza medie de țesut a fost de 8-1 Gy la o rată de 0,08-0,02 cGy/min. Leziunile grave de radiații la șoareci cu rezultate fatale în timpul primei luni cu introducerea acidului 14 C-stearic (2,2 MBq/g) sunt asociate cu faptul că se formează doze mai mari de radiații interne pe unitatea de activitate administrată.

Pe baza rezultatelor studiilor privind efectul biologic al 14 C-glicinei, ținând cont de caracteristicile metabolismului și de valorile generate ale dozelor absorbite pe unitatea de activitate administrată, am evaluat toxicitatea altor compuși cu radiocarbon. S-a dovedit că toxicitatea 14 C-carbonatului și a bicarbonatului de sodiu este de 130 de ori mai mică decât 14 C-glicină, 14 C-potasiu și carbonați de calciu - de 85 și, respectiv, de 30 de ori, 14 C-glucoză, 14 C-glucozamină și 14 Acid C-succinic - aproximativ de patru ori, 14 C-valină, 14 C-etil și 14 C-metil alcooli - aproape la fel ca toxicitatea 14 C-glicină și 14 C-triptofan și 14 C-acid palmitic - de aproximativ patru până la cinci ori mai mare. Ținând cont de conținutul de carbohidrați, proteine și grăsimi din dieta zilnică a șoarecilor, am calculat că doza de nuclid care provoacă moartea a 50% dintre animale în 30 de zile este aproximativ egală cu 15 MBq/g greutate corporală.

Conținutul de radiocarbon în organismul șobolanilor după o singură administrare sub formă de: 14C-bicarbonat de sodiu (1), 14C-carbonat de sodiu (2), potasiu (3); și calciu (4); Acid 14C-succinic (5), 14C-glucozamină (6), 14C-glucoză (7), 14C-etil (8) și alcooli metilici (9), 14C-valină (10), 14C- glicerol (11), acid 14C-stearic (12), 14C-glicină (13), 14C-triptofan (14) și acid 14C-palmitic (15).

În cursul clinic al leziunilor acute de la nuclizi aprovizionați cu alimente, nu au existat diferențe semnificative față de boala de radiații cauzată de iradierea externă gamma, de asemenea, s-au distins perioade binecunoscute: manifestări latente, pronunțate ale bolii și recuperare (recuperarea sau tranziția; boala la o formă cronică). Modificările parametrilor sanguini, după care se apreciază de obicei severitatea bolii, au fost tipice, tulburările metabolice s-au manifestat în obezitatea animalelor, iar efectul blastomogen (producător de tumori) al nuclidului a fost clar înregistrat. Cu leziuni acute, ei au pierdut brusc în greutate și au murit pe fondul leucopeniei profunde (conținut scăzut de leucocite în sângele periferic). Leziunile severe și moderate au devenit cronice, iar hemoleucograma și-a revenit încet. Recuperarea a durat foarte mult. Speranța de viață (în funcție de severitatea leziunii) a fost semnificativ mai mică decât cea a șoarecilor martor.

Conceptul de acțiune fără prag a radiațiilor ionizante a ridicat problema dozelor mici. Pericolul dozelor la nivelul radiațiilor naturale este asociat în principal cu inducerea mutațiilor (numărul acestora este determinat de mărimea dozei absorbite) în somatice: » celule sexuale. Mutațiile în celulele somatice duc la creșterea neoplasmelor maligne și a altor tulburări, în celulele reproductive - la scăderea funcției de reproducere, abaterea dezvoltării normale și a bolilor ereditare. Când sunt expuse la doze mici, sunt posibile tulburări cu evoluție lentă, cu o mare variație individuală, în funcție de starea inițială a organismului și de caracteristicile sale ereditare.

Am studiat efectul biologic al dozelor mici de carbon-14 în condiții de aport cronic în experimente pe șobolani. Animalele din opt grupuri au primit-o zilnic cu apă de băut sub formă de glucoză 14C pe tot parcursul vieții în cantitate de 92,5; 18,3; 13; 1,9; 1,3; 0,2; 0,1 și 0,01 kBq/g greutate corporală. Dozele medii absorbite în țesut au fost 233; 47; 11,5; 1; 0,5; 0,1 și 0,01 mGy pe an. Starea șobolanilor a fost evaluată prin parametri clinici, hematologici, fiziologici, biochimici, imunologici și morfologici.

În perioada inițială, starea animalelor experimentale și de control nu a diferit semnificativ, dar ulterior au fost relevate modificări funcționale care pot fi evaluate ca reacție la iradiere. Și la sfârșitul experimentelor (în principal în primele trei grupe), a fost descoperită patologia morfologică la plămâni, rinichi și ficat, iar funcția reproductivă a scăzut. Aparent, în perioada inițială, organismul reușește să compenseze încălcările, dar apoi, pe măsură ce daunele radiațiilor se acumulează, insuficiența mecanismelor de reparare și a reacțiilor adaptative îl afectează. Ca urmare, rezistența organismului la alți factori negativi de mediu și speranța de viață sunt reduse.

Starea șobolanilor iradiați cu doze mai mici (grupele patru până la opt) a rămas fără modificări semnificative pe parcursul întregului experiment, deși a existat o tendință spre apariția mai timpurie a tumorilor glandelor mamare în comparație cu animalele martor. Cu toate acestea, diferențele cantitative s-au dovedit a fi nesemnificative din punct de vedere statistic.

Am studiat efectele genetice ale radiocarbonului (împreună cu angajații Institutului de Genetică Generală al Academiei Ruse de Științe V.A. Shevchenko, M.D. Pomerantseva și L.K. Ramaya) în diferite stadii de spermatogeneză la șoareci cu administrare unică, pe termen lung și cronică de 14 C-glucoză la bărbați. La trei luni după o singură injecție a nuclidului, doza de radiații a fost de 0,22; 0,5; și 1,01 Gy, cu termen lung - 0,74 și 1,47 (până la sfârșitul experimentului) și cronice - 0,066 și 0,013 Gy/an.

Am comparat frecvența mutațiilor letale dominante în celulele germinale post- și pre-meiotice, frecvența translocațiilor reciproce (schimbul a două secțiuni între cromozomi omologi) în spermatogonie și frecvența capetelor anormale de spermatozoizi cu aceiași indicatori sub influența externă. radiații gama. S-a dovedit că eficiența genetică relativă a radiocarbonului este de aproximativ 1-2, iar consecințele transmutației nu sunt detectate - aparent, 14 C-glucoza nu pătrunde în ADN-ul celulelor germinale. Concluziile noastre nu ar trebui considerate definitive efectul radiațiilor asupra unui organism viu necesită multe studii speciale.

Deci, avem câteva rezultate experimentale privind efectele diferitelor doze de radiocarbon asupra animalelor. Este posibil pe baza acestui fapt să se estimeze consecințele somatice și genetice în populația umană pe măsură ce concentrația nuclidului crește? Am încercat să facem acest lucru (Tabelul 3), ținând cont că odată cu poluarea globală continuă a mediului prin radiocarbon, se stabilește echilibrul în lanțul „atmosferă – hrană – oameni” cu un coeficient de discriminare în întregul lanț egal cu 1;

testele nucleare în atmosferă au fost oprite;

există o relație liniară non-prag doză/efect.

Cu o eficiență genetică a nuclidului egală cu 1 (fără transmutări), ne putem aștepta ca numărul de boli oncogene fatale la o populație de 106 persoane și la 106 nou-născuți cu iradiere la o doză de 106 persoane-Gy să fie 124, respectiv 40 de cazuri. Pentru comparație, remarcăm: mortalitatea prin neoplasme de diverse etiologii și localizări (fără a ține cont de efectele radiațiilor ionizante) ajunge la 1500-2000 de cazuri pe an la aceeași populație de oameni, iar frecvența naturală a tulburărilor genetice este de 60 de mii de cazuri. la 10 milioane de copii, cu 16 mii - defecte grave.

Deci, toți reprezentanții lumii vegetale și animale sunt expuși la efectele radionuclidului global - carbon-14. Este posibil ca în ecosisteme să existe obiecte mai puțin stabile decât oamenii, prin urmare o creștere a concentrației de radiocarbon în mediul extern reprezintă nu doar o problemă de igienă, ci și o problemă de mediu... Absența unei încărcături genetice evidente ca urmare a iradierii cu radiocarbon natural este aparent asociată cu producerea în timpul evoluției unor mecanisme de protecție care elimină daune mutaționale în diferite stadii de dezvoltare a organismelor. Dar, odată cu creșterea dozelor de radiații, este posibil ca aceste mecanisme să nu fie suficient de eficiente.

1. Bylkin B.K., Rublevsky V.P., Khrulev A.A., Tishchenko V.A. // Atom. echipamente în străinătate. 1988. Nr 1. P. 17-20. 2. Rublevsky V. P., Golenetsky S. P., K i r d i n G. S. Carbon radioactiv în biosferă. M., 1979.

3. Bolin B. Ciclul carbonului // Biosfera. M., 1982. S. 91--104.

4. Broeker W. S., WaHon A.//Science. 1959. V. 130. N 3371. P. 309-314.

5. Vasilenko I. Ya., Bugryshee P. F., Istomina A. G., Turova V. I. // Jurnal. igiena, epidemiologie, microbiologie si imunologie (Praga). 1982. Problema. 26. Nr 1. P. 18-27.

6. Vasilenko I. Ya., O s i 11 o in V. A., L i g i n s k a ya A. M. et al. Cinetica metabolică și efectele biologice ale carbonului radioactiv (^C). Pre-tipărire TsNIIatominform-ON-4-88. M., 1988. p. 28-29.

7. Vezi, de exemplu; Kuzin A. M., Isaev B. M., Khvostov B. M. și colab. Eficiența acțiunii biologice a IgC atunci când sunt incluse în structurile vii // Genetica radiațiilor. M., 1962. P.267-273; Kuzin A. M., Glembotsky Ya L., L v p k i n A.//Radiobiology. 1964. T. 4. Nr. 6. P. 804-809; Aleksandrov S.N., P despre p despre în D.K., Strelnikova N.K.//Igienă și salubritate. 1971. Nr. 3. P. 63-66; Apelgot S. Effect lеtal de la dеsintеgration d "atomes radioacfivs [ "H, "C, "Pi incorpores dons Lactous//Biological effects of transmutation and decay of incorporated radioiiotops. Viena, 1968. P. 147-163.

Ar putea fi util să citiți: