Kr kvantna mehanika. Zakon radioaktivnega razpada

120. Pri razpadu 94 Pu 239 → 92 U 235 + 2 He 4 se sprosti energija, katere večina predstavlja kinetična energija delcev α. 0,09 meV odnesejo žarki γ, ki jih oddajajo uranova jedra. Določite hitrost α-delcev, m P u =±239,05122 amu, m U =235,04299 amu, m A,=4,00260 amu.

121. Med cepitvenim procesom uranovo jedro razpade na dva dela, katerih skupna masa je manjša od začetne mase jedra za približno 0,2 mase mirovanja enega protona. Koliko energije se sprosti pri cepitvi enega uranovega jedra?

123. Določite število atomov urana 92 U 238, ki so razpadli med letom, če je začetna masa urana 1 kg. Izračunajte razpadno konstanto urana.

124. Izračunajte število atomov radona, ki so razpadli v prvem dnevu, če je začetna masa radona 1 g. Izračunajte razpadno konstanto urana.

125. V človeškem telesu je 0,36 mase kalija. Radioaktivni izotop kalija 19 K 40 predstavlja 0,012 % celotne mase kalija. Kakšna je aktivnost kalija, če oseba tehta 75 kg? Njegova razpolovna doba je 1,42 * 10 8 let.

126. Na tehtnici leži 100 g radioaktivne snovi. Po koliko dneh bo tehtnica z občutljivostjo 0,01 g pokazala odsotnost radioaktivne snovi? Razpolovna doba snovi je 2 dni.

127. V dveh dneh se je radioaktivnost radonskega pripravka zmanjšala za 1,45-krat. Določite razpolovno dobo.

128. Določite število radioaktivnih jeder v sveže pripravljenem pripravku 53 J 131, če je znano, da je po enem dnevu njegova aktivnost postala 0,20 Curieja. Razpolovna doba joda je 8 dni.

129. Relativni delež radioaktivnega ogljika 6 C 14 v starem kosu lesa je 0,0416 njegovega deleža v živih rastlinah. Koliko je star ta kos lesa? Razpolovna doba 6 C 14 je 5570 let.

130. Ugotovljeno je bilo, da se v radioaktivnem pripravku zgodi 6,4 * 10 8 jedrskih razpadov na minuto. Določite aktivnost tega zdravila.

131. Kolikšen delež od začetnega števila jeder 38 Sg 90 ostane po 10 in 100 letih, razpade v enem dnevu, v 15 letih? Razpolovna doba 28 let

132. Obstaja 26 * 10 6 atomov radija, koliko jih bo radioaktivno razpadlo v enem dnevu, če je razpolovna doba radija 1620 let?

133. Kapsula vsebuje 0,16 mol izotopa 94 Pu 238. Njegova razpolovna doba je 2,44*10 4 leta. Določite aktivnost plutonija.

134 Obstaja pripravek urana z aktivnostjo 20,7 * 10 6 disperzije/s. Določite maso izotopa 92 U 235 v pripravku z razpolovno dobo 7,1 * 10 8 let.

135. Kako se bo aktivnost kobaltovega zdravila spremenila v 3 letih? Razpolovna doba 5,2 leta.

136. Svinčena kapsula vsebuje 4,5 * 10 18 atomov radija. Določite aktivnost radija, če je njegova razpolovna doba 1620 let.

137. Koliko časa traja, da razpade 80 % atomov radioaktivnega izotopa kroma 24 Cr 51, če je njegova razpolovna doba 27,8 dni?

138. Masa radioaktivnega izotopa natrija 11 Na 25 je 0,248*10 -8 kg. Razpolovna doba 62 s. Kakšna je začetna aktivnost zdravila in kakšna je aktivnost po 10 minutah?

139. Koliko radioaktivne snovi ostane po enem ali dveh dneh, če je je bilo najprej 0,1 kg? Razpolovna doba snovi je 2 dni.

140. Aktivnost uranovega pripravka z masnim številom 238 je 2,5 * 10 4 disperzije/s, masa pripravka je 1 g. Poiščite razpolovni čas.

141. Kolikšen delež atomov radioaktivnega izotopa
90 Th 234, katerega razpolovna doba je 24,1 dni, razpade -
v 1 sekundi, v enem dnevu, v mesecu?

142. Kolikšen delež atomov radioaktivnega izotopa ko-
balta razpade v 20 dneh, če je njena razpolovna doba
ja 72 dni?

143 Koliko časa traja, da pripravek s konstantno aktivnostjo 8,3*10 6 razpad/s razpade 25*10 8 jeder?

144. Poiščite aktivnost 1 µg volframa 74 W 185 katerega razpolovna doba je 73 dni

145. Koliko jedrskih razpadov na minuto se zgodi v pripravku, katerega aktivnost je 1,04 * 10 8 disperzije/s?

146. Kolikšen delež začetne količine radioaktivne snovi ostane nerazpadel po 1,5 razpolovnih dobah?

147. Kolikšen delež začetne količine radioaktivnega izotopa razpade med življenjsko dobo tega izotopa?

148. Kakšna je aktivnost radona, ki nastane iz 1 g radija v eni uri? Razpolovna doba radija je 1620 let, radona 3,8 dni.

149. Določeno radioaktivno zdravilo ima razpadno konstanto 1,44*10 -3 h -1. Koliko časa traja, da 70 % prvotnega števila atomov 7 razpade?

150. Poiščite specifično aktivnost umetno pridobljenega radioaktivnega izotopa stroncija 38 Sg 90. Njegova razpolovna doba je 28 let.

151. Ali se lahko silicijevo jedro spremeni v jedro?
aluminij, pri čemer izloči proton? Zakaj?

152. Med obstreljevanjem aluminija 13 Al 27 α -
fosfor 15 P 30 tvorijo delci. Zapišite to reakcijo in
izračunajte sproščeno energijo.

153. Ko proton trči v jedro berilija,
je prišlo do jedrske reakcije 4 Be 9 + 1 P 1 → 3 Li 6 + α. Poiščite reakcijsko energijo.

154. Poiščite povprečno vezno energijo na
na 1 nukleon, v jedrih 3 Li 6, 7 N 14.

155. Ko fluorova jedra bombardiramo z 9 protoni F 19, nastane kisik x O 16 . Koliko energije se sprosti pri tej reakciji in kakšna jedra nastanejo?

156. Poiščite energijo, ki se sprosti pri naslednji jedrski reakciji 4 Ве 9 + 1 Н 2 → 5 В 10 + 0 n 1

157. Izotop radija z masnim številom 226 se je spremenil v izotop svinca z masnim številom 206. Koliko α in β razpadov je prišlo v tem primeru?

158. Podani so začetni in končni elementi štirih radioaktivnih družin:

92 U 238 → 82 Pb 206

90 Th 232 → 82 Pb 207

92 U 235 → 82 Pb 207

95 Am 241 → 83 Bi 209

Koliko transformacij α in β se je zgodilo v vsaki družini?

159. Poiščite vezno energijo na nukleon v jedru atoma kisika 8 O 16.

160. Poiščite energijo, ki se sprosti med jedrsko reakcijo:

1 H 2 + 1 H 2 → 1 H 1 + 1 H 3

161. Kolikšna energija se bo sprostila, ko iz protonov in nevtronov nastane 1 g helija 2 He 4?

162. V kaj se spremeni torijev izotop 90 Th 234, katerega jedra so podvržena trem zaporednim α-razpadom?

163. Dopolni jedrske reakcije:

h Li b + 1 P 1 →?+ 2 He 4;

13 A1 27 + o n 1 →?+ 2 Ne 4

164. Jedro urana 92 U 235, ki je enkrat zajelo en nevtron
razcepi na dva fragmenta, pri čemer se sprostita dva nevtrona. Izkazalo se je, da je eden od fragmentov ksenonsko jedro 54 Xe 140. Kaj je drugi drobec? Napiši reakcijsko enačbo.

165. Izračunajte vezno energijo helijevega jedra 2 He 3.

166. Poiščite energijo, ki se sprosti med jedrsko reakcijo:

20 Ca 44 + 1 P 1 → 19 K 41 +α

167. V naslednje vpiši manjkajoče simbole
običajne jedrske reakcije:

1 Р 1 →α+ 11 Nа 22

13 Al 27 + 0 p 1 →α+...

168. Določite specifično vezavno energijo tritina,

169. Sprememba mase med nastankom jedra 7 N 15
je enako 0,12396 a.m. Določite maso atoma

170 Poiščite vezno energijo jeder 1 H 3 in 2 He 4. Katero od teh jeder je najbolj stabilno?

171 Ko litij 3 Li 7 obstreljujemo s protoni, dobimo helij. Zapišite to reakcijo. Koliko energije se sprosti pri tej reakciji?

172. Poiščite energijo, absorbirano med reakcijo:

7 N 14 + 2 He 4 → 1 P 1 + ?

173. Izračunajte vezno energijo helijevega jedra 2 He 4.

174. Poiščite energijo, ki se sprosti pri naslednji jedrski reakciji:

3 Li 7 + 2 He 4 → 5 V 10 + o n 1

175. Dopolni jedrske reakcije:

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

176. Poiščite energijo, ki se sprosti med naslednjim
jedrska reakcija.

з Li 6 + 1 Н 2 →2α

177. Jedra izotopa 90 Th 232 prestanejo α razpad, dva β razpada in še en α razpad. Katera jedra dobite po tem?

178 Določite vezno energijo devterijevega jedra.

179. Jedro izotopa 83 Bi 211 je bilo pridobljeno iz drugega jedra po enem α-razpadu in enem β-razpadu. Kakšno jedro je to?

180. Kateri izotop nastane iz radioaktivnega torija 90 Th 232 kot posledica 4 α-razpadov in 2 β-razpadov?

181. V radioaktivnem zdravilu z razpadno konstanto λ=0,0546 let -1 je razpadlo do=36,36 % jeder od njihovega prvotnega števila. Določite razpolovno dobo, povprečno življenjsko dobo. Koliko časa je trajalo, da so jedra razpadla?

182. Razpolovna doba radioaktivne snovi je 86 let. Koliko časa bo trajalo, da razpade 43,12 % prvotnega števila jeder? Določite konstanto upadanja λ in povprečno življenjsko dobo radioaktivnega jedra.

183. V enem letu je razpadlo 64,46 % jeder njihove prvotne količine radioaktivnega zdravila. Določite povprečno življenjsko dobo in razpolovno dobo.

184. Povprečna življenjska doba radioaktivne snovi je τ=8266,6 let. Določite čas, v katerem razpade 51,32 % jeder od njihovega prvotnega števila, razpolovni čas, konstanto razpada.

185. V radioaktivni snovi z razpadno konstanto λ=0,025 let -1 je razpadlo 52,76 % jeder od njihovega prvotnega števila. Kako dolgo je trajal razhod? Kakšna je povprečna življenjska doba jeder?

186. Določite aktivnost mase 0,15 μg z razpolovno dobo 3,8 dni po dveh dneh. Analizirajte odvisnost A =f(t)

187. Razpolovna doba bizmuta (83 Bi 210) je 5
dnevi. Kakšna je aktivnost tega 0,25 mcg zdravila po 24 urah? Predpostavimo, da so vsi atomi izotopa radioaktivni.

188. Izotop 82 Ru 210 ima razpolovno dobo 22 let. Določite aktivnost tega izotopa z maso 0,25 μg po 24 urah?

189. Pretok toplotnih nevtronov skozi aluminij
razdalja d= 79,4 cm, oslabi trikrat. Določite
učinkoviti preseki za reakcijo zajetja nevtronov z atomskim jedrom
ma aluminija: Gostota aluminija ρ=2699 kg/m.

190. Nevtronski tok oslabi za 50-krat po prevoženi razdalji d v plutoniju, katerega gostota je ρ = 19860 kg/m3. Določite d, če je efektivni presek za zajem plutonijevega jedra σ = 1025 barov.

191. Kolikokrat oslabi tok toplotnih nevtronov, ko prepotujejo razdaljo d=6 cm v cirkoniju, če je gostota cirkonija ρ = 6510 kg/m 3, efektivni presek reakcije zajemanja pa je σ = 0,18 barov.

192. Določite aktivnost 85 Ra 228 z razpolovno dobo 6,7 let po 5 letih, če je masa zdravila m = 0,4 μg in so vsi atomi izotopa radioaktivni.

193. Koliko časa je trajalo, da je razpadlo 44,62% prvotnega števila jeder, če je razpolovna doba m=17,6 let. Določite konstanto razpada λ, povprečno življenjsko dobo radioaktivnega jedra.

194. Določite starost arheološke najdbe iz lesa, če je izotopska aktivnost vzorca 80 % vzorca iz svežih rastlin. Razpolovna doba je 5730 let.

195. Tekoči kalij ρ= 800 kg !m oslabi nevtronski tok za polovico. Določite efektivni presek reakcije zajetja nevtronov z jedrom kalijevega atoma, če nevtronski tok v tekočem kaliju prečka razdaljo d = 28,56 cm.

196. Določite starost starodavnega tkiva, če je aktivno
Vsebnost izotopa v vzorcu je 72 % aktivnosti
vzorec svežih rastlin. Razpolovna doba T=5730 let.

197. V celoti zapišite enačbo jedrske reakcije (ρ,α) 22 Na. Določite energijo, ki se sprosti kot posledica jedrske reakcije.

198. Uran, katerega gostota je ρ = 18950 kg/m 2, pri debelini plasti d = 1,88 cm oslabi tok toplotnih nevtronov za 2-krat. Določite efektivni presek reakcije zajetja nevtronov z uranovim jedrom

199. Določite aktivnost izotopa 89 Ac 225 z razpolovno dobo T = 10 dni po času t = 30 dni, če je začetna masa zdravila m = 0,05 μg.

200. Določite starost arheološke najdbe iz lesa, če je aktivnost 6 C 14 vzorca 10 % aktivnosti vzorca iz svežih rastlin. Razpolovna doba T=5730 let.

201. Določite debelino plasti živega srebra, če je nevtronski tok, ki je prešel skozi ta tok, oslabljen za 50-krat, efektivni presek za reakcijo zajemanja nevtronov z jedrom σ = 38 barn, gostota živega srebra ρ = 13546 kg/m 3.

202. Izotop 81 Tℓ 207 ima razpolovno dobo T = 4,8 milijona. Kolikšna je aktivnost tega izotopa z maso 0,16 μg po času t = 5 milijonov radioaktivno.

203. Koliko jeder od začetne količine snovi razpade v 5 letih, če je razpadna konstanta λ = 0,1318 leta -1. Določite razpolovni čas, povprečno življenjsko dobo jeder.

204. Določite aktivnost 87 Fr 221 s težo 0,16 μg z razpolovno dobo T = 4,8 milijona po času t = 5 min. Analiziraj odvisnost aktivnosti od mase (A=f(m)).

205. Razpolovna doba izotopa ogljika 6 C 14 T = 5730 let, aktivnost lesa za izotop 6 C 14 je 0,01 % aktivnosti vzorcev iz svežih rastlin. Določite starost lesa.

206. Nevtronski tok skozi žveplo (ρ = 2000 kg/m 3.)
razdalja d=37,67 cm je oslabljena za 2-krat. Določite
efektivni presek za reakcijo zajemanja nevtronov z atomskim jedrom
ma žveplo.

207. Primerjava delovanja zdravil 89 Ac 227 in 82 Рb 210če so mase zdravila m=0,16 µg, po 25 letih. Razpolovne dobe izotopov so enake in znašajo 21,8 leta.

208. V radioaktivni snovi je v t=300 dneh razpadlo 49,66 % jeder od prvotnega števila. Določite razpadno konstanto, razpolovno dobo in povprečno življenjsko dobo izotopskega jedra.

209. Analizirajte odvisnost aktivnosti radioaktivnega izotopa 89 Ac 225 od mase po t = 30 dneh, če je razpolovna doba T = 10 dni. Vzemite začetno maso izotopa, m 1 = 0,05 μg, m 2 = 0,1 μg, m Z = 0,15 μg.

210. Iridij oslabi tok toplotnih nevtronov v
2-krat. Določite debelino plasti iridija, če je njegova gostota
ity ρ=22400 kg/m 3 in efektivni reakcijski presek za
zajem nevtronov z iridijevim jedrom σ=430 barn

Težave za K.R.N 7 Fizika atomski jedrca

https://pandia.ru/text/78/238/images/image002_132.jpg" width="49" height="28">1. Koliko nukleonov, protonov in nevtronov vsebuje magnezijevo jedro -

https://pandia.ru/text/78/238/images/image004_88.jpg" width="26" height="25 src=">3. Koliko nukleonov, protonov in nevtronov vsebuje jedro urana atom

4 Izotop fosforja "nastane, ko aluminij obstreljujemo z delci alfa. Kateri delec se oddaja med to jedrsko transformacijo? Zapišite jedrsko reakcijo.

https://pandia.ru/text/78/238/images/image007_57.jpg" width="26" height="25">Kisik tvorijo protoni. Katera jedra se tvorijo poleg kisika?

Dušik" href="/text/category/azot/" rel="bookmark">dušik

7. Določite število nukleonov, protonov in nevtronov v jedru natrijevega atoma

8. Dokončajte jedrsko reakcijo: levo">

9. Izračunajte masni defekt, vezno energijo in specifično vezno energijo aluminijevega jedra

https://pandia.ru/text/78/238/images/image013_39.jpg" width="44" height="19">ali se uran pri zaporedni pretvorbi v svinec Pb razpada?

11. Kolikšna je razpolovna doba radioaktivnega elementa, katerega aktivnost se je v 8 dneh zmanjšala za 4-krat?

https://pandia.ru/text/78/238/images/image016_33.jpg" width="28" height="25">Ce v enem letu razpade iz 4,2 1018 atomov, če je razpolovna doba tega izotopa 285 dni?

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

https://pandia.ru/text/78/238/images/image020_19.jpg" width="48" height="26 src=">16. Določite masni defekt, vezavno energijo in specifično vezavno energijo dušikovega jedra

17 V kateri element se spremeni izotop torija po a-razpadu, dveh razpadih in še enem razpadu?

https://pandia.ru/text/78/238/images/image024_31.gif" width="45" height="24">18. Kolikšen delež radioaktivnih jeder določenega elementa razpade v t, enako polovici T polovično življenje?

19 Izotopsko jedro je bilo pridobljeno iz drugega jedra po zaporednih a - in - razpadih. Kakšno jedro je to?

20. Izračunajte masni defekt, vezavno energijo in specifično vezavno energijo ogljikovega jedra

21. Določite moč prve sovjetske jedrske elektrarne, če je bila poraba urana-235 na dan 30 g z izkoristkom 17%. Ko se eno jedro urana razcepi na dva delca, se sprosti 200 MeV energije.

22. Izračunajte, koliko energije se sprosti med termonuklearno reakcijo:

23 Relativni delež radioaktivnega ogljika v starem kosu lesa je 0,6 njegovega deleža v

žive rastline..jpg" width="173" height="25 src=">24. Določite učinkovitost jedrske elektrarne, če je njena moč 3,5 105 kW, dnevna poraba urana 105 g. Upoštevajte, da ko eno uranovo jedro cepi, sprosti 200 MeV energije.

25. Kakšna je izhodna energija naslednje jedrske reakcije: -----

Jedrski reaktorji" href="/text/category/yadernie_reaktori/" rel="bookmark">v jedrskem reaktorju 1 g tega izotopa urana? Koliko premoga je treba zažgati, da dobimo enako količino energije? Specifična zgorevalna toplota premoga je 2,9- 107 J/kg.

28. Določite izhodno energijo naslednje jedrske reakcije:

https://pandia.ru/text/78/238/images/image034_7.jpg" width="36" height="29 src="> je enako 27,8 dni. Po katerem času razpade 80% atomov?

30. Izračunajte izhodno energijo naslednje jedrske reakcije:

31 Jedrska elektrarna z močjo 1000 MW ima 20-odstotni izkoristek. Izračunajte maso urana-235, porabljenega na dan. Upoštevajte, da vsaka cepitev enega uranovega jedra sprosti energijo 200 MeV.

32. Ugotovite, kolikšen delež atomov radioaktivnega izotopa kobalta razpade v 20 dneh, če je njegova razpolovna doba 72 dni.

Radioaktivni razpad je naključen dogodek v "življenju" atoma, lahko bi rekli nesreča. Poskusimo na podlagi tega zelo splošnega premisleka izpeljati zakon, po katerem naj bi se koncentracija radioaktivnih atomov spreminjala s časom.

Naj v nekem trenutku t je bila koncentracija radioaktivnega izotopa enaka p(t), čez kratek čas pa D t postala enakovredna p(t+D t). Jasno je, da je v času D t razpadlo p(t) – p(t+D t) atomi.

Če je radioaktivni razpad naključen proces, potem je povsem logično domnevati, da je število razpadov v času D t večja bo, večja bo koncentracija atomov p(t) in dlje kot je časovno obdobje D t:

p(t) – p(t+D t) ~ p(t) × D t

p(t) – p(t+D t) = l p(t)D t, (1)

kjer je l sorazmernostni koeficient. Jasno je, da ima vsak izotop svoj koeficient: če izotop razpada hitro, potem je koeficient l velik, če razpada počasi, potem je majhen.

Zapišimo enakost (1) v obliki:

p(t+D t) – p(t) = –l p(t)D t. (2)

Zdaj pa usmerimo D t na nič in upoštevajte to p(t+D t) – p(t) - To prirastek funkcije n(t) v času D t, dobimo:

Dobili smo diferencialno enačbo. Jasno je, da če je bila v začetnem trenutku koncentracija izotopa enaka p 0, torej p(0) = = p 0 . "Ugibajmo" rešitev enačbe (3):

p(t) = p 0 e–l t. (4)

Preverimo tako, da nadomestimo izraz (4) v enačbo (3):

l.h.: ( p 0 e–l t)¢ = p 0 e–l t(–l);

p.h.: –l p 0 e–l t.

Očitno je, da je leva stran identično enaka desni, poleg tega pa je izpolnjen tudi začetni pogoj:

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

Tako smo dobili zakon razpadanja radijskih valov:

p(t) = p 0 e–l t. (25.1)

Količina l se imenuje konstanta radioaktivnega razpada.

Polovično življenje

Pri preučevanju radioaktivnega razpada se namesto konstante razpada kot značilnosti hitrosti procesa pogosto uporablja druga vrednost - polovično življenje.

Polovično življenje T je čas, v katerem razpade polovica prvotne količine določenega radioaktivnega izotopa. Poiščimo povezavo med T in l.

Uporabimo matematično dejstvo, da za poljubno število A enakost je res.

Prav zares,

ln e a = a ln e = a×1 = a in .

Nato formulo (25.1) prepišemo v obliki

Uvedemo notacijo

Če vrednost nadomestimo v formulo (25.3) t = T, dobimo

Torej je razpolovna doba danega izotopa.

Povedati je treba, da lahko razpolovne dobe različnih izotopov zavzamejo zelo različne vrednosti. Na primer:

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

94 Pu 239 (a-razpad): T= 24400 let;

89 Ra 236 (a-razpad): T= 1600 let;

91 Ac 233 (b – -razpad): T= 27 dni;

90 Th 233 (b – -razpad): T= 22 min.

Obstajajo izotopi z razpolovno dobo desettisočink sekunde (nekateri izotopi polonija 84 Po).

Problem 25.2. Radioaktivni izotop ogljika v starem kosu lesa je 0,0416-krat večja od mase tega izotopa v živih rastlinah. Koliko je star ta kos lesa? Razpolovna doba izotopa je 5570 let.

takrat se masa spreminja po istem zakonu kot koncentracija

m(t) = m 0 . (1)

Iz enačbe (1) izrazimo neznanko t.

Zemlja in njena atmosfera sta nenehno izpostavljeni radioaktivnemu obstreljevanju s tokovi osnovnih delcev iz medzvezdnega prostora. Ko prodrejo v zgornjo atmosfero, delci razcepijo tamkajšnje atome, sproščajo protone in nevtrone ter večje atomske strukture. Atomi dušika v zraku absorbirajo nevtrone in sproščajo protone. Ti atomi imajo, kot prej, maso 14, vendar imajo manj pozitivnega naboja; zdaj je njihov naboj šest. Tako se prvotni atom dušika pretvori v radioaktivni izotop ogljika:

kjer n, N, C in p pomenijo nevtron, dušik, ogljik in proton.

Nastajanje radioaktivnih ogljikovih nuklidov iz atmosferskega dušika pod vplivom kozmičnih žarkov poteka s povprečno hitrostjo pribl. 2,4 at./s za vsak kvadratni centimeter zemeljske površine. Spremembe sončne aktivnosti lahko povzročijo nekatera nihanja te vrednosti.

Ker je ogljik-14 radioaktiven, je nestabilen in se postopoma spremeni v atome dušika-14, iz katerih je nastal; v procesu takšne transformacije sprosti elektron – negativni delec, ki omogoča snemanje samega tega procesa.

Tvorba radiokarbonskih atomov pod vplivom kozmičnih žarkov se običajno pojavi v zgornjih plasteh atmosfere na nadmorski višini od 8 do 18 km. Tako kot običajni ogljik tudi radiokarbon oksidira v zraku in tvori radioaktivni dioksid (ogljikov dioksid). Pod vplivom vetra se ozračje nenehno meša in na koncu se radioaktivni ogljikov dioksid, ki nastane pod vplivom kozmičnih žarkov, enakomerno porazdeli v atmosferski ogljikov dioksid. Vendar ostaja relativna vsebnost radioaktivnega ogljika 14 C v ozračju izjemno nizka - pribl. 1,2ґ10 –12 g na gram navadnega ogljika 12 C.

Radioogljik v živih organizmih.

Vsa rastlinska in živalska tkiva vsebujejo ogljik. Rastline ga dobijo iz atmosfere, in ker se živali prehranjujejo z rastlinami, ogljikov dioksid v njihova telesa pride posredno. Tako so kozmični žarki vir radioaktivnosti za vse žive organizme.

Smrt živim snovem odvzame sposobnost absorbiranja radioaktivnega ogljika. V odmrlih organskih tkivih pride do notranjih sprememb, vključno z razpadom atomov radioaktivnega ogljika. Med tem procesom se v 5730 letih polovica prvotnega števila nuklidov 14 C spremeni v atome 14 N. Ta časovni interval se imenuje razpolovna doba 14 C. Po drugi razpolovni dobi je vsebnost nuklidov 14 C samo. 1/4 njihovega prvotnega števila, po naslednji razpolovni dobi - 1/8 itd. Posledično lahko vsebnost izotopa 14 C v vzorcu primerjamo s krivuljo radioaktivnega razpada in tako ugotovimo, koliko časa je preteklo od smrti organizma (njegove izločitve iz ogljikovega cikla). Za tako določitev absolutne starosti vzorca pa je treba domnevati, da se začetna vsebnost 14 C v organizmih v zadnjih 50.000 letih (vir radiokarbonskega datiranja) ni spremenila. Pravzaprav se je nastajanje 14 C pod vplivom kozmičnega sevanja in njegova absorpcija v organizmih nekoliko spremenila. Posledično merjenje vsebnosti izotopa 14 C v vzorcu zagotavlja le približen datum. Za upoštevanje učinkov sprememb začetne vsebnosti 14 C se lahko uporabijo dendrokronološki podatki o vsebnosti 14 C v drevesnih obročih.

Metodo radiokarbonskega datiranja je predlagal W. Libby (1950). Do leta 1960 je radiokarbonsko datiranje postalo splošno sprejeto, radiokarbonski laboratoriji so bili ustanovljeni po vsem svetu in Libby je prejela Nobelovo nagrado za kemijo.

Metoda.

Vzorec, namenjen radiokarbonskemu datiranju, je treba zbrati s popolnoma čistimi instrumenti in shraniti na suhem v sterilno plastično vrečko. Potrebni so točni podatki o lokaciji in pogojih izbora.

Idealen vzorec lesa, oglja ali tkanine naj tehta približno 30 g. Za školjke je zaželena teža 50 g, za kosti pa 500 g (vendar najnovejše tehnike omogočajo določanje starosti iz veliko manjših vzorcev). . Vsak vzorec je treba temeljito očistiti starejših in mlajših onesnaževal, ki vsebujejo ogljik, na primer iz korenin pozneje rastočih rastlin ali drobcev starih karbonatnih kamnin. Predhodnemu čiščenju vzorca sledi kemična obdelava v laboratoriju. Kisla ali alkalna raztopina se uporablja za odstranitev tujih mineralov, ki vsebujejo ogljik, in topnih organskih snovi, ki so morda prodrle v vzorec. Po tem organske vzorce sežgejo in lupine raztopijo v kislini. Oba postopka povzročita sproščanje plina ogljikovega dioksida. Vsebuje ves ogljik v prečiščenem vzorcu in se včasih pretvori v drugo snov, primerno za radiokarbonsko datiranje.

Tradicionalna metoda zahteva veliko manj zajetne opreme. Najprej je bil uporabljen števec, ki je določal sestavo plina in je bil načeloma podoben Geigerjevemu števcu. Števec smo napolnili z ogljikovim dioksidom ali drugim plinom (metan ali acetilen), pridobljenim iz vzorca. Vsak radioaktivni razpad, ki se zgodi v napravi, povzroči šibek električni impulz. Energija sevanja okoljskega ozadja običajno zelo variira, v nasprotju s sevanjem, ki ga povzroča razpad 14 C, katerega energija je običajno blizu spodnje meje spektra ozadja. Zelo nezaželeno razmerje med vrednostmi ozadja in podatki o 14 C je mogoče izboljšati z izolacijo števca od zunanjega sevanja. V ta namen se pult prekrije z več centimetrov debelimi zasloni iz železa ali svinca visoke čistosti. Poleg tega so stene samega števca zaščitene z Geigerjevimi števci, nameščenimi blizu drug drugega, ki z zakasnitvijo vsega kozmičnega sevanja deaktivirajo sam števec, ki vsebuje vzorec, za približno 0,0001 sekunde. Metoda presejanja zmanjša signal ozadja na nekaj razpadov na minuto (3-g vzorec lesa iz 18. stoletja daje ~40 razpadov 14 C na minuto), kar omogoča datiranje dokaj starih vzorcev.

Od približno leta 1965 je metoda tekočinske scintilacije postala razširjena pri datiranju. Pretvori ogljikov plin, proizveden iz vzorca, v tekočino, ki jo je mogoče shraniti in pregledati v majhni stekleni posodi. Tekočini je dodana posebna snov - scintilator - ki se napolni z energijo elektronov, ki se sproščajo pri razpadu radionuklidov 14 C. Scintilator skoraj takoj oddaja nakopičeno energijo v obliki bliskov svetlobnih valov. Svetlobo je mogoče zajeti s fotopomnoževalno cevjo. Scintilacijski števec vsebuje dve takšni cevi. Lažni signal je mogoče identificirati in odpraviti, saj ga pošilja samo ena slušalka. Sodobni scintilacijski števci imajo zelo nizko, skoraj ničelno sevanje ozadja, kar omogoča zelo natančno datiranje vzorcev, starih do 50.000 let.

Scintilacijska metoda zahteva skrbno pripravo vzorca, ker je treba ogljik pretvoriti v benzen. Postopek se začne z reakcijo med ogljikovim dioksidom in staljenim litijem, da nastane litijev karbid. Voda se postopoma dodaja karbidu in se raztopi, pri čemer se sprošča acetilen. Ta plin, ki vsebuje ves ogljik v vzorcu, katalizator pretvori v čisto tekočino - benzen. Naslednja veriga kemijskih formul prikazuje, kako se ogljik v tem procesu prenaša iz ene spojine v drugo:

Vse določitve starosti, pridobljene z laboratorijskimi meritvami 14 C, se imenujejo radiokarbonski datumi. Podane so v številu let pred današnjim dnem (BP), za izhodišče pa je vzet okrogli sodobni datum (1950 ali 2000). Radiokarbonski datumi so vedno podani z navedbo možne statistične napake (na primer 1760 ± 40 BP).

Aplikacija.

Običajno se za določitev starosti dogodka uporablja več metod, zlasti če gre za razmeroma nov dogodek. Starost velikega, dobro ohranjenega vzorca je mogoče določiti z natančnostjo do desetih let, ponovna analiza vzorca pa zahteva več dni. Običajno se rezultat dobi z natančnostjo 1% ugotovljene starosti.

Pomen radiokarbonskega datiranja se poveča zlasti v odsotnosti kakršnih koli zgodovinskih podatkov. V Evropi, Afriki in Aziji zgodnje sledi pračloveka presegajo čas, ki ga je mogoče radiokarbonsko datirati, tj. se izkaže, da so starejši od 50.000 let. Vendar začetne stopnje organizacije družbe in prve stalne naselbine ter nastanek starodavnih mest in držav sodijo v okvir radiokarbonskega datiranja.

Radiokarbonsko datiranje je bilo še posebej uspešno pri razvijanju časovnice za številne starodavne kulture. Zahvaljujoč temu je danes mogoče primerjati potek razvoja kultur in družb ter ugotavljati, katere skupine ljudi so prve obvladale določeno orodje, ustvarile nov tip naselbine ali utrle novo trgovsko pot.

Določitev starosti z radiokarbonom je postala univerzalna. Po nastanku v zgornjih plasteh ozračja radionuklidi 14 C prodrejo v različna okolja. Zračni tokovi in turbulence v spodnji atmosferi zagotavljajo globalno porazdelitev radioaktivnega ogljika. Prehajajoč v zračnih tokovih čez ocean, 14 C najprej vstopi v površinsko plast vode, nato pa prodre v globoke plasti. Nad celinami dež in sneg prineseta 14 C na zemeljsko površje, kjer se postopoma kopiči v rekah in jezerih, pa tudi v ledenikih, kjer se lahko obdrži tisoče let. Preučevanje koncentracij radioaktivnega ogljika v teh okoljih dopolnjuje naše znanje o vodnem ciklu v svetovnih oceanih in podnebju preteklih obdobij, vključno z zadnjo ledeno dobo. Radiokarbonsko datiranje ostankov dreves, ki jih je podrl napredujoči ledenik, je pokazalo, da se je zadnje hladno obdobje na Zemlji končalo pred približno 11.000 leti.

Rastline letno absorbirajo ogljikov dioksid iz atmosfere med rastno dobo, izotopi 12 C, 13 C in 14 C pa so v rastlinskih celicah prisotni v približno enakem razmerju, kot so prisotni v atmosferi. Atoma 12 C in 13 C sta v atmosferi v skoraj stalnih razmerjih, količina izotopa 14 C pa niha glede na intenzivnost njegovega nastajanja. Plasti letne rasti, imenovane drevesni obroči, odražajo te razlike. Neprekinjeno zaporedje letnih obročev enega drevesa lahko traja 500 let pri hrastu in več kot 2000 let pri sekvoji in boru. V sušnih gorskih območjih severozahodnih ZDA in v šotnih barjih Irske in Nemčije so odkrili horizonte z debli odmrlih dreves različnih starosti. Te ugotovitve nam omogočajo združevanje informacij o nihanjih koncentracije 14 C v ozračju v skoraj 10.000 letih. Pravilna določitev starosti vzorcev med laboratorijskimi raziskavami je odvisna od poznavanja koncentracije 14 C v času življenja organizma. V zadnjih 10.000 letih so bili takšni podatki zbrani in so običajno predstavljeni v obliki umeritvene krivulje, ki prikazuje razliko med ravnjo atmosferskega 14 C leta 1950 in v preteklosti. Razlika med radiokarbonskimi in umerjenimi datumi ne presega ±150 let za interval med letom 1950 n. in 500 pr Za starejše čase se to odstopanje povečuje in s starostjo radiokarbona 6000 let doseže 800 let. Poglej tudi ARHEOLOGIJA

Narava, 1992, št. 12, str. 59-65.

Radioaktivni ogljik

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

Ivan Yakovlevich Vasilenko, doktor medicinskih znanosti, profesor, nagrajenec državne nagrade ZSSR, vodilni raziskovalec na Inštitutu za biofiziko Ministrstva za zdravje Ruske federacije. Področje znanstvenih interesov: toksikologija produktov jedrske cepitve, sevalna higiena.

Vjačeslav Aleksandrovič Osipov, kandidat medicinskih znanosti, vodilni raziskovalec na istem inštitutu, specialist toksikologije. Proučuje kinetiko metabolizma in biološko učinkovitost radionuklidov v telesu sesalcev.

Vladimir Petrovič Rublevsky, kandidat tehničnih znanosti, višji raziskovalec na istem inštitutu. Glavni znanstveni interesi so povezani z ekologijo, varstvom okolja in sevalno varnostjo jedrske energije.

IZMED VSEH naravnih elementov periodnega sistema ima ogljik posebno vlogo - predstavlja strukturno osnovo organskih spojin, tudi tistih, ki so del živih organizmov.

Naravni ogljik je zmes dveh stabilnih izotopov: 12 C (98,892 %) in 13 C (1,108 %). Od štirih radioaktivnih izotopov (10 C, 11 C, 14 C in 15 C) je praktično zanimiv le dolgoživi ogljik-14 (razpolovna doba 5730 let), saj sodeluje v ogljikovem ciklu biosfere. Ta čisti, nizkoenergijski sevalec beta z največjo energijo delcev 156 keV je razvrščen kot globalni radionuklid. Nastaja v naravnih in umetnih pogojih kot posledica številnih jedrskih reakcij. Povečanje koncentracije antropogenega 14 C v zunanjem okolju, katerega viri so jedrske eksplozije in emisije iz jedrskih elektrarn) predstavlja velik higienski in okoljski problem.

VIRI RADIOKABLIKA

Naravni nuklid nastane predvsem z interakcijo sekundarnih nevtronov iz kozmičnega sevanja z dušikovimi jedri v zgornjih plasteh atmosfere po reakciji 14 N (n, p) 14 C. Vloga drugih reakcij je 15 N (n, a) 14 C; 16 O (p, Zr) 14 C; 17 O (n,a) 14 C; 13 C (n.у) 14 C - pri tvorbi naravnega ogljika-14 je nepomemben zaradi majhnih presekov interakcij in nizke vsebnosti jeder teh izotopov v naravni mešanici elementov.

Povprečna hitrost nastajanja tega nuklida v ozračju (predvsem v stratosferi) je 2,28 atom/s na 1 cm2 zemeljske površine, kar je 9,7 x 10\23 atom/dan. Po masi znaša približno 22,5 g/dan, po aktivnosti pa okoli 2,8 TBq/dan ali 1 PBq/leto. Povprečna vsebnost naravnega nuklida v ozračju in biosferi ostaja konstantna: 227 ± 1 Bq/kg ogljika.

Antrohigejski ogljik-14 nastaja predvsem kot naravni ogljik, tj. nevtrone (ki nastanejo v velikih količinah med eksplozijo jedrske bombe) absorbirajo jedra dušika-14. Količina nuklida je odvisna od vrste bombe (atomska ali termonuklearna), njene zasnove (uporabljenih materialov) in moči (gostote nevtronskega toka). Izkoristek 14 C med eksplozijami za reakcijo sinteze je vzet na 0,65 PBq/Mt, za reakcijo cepitve je skoraj petkrat manjši (0,12 PBq/Mt). Ocenjuje se, da je bilo med eksplozijo prve atomske bombe leta 1945 in 1980 proizvedeno 249,2 PBq ogljika-14 (tabela 1).

Od leta 1981 se je testiranje jedrskega orožja v atmosferi ustavilo in podjetja jedrskega gorivnega cikla so se izkazala za edini močan vir antropogenih nuklidov, ki lahko pomembno vplivajo na povečanje njegove koncentracije v atmosferi in biosferi Zemlje. Ta nuklid se tvori v jedru jedrskih reaktorjev katere koli vrste, kjer so močni nevtronski tokovi, ki medsebojno delujejo z materiali reaktorskih struktur, s hladilno snovjo, moderatorjem, gorivom in nečistočami, ki so v njih: 14 N (p, p) 14 °C; 17 O (n.a.) 14 C; 13 C (n.y) 14 C; 235 U (n.f) 14 C (ternarna cepitev urana-235 v gorivu).

Glede na vrsto in oblikovne značilnosti reaktorja se lahko prispevek vsake od teh reakcij k nastanku nuklida zelo razlikuje. Po izračunih je njegov specifični izkoristek pri obsevanju s toplotnimi nevtroni nekaterih snovi, ki se uporabljajo kot moderator ali hladilno sredstvo za (n,p) reakcijo v plinastem dušiku in zraku, približno štiri velikostne rede večji kot pri (n,a) reakciji v vodi, ogljikovem dioksidu ali kisiku v zraku zaradi velikega preseka za interakcijo toplotnih nevtronov z dušikovimi jedri (a = 1750 mbarn) in njegove visoke vsebnosti v zraku (78 %). Izkoristek 14C pri reakciji (n,y) v grafitu, detolilmetanu, plinskem olju in terfenilu je še vedno za red velikosti nižji kot pri reakciji (n,a).

Hitrost nastajanja ogljika-14 v gorivu je odvisna predvsem od koncentracije dušikovih nečistoč: pri običajni vsebnosti (0,001–0,002 %) je hitrost približno 0,4–2,5 TBq/(GW/leto), voda iz hladilno sredstvo moderatorja vsebuje znotraj 0,2–0,5 TBq/(GWe/leto).

Delujoče jedrske elektrarne nekdanje ZSSR uporabljajo predvsem tlačnovodne reaktorje (VVER-440 in VVER-1000), vodno-grafitne reaktorje (RBMK-1000 in RBMK-1500) in reaktorje na hitre nevtrone (BN-350 in BN-600). . Prvi in tretji reaktor sta po hitrosti nastajanja 14 C in njegovega izpusta v okolje podobna ustreznima tipoma tujih reaktorjev (PWR in PBR).

Reaktorji RBMK z vrelo vodo pod pritiskom kot hladilno sredstvo in grafitom kot moderatorjem nimajo analogov v tuji reaktorski gradbeni praksi. Njihova glavna značilnost je prisotnost velike količine dušika v jedru, ki se uporablja v mešanici s helijem za hlajenje moderatorja, in velika masa ogljika v samem moderatorju. To vodi do višje stopnje proizvodnje 14 C do vrednosti 2-3 TBq/ (GWe/leto), kar je približno za red velikosti več kot v reaktorjih tipa VVER.

Ogljik-14, ki nastane v hladilni tekočini in moderatorju, se delno ali v celoti sprosti v okolje v obliki plinskih aerosolov in iz reaktorskega goriva - z radioaktivnimi odpadki iz obratov za predelavo (regeneracijo).

MIGRACIJE V ZUNANJEM OKOLJU

Radiokarbon je zelo mobilen. Od mest emisij kot posledica atmosferskih procesov se nuklid prenaša na dolge razdalje in z oksidacijo do 14 CO2 vstopi v naravni cikel ogljika.

Znano je, da je ves kopenski ogljik koncentriran v dveh bazenih - "sedimentnem" in "izmenjalnem". Ogljik prvega bazena (organski in anorganski ogljik sedimentnih kamnin, premoga, nafte in drugih fosilov) praktično ne sodeluje v naravnih presnovnih procesih, vstopi v cikel šele po zgorevanju organskega goriva. Ogljik drugega bazena, ki vsebuje približno 0,17 % celotne kopenske količine ogljika, več kot 90 % pa ga je v globokih vodah Svetovnega oceana, sodeluje v kroženju preko svojih posameznih rezervoarjev: atmosfere, biosfere. , hidrosfera itd.

Globalni model obtok ogljik-14, ki vstopa v ozračje z emisijami iz podjetij jedrskega gorivnega cikla (1) in izpusti (2). Menjalni koeficienti so podani v rel. enot/leto

Kroženje ogljika v naravi je sestavljeno iz dveh ciklov, ki tečeta vzporedno v kopenskem in morskem delu biosfere in ju povezuje atmosfera. Od številnih modelov, ki opisujejo obnašanje ogljika v "izmenjalnem" bazenu, SCEAR za izračune uporablja model 8 rezervoarjev, ki upošteva vse glavne procese, ki potekajo v naravnem ciklu ogljika na Zemlji.

Hitrost izmenjave ogljika med rezervoarji "izmenjalnega" bazena je drugačna: povprečni čas zadrževanja molekule CO2 v atmosferi, preden preide v oceansko vodo, je nekaj let, od njenih globin do atmosfere - do nekaj sto let. , iz sedimentnih kamnin pa v ozračje celo več milijonov let. Tako so sedimentne kamnine kot »pokopališče« za radioaktivni ogljik (naravni in umetni), v katerem praktično razpade in zapusti naravni cikel.

KINETIKA MENJAVE

Ogljik-14, oksidiran v zunanjem okolju v 14 CO2, se s fotosintezo kopiči v rastlinah (v majhnih količinah se absorbira tudi iz zemlje), nato pa po prehranjevalni verigi preide do živali in ljudi. Prehodni koeficient v verigi atmosferski ogljik - rastlinski ogljik je enak ena, ravnotežje pa se vzpostavi v dveh do treh mesecih. meso povečalo za približno dvakrat v primerjavi z naravnim ozadjem. Upoštevajte, da je obdobje polovičnega čiščenja za živila približno šest let.

Radiokarboni vstopijo v človeško telo v obliki različnih organskih in anorganskih spojin, predvsem v sestavi ogljikovih hidratov, beljakovin in maščob. Aerogeni vnos je nepomemben - le 1% vnosa hrane. Da bi razumeli, kakšen učinek ima na telo. 14 C, ki prihaja v obliki organskih in anorganskih spojin, smo preučevali kinetiko metabolizma v poskusih na podganah. Izkazalo se je, da je za izmenjavo anorganskih spojin (Ha2 14 CO3, NaH 14 CO3, K2 14 CO3) značilna visoka intenzivnost; radiokarbon se odkrije v krvi živali od prvih minut vstopa v telo, po 15 minutah. njegova vsebnost doseže največ nekaj odstotkov aplicirane količine. S tvorbo krhkih bikarbonatnih spojin v krvi se radioaktivni ogljik hitro izloči. Le majhen del aplicirane količine nuklida se kopiči v organih in tkivih in se porazdeli precej enakomerno: najprej v jetrih, ledvicah, vranici, nato pa v skeletnem in maščobnem tkivu. Pri dolgotrajnem jemanju se aktivnost nuklida počasi kopiči - od 1,7% drugi dan do 7,7% 32. dnevno dane količine Na2 14 CO3. Predvidevamo lahko, da se do konca meseca poskusov vzpostavi ravnotežje med vnosom nuklida in njegovo vsebnostjo v telesu podgan, pri čemer je razmerje kopičenja približno enako 0,07.

V poskusih preučevanja izmenjave 14 C v obliki organskih spojin smo uporabili glukozo, ki vsebuje nuklide, jantarno kislino, glicin, valin, triptofan, glicerin, palmitinsko in stearinsko kislino, metilne in etilne alkohole, tj. pomembni razredi: ogljikovi hidrati, beljakovine, maščobe in alkoholi. Po vstopu v telo se visokomolekularne spojine razgradijo na nizkomolekularne spojine, katerih ogljik se na koncu oksidira v ogljikov dioksid. Hkrati se sintetizirajo aminokisline, maščobne kisline, heksoze in drugi pomembni metaboliti, ki jih telo uporablja kot energijo in plastično snov. Tako radionuklid prodre v vse strukture in tkiva živih organizmov.

Dinamika njegovega kopičenja med kroničnim vnosom v obliki organskih spojin je odvisna od oblike spojine. Ravnotežna vsebnost 14 C-glukoze se pojavi do konca tretjega meseca (akumulacijski faktor je tri), 14 C-glicina in 14 C-palmitinske kisline - do konca četrtega (akumulacijski faktor je 12 in 13, oz.).

Hitrost izločanja nuklidov organskih spojin iz telesa je v določeni meri odvisna tudi od njihovega razreda: nuklidi ogljikovih hidratov se izločajo intenzivneje kot tisti, ki jih prejmemo v obliki aminokislin in maščobnih kislin, tisti, ki jih vnesemo kot del alkoholov, pa se zadržijo. dlje kot "ogljikovi hidrati." Sčasoma se hitrost izločanja postopoma upočasni, očitno zaradi dejstva, da se nuklid, ki vstopa v telo, uporablja kot plastični material. Radiokarbon se izloča pretežno preko dihal, precej manj preko ledvic in črevesja, razmerje pa je odvisno tudi od oblike spojine.

Znano je, da sta končna presnovka ogljikovih hidratov, maščob in alkoholov ogljikov dioksid in voda, beljakovin pa tudi sečnina, sečna kislina, kreatinin (slednji se iz telesa izločajo preko ledvic in črevesja). Del alkoholnega nuklida se izdiha nespremenjen.

Za oceno metabolizma ogljika-14, ki vstopa v človeško telo s hrano, smo uporabili rezultate študij na podganah. Ker standardna prehrana odraslega vključuje približno 500 g ogljikovih hidratov, 100 g maščob in beljakovin, delež ogljika v njih pa je 50, 75 in 54%, potem prejmemo približno 70, 20 in 10% ogljika. na dan od hrane.

Če upoštevamo, da je množina akumulacije nuklida, dobavljenega kot del teh spojin, enaka 15, 65 in 60, potem bo v standardni prehrani približno 31. Ta vrednost je blizu množini akumulacije stabilnega ogljik in nuklid naravnega izvora pri ljudeh. Začetek ravnotežnega stanja bo določen z radioaktivnim ogljikom, dobavljenim z maščobami in beljakovinami, in ob upoštevanju razlik v intenzivnosti metabolizma pri podganah in ljudeh lahko pričakujemo, da se bo pri slednjih pojavilo približno 1,5 leta po začetek vstopa nuklida v telo.

Tako je izmenjava radioaktivnega ogljika odvisna od oblike njegove spojine, ki vpliva na vrednosti ustvarjenih doz notranjega sevanja (tabela 2). Absorbirani odmerki organskih snovi, ki ga vsebujejo, od trenutka vstopa v telo do nastanka končnih presnovkov niso enaki: zaradi razlik v njihovi presnovi, vendar so v povprečju več deset do stokrat večji od anorganskih. Presnovne značilnosti različnih radioogljikovih spojin vplivajo tudi na njihovo toksičnost.

BIOLOŠKO DELOVANJE

Učinek sevanja je, kot je znano, odvisen od velikosti absorbirane doze, njene moči, volumna obsevanih tkiv in organov ter vrste sevanja. Škodljivi učinek temelji na kompleksu medsebojno povezanih in soodvisnih procesov - ionizacija in vzbujanje atomov in molekul povzroči nastanek visoko aktivnih radikalov, ki vplivajo na različne biološke strukture celic. Pomemben je znotraj- in medmolekulski prenos vzbujalne energije ter morebitni pretrganje vezi v molekulah zaradi neposrednega delovanja sevanja. Fizikalno-kemijski procesi, ki se pojavljajo v začetni fazi, se štejejo za primarne, začetne. Kasneje se razvoj sevalne poškodbe kaže v disfunkciji organov in njihovih sistemov.

Posebej nevarni so radionuklidi, ki s kopičenjem v organih in tkivih postanejo vir dolgotrajnega notranjega sevanja. Njegova narava je odvisna od fizikalno-kemijskih lastnosti radionuklidov, med njimi, kot je navedeno, ogljik-14 zavzema posebno mesto, saj je izotop glavnega biogenega elementa. Njegov biološki učinek ni povezan le s sevanjem, temveč tudi s transmutacijskimi učinki, ki nastanejo, ko se 14 atomov C pretvori v 14 atomov N kot rezultat beta razpada zarodne celice, saj že posamezna dejanja njenega razpada vodijo do točkovnih mutacij, ki jih telo ne more odpraviti.

Mnogi strokovnjaki menijo, da bi se morala biološka učinkovitost nuklida zaradi transmutacijskega učinka znatno povečati. Toda rezultati poskusov so se izkazali za protislovne. Vrednost relativne biološke učinkovitosti 14 C, ki so jo ugotovili različni raziskovalci7 glede na genske mutacije (fagi, kvasovke, Drosophila), kromosomske aberacije (korenine čebule in kalčki fižola) in smrt reproduktivnih celic (tkivne kulture in bakterije), sega od 1 do 20. Očitno je to posledica različnih eksperimentalnih pogojev, različnih testov in pogojev obsevanja. Ne poznamo materiala za raziskave toplokrvnih živali.

Proučevali smo biološke učinke akutnih odmerkov radioaktivnega ogljika na miši z uporabo organskih spojin, ki lahko simulirajo vnos nuklida v beljakovinah (14 C-glicin), maščobah (14 C-stearinska kislina), kot tudi 14 C-jantarna kislina, spojina, ki nastane v telesu kot posledica oksidacije ogljikovih hidratov, beljakovin in maščob (torej vseh osnovnih živil) ter njihovega medsebojnega preoblikovanja v celicah. Stanje živali smo ocenili s kliničnimi, hematološkimi, fiziološkimi, biokemičnimi, imunološkimi in patološkimi parametri.

Obsevanje živali je bilo dolgotrajno in relativno enakomerno. Razlika v absorbiranih dozah (ocenjene so bile s posebnimi radiometričnimi raziskavami) v organih in tkivih, z izjemo maščobe, katere doze obsevanja so bile približno dvakrat do trikrat večje od povprečnega tkiva, ni presegla 1,5. Do konca prvega meseca so bili odmerki približno 50-odstotni, v treh do šestih mesecih (odvisno od spojine) pa 90-odstotni. Omenjene značilnosti obsevanja so temeljnega pomena pri ocenjevanju biološke učinkovitosti radioaktivnega ogljika, za katerega je značilna relativno nizka radiotoksičnost, ki jo določa oblika spojine. Za glicin je odmerek, ki povzroči smrt 50 % živali v 30 dneh (SD 50/30), 6,3 MBq/g telesne teže. Do trenutka, ko je umrlo 50 % miši (povprečna pričakovana življenjska doba 17,5 ± 1,5 dni), je bila povprečna tkivna doza 8-1 Gy s hitrostjo 0,08-0,02 cGy/min. Hude radiacijske poškodbe pri miših s smrtnim izidom v prvem mesecu z uvedbo 14 C-stearinske kisline (2,2 MBq/g) so povezane z dejstvom, da se na enoto dane aktivnosti tvorijo višje doze notranjega sevanja.

Na podlagi rezultatov študij biološkega učinka 14 C-glicina, ob upoštevanju značilnosti metabolizma in generiranih vrednosti absorbiranih odmerkov na enoto dane aktivnosti, smo ocenili toksičnost drugih radioaktivnih spojin. Izkazalo se je, da je toksičnost 14 C-karbonata in natrijevega bikarbonata 130-krat nižja od 14 C-glicina, 14 C-kalijevih in kalcijevih karbonatov - 85 oziroma 30-krat, 14 C-glukoze, 14 C-glukozamina in 14 C-glukozamina. C-jantarna kislina - približno štirikrat, 14 C-valin, 14 C-etil in 14 C-metilni alkoholi - skoraj enaka toksičnosti 14 C-glicina, 14 C-triptofana in 14 C-palmitinske kisline - približno štiri do petkrat višje. Ob upoštevanju vsebnosti ogljikovih hidratov, beljakovin in maščob v dnevni prehrani miši smo izračunali, da je odmerek nuklida, ki povzroči pogin 50 % živali v 30 dneh, približno enak 15 MBq/g telesne teže.

Vsebnost radiokarbonov v telesu podgan po enkratnem dajanju v obliki: 14 C-natrijevega bikarbonata (1), 14 C-natrijevega karbonata (2), kalija (3); in kalcij (4); 14 C-jantarna kislina (5), 14 C-glukozamin (6), 14 C-glukoza (7), 14 C-etil (8) in metil (9) alkoholi, 14 C-valin (10), 14 C- glicerol (11), 14 C-stearinska kislina (12), 14 C-glicin (13), 14 C-triptofan (14) in 14 C-palmitinska kislina (15).

V kliničnem poteku akutnih poškodb zaradi nuklidov, zaužitih s hrano, ni bilo bistvenih razlik od sevalne bolezni, ki jo povzroča zunanje gama obsevanje; bolezen v kronično obliko). Spremembe krvnih parametrov, po katerih se običajno ocenjuje resnost bolezni, so bile značilne, presnovne motnje so se kazale v debelosti živali, jasno je bil zabeležen blastomogeni (tumorski) učinek nuklida. Z akutno poškodbo so močno izgubili težo in umrli v ozadju globoke levkopenije (nizka vsebnost levkocitov v periferni krvi). Hude in zmerne lezije so postale kronične in krvna slika se je počasi povrnila. Okrevanje je trajalo izjemno dolgo. Pričakovana življenjska doba (odvisno od resnosti lezije) je bila znatno nižja kot pri kontrolnih miših.

Koncept delovanja ionizirajočega sevanja brez praga je sprožil problem majhnih doz. Nevarnost doz na ravni naravnega sevanja je povezana predvsem z indukcijo mutacij (njihovo število je določeno z velikostjo absorbirane doze) v somatskih: » spolne celice. Mutacije v somatskih celicah vodijo do rasti malignih neoplazem in drugih motenj, v reproduktivnih celicah - do zmanjšanja reproduktivne funkcije, odstopanja od normalnega razvoja in dednih bolezni. Pri izpostavljenosti majhnim odmerkom so možne počasi razvijajoče se motnje z veliko individualno variabilnostjo, odvisno od začetnega stanja telesa in njegovih dednih značilnosti.

Preučevali smo biološki učinek majhnih odmerkov ogljika-14 v pogojih kroničnega vnosa v poskusih na podganah. Živali osmih skupin so jo dnevno dobivale s pitno vodo v obliki 14C-glukoze vse življenje v količini 92,5; 18,3; 13; 1,9; 1,3; 0,2; 0,1 in 0,01 kBq/g telesne teže. Povprečni tkivno absorbirani odmerki so bili 233; 47; 11,5; 1; 0,5; 0,1 in 0,01 mGy na leto. Stanje podgan smo ocenili s kliničnimi, hematološkimi, fiziološkimi, biokemičnimi, imunološkimi in morfološkimi parametri.

V začetnem obdobju se stanje poskusnih in kontrolnih živali ni bistveno razlikovalo, kasneje pa so se pokazale funkcionalne spremembe, ki jih lahko ocenimo kot reakcijo na obsevanje. In na koncu poskusov (predvsem v prvih treh skupinah) so odkrili morfološko patologijo v pljučih, ledvicah in jetrih, reproduktivna funkcija pa se je zmanjšala. Očitno v začetnem obdobju telo uspe nadomestiti kršitve, potem pa, ko se poškodbe zaradi sevanja kopičijo, na to vpliva nezadostnost mehanizmov popravljanja in prilagoditvenih reakcij. Posledično se zmanjša odpornost telesa na druge škodljive okoljske dejavnike in pričakovana življenjska doba.

Stanje podgan, obsevanih z nižjimi odmerki (skupine od štiri do osem), je ostalo brez pomembnih sprememb skozi celoten poskus, čeprav je obstajala težnja k zgodnejšemu pojavu tumorjev mlečne žleze v primerjavi s kontrolnimi živalmi. Kvantitativne razlike pa so se izkazale za statistično nepomembne.

Proučevali smo genetske učinke radiokarbona (skupaj z zaposlenimi na Inštitutu za splošno genetiko Ruske akademije znanosti V.A. Shevchenko, M.D. Pomerantseva in L.K. Ramaya) na različnih stopnjah spermatogeneze pri miših z enkratnim, dolgotrajnim in kroničnim dajanjem 14 C-glukoza za moške. Tri mesece po enkratnem injiciranju nuklida je bila doza sevanja 0,22; 0,5; in 1,01 Gy, z dolgoročnimi - 0,74 in 1,47 (do konca poskusa) in kroničnimi - 0,066 in 0,013 Gy / leto.

Primerjali smo pogostost dominantnih letalnih mutacij v post- in predmejotskih zarodnih celicah, pogostost recipročnih translokacij (izmenjava dveh odsekov med homolognimi kromosomi) v spermatogoniji in pogostost nenormalnih glavic semenčic z enakimi kazalci pod vplivom zunanjih sevanje gama. Izkazalo se je, da je relativna genetska učinkovitost radiokarbona približno 1-2, posledice transmutacije pa niso zaznane - očitno 14 C-glukoza ne prodre v DNK zarodnih celic. Naše ugotovitve težko štejemo za dokončne; učinek sevanja na živi organizem zahteva številne posebne raziskave.

Torej imamo nekaj eksperimentalnih rezultatov o učinkih različnih odmerkov radioaktivnega ogljika na živali. Ali je mogoče na podlagi tega oceniti somatske in genetske posledice v človeški populaciji ob povečanju koncentracije nuklida? To smo poskušali narediti (tabela 3), ob upoštevanju, da se ob nenehnem globalnem onesnaževanju okolja z radioaktivnim ogljikom vzpostavi ravnotežje v verigi "ozračje - hrana - ljudje" s koeficientom diskriminacije v celotni verigi, ki je enak 1;

jedrski poskusi v ozračju so bili ustavljeni;

obstaja brezpražna linearna povezava odmerek/učinek.

Z genetsko učinkovitostjo nuklida, ki je enaka 1 (brez transmutacij), lahko pričakujemo, da bo število onkogenih bolezni s smrtnim izidom v populaciji 10 6 ljudi in med 10 6 novorojenčki z obsevanjem v odmerku 10 6 oseb-Gy 124 oziroma 40 primerov. Za primerjavo ugotavljamo: umrljivost zaradi neoplazem različnih etiologij in lokalizacij (brez upoštevanja učinkov ionizirajočega sevanja) doseže 1500-2000 primerov na leto v isti populaciji ljudi, naravna frekvenca genetskih motenj pa je 60 tisoč primerov. na 10 milijonov otrok, s 16 tisoč .

Torej so vsi predstavniki rastlinskega in živalskega sveta izpostavljeni učinkom globalnega radionuklida - ogljika-14. Možno je, da so v ekosistemih manj stabilni objekti kot ljudje, zato povečanje koncentracije radioaktivnega ogljika v zunanjem okolju ne predstavlja samo higienskega, ampak tudi okoljskega problema... Odsotnost očitne genetske obremenitve kot posledica Obsevanje z naravnim radioaktivnim ogljikom je očitno povezano z nastankom med evolucijo zaščitnih mehanizmov, ki odpravljajo mutacijske poškodbe na različnih stopnjah razvoja organizmov. Toda z naraščajočimi odmerki sevanja ti mehanizmi morda ne bodo dovolj učinkoviti.

1. Bylkin B.K., Rublevsky V.P., Khrulev A.A., Tishchenko V.A. // Atom. opremo v tujini. 1988. št. 1. str. 17-20. 2. Rublevsky V. P., Golenetsky S. P., K i r d i n G. S. Radioaktivni ogljik v biosferi. M., 1979.

3. Bolin B. Ogljikov cikel // Biosfera. M., 1982. S. 91--104.

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

5. Vasilenko I. Ya., Bugryshee P. F., Istomina A. G., Turova V. I. // Journal. higiene, epidemiologije, mikrobiologije in imunologije (Praga). 1982. Izd. 26. št. 1. Str. 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. Metabolična kinetika in biološki učinki radioaktivnega ogljika (^C). Prednatis TsNIIatominform-ON-4-88. M., 1988. str. 28-29.

7. Glej na primer; Kuzin A. M., Isaev B. M., Khvostov B. M. et al. Učinkovitost biološkega delovanja IgC pri vključitvi v žive strukture // Radiacijska genetika. M., 1962. P.267-273; Kuzin A. M., Glembotski Ya., L v p k i n A. // Radiobiology. 1964. T. 4. št. 6. P. 804-809; Aleksandrov S.N., P o p o v D.K., Strelnikova N.K.//Higiena in sanitacija. 1971. št. 3. str. 63-66; Apelgot S. Effect lеtal de la dеsintеgration d "atomes radioacfivs [ "H, "C, "Pi incorpores dons Lactous//Biološki učinki transmutacije in razpada vgrajenih radioiiotops. Dunaj, 1968. Str. 147-163.

Morda bi bilo koristno prebrati: