Izotopii radioactivi si aplicatiile lor

IZOTOPII RADIOACTIVI SI APLICATIILE LOR

Izotopii radioactivi sau radioizotopii, sunt izotopi au nucleelor naturale sau artificiale, care devin radioactivi prin bombardarea cu particule elementare accelerate, sau se retrag din produsii de fisiune rezultati in reactorii nucleari.

Izotopii radioactivi prezinta avantajul de a fi usor detectati si pusi in evidenta prin radiatiile pe care le emit, ceea ce a condus si la rapida lor utiliza in practica.

Se cunosc urmatoarele procedee de obtinere a radioizotopilor artificiali:

a.     bombardarea unui nucleu cu particule obtinute in acceleratoarele de particule. Metoda este eficace, selectiva, insa foarte costisitoare, datorita fluxurilor de particule de mica densitate ce se obtin in prezent in acceleratoarele de particule.

b.     Bombardarea nucleelor cu neutroni produsi in reactoarele nucleare.

Exista si reactii in cadrul carora nucleul tinta, in urma captarii neutronului, emite un proton si trece intr-un izotop radioactiv al altui element.

c.      Obtinerea radioizotopilor din produsii fisiunii nucleare se bazeaza pe faptul ca fragmentele rezultate in urma fisionarii nucleului de , si sunt radioactive, si sufera cateva tranzitii radioactive cu producerea unor izotopi radioactivi cu diferiti timpi de injumatatire, pana la obtinerea in final a unui nucleu stabil.

Substantele radioactive artificiale pot fi utilizate ca surse de radiatii. Aplicatiile surselor de radiatii depind de faptul daca in procesele respective sunt necesare fluxuri intense de radiatii cand se utilizeaza produse radioactive ale fisiunii fara sa se urmareasca o separare chimica avansata sau se lucreaza cu intensitati de radiatii mai reduse, cand sunt necesari izotopi radioactivi cat mai puri din punct de vedere chimic.

Sa enumeram cateva dintre aplicatiile actuale ale izotopilor radioactivi:

a.     Defectoscopia cu radiatii . Permit realizarea controlului nedistructiv in industria constructiilor metalice, a constructiilor de beton armat etc. izotopul folosit in acest scop este .

b.     Sterilizarea cu radiatii este utilizata in cazul unor produse farmaceutice, antibioticele, care se descompun la caldura, precum si in cazul unor produs alimentare.

c.      Carotajul radioactiv, metoda utilizata in procesul prospectarilor geologice, se bazeaza pe proprietatile moderatoare ale compusilor organici si pe proprietatile de absorbtie ale unor roci. In principiu, aceasta metoda consta in urmatoarele: in gaura produsa prin forare se introduce o sonda continand un cilindru care la capatul inferior are o sursa de neutroni rapizi cu energie de cativa MeV, iar la celalalt capat un detector de radiatii . Detectorul este conectat la o instalatie de masura la suprafata pamantului, el este ecranat pentru a nu inregistra eventuala radiatie emisa de sursa de neutroni. Se determina mai intai curba activitatii fara sursa de neutroni. Apoi se introduce sonda cu sursa de neutroni si se determina din nou activitatea .

Neutronii bombardand elementele continute in roci produc o radiatie suplimentara care este inregistrata. Daca roca are in compozitie elemente usoare (hidrogen sau carbon), neutronii sunt incetiniti, sectiune de captura creste si o data cu aceasta, intensitatea radiatiei emisa. Comparandu-se curbele celor doua activitati se pot trage concluzii cu privire la prezenta hidrocarburilor in rocile respective. Carotajul descris aici este denumit "neutron-gama", se mai practica si carotajele "gama-gama" si "neutron-neutron".

d.     Procesele de ionizare pe care le produc radiatiile de franare si electronii pot determina modificari in proprietatile unor polimeri sau produse chimice, modificari care nu pot fi obtinute pe alte cai.

e.     Analiza prin activitate este o metoda de inalta sensibilitate pentru identificarea si dozarea urmelor de elemente in diferite materiale. Proba in cantitate mica de se iradiaza cu neutroni sau cu protoni deuteroni. Cu ajutorul metodei spectrometriei se pot determina energiile, intensitatile si timpii de injumatatire ale diferitelor linii spectrale emise de proba iradiata. Aceste informatii permit stabilirea naturii si cantitatile de elemente radioactive continute in proba.

f.      Masurarea debitelor lichidelor. Izotopul radioactiv se introduce in lichidul de curgere, iar de-a lungul tubului in care curge lichidul ce antreneaza si radioizotopul, se aseaza doua contoare Geiner - Muller. Se masoara intervalul de timp care separa trecerea radioizotopului intre cele doua contoare plasate la distanta 1 unul de altul. Debitul lichidului se va calcula cu relatia unde S este sectiunea tubului prin care curge lichidul.

g.     Masurari de uzura. Se iradiaza cu neutroni sculele d gaurit sau de frezat. Se creeaza astfel mai multi izotopi radioactivi, iar prin examinarea ulterioara cu un contor Geiner-Muller a lubrifiantului si a reziduurilor rezultate, din gradul lor de radioactivitate se poate determina gradul de uzura a sculei respective.

h.     Metoda trasorilor radioactivi (sau a atomilor marcati). Metoda se bazeaza pe faptul ca proprietatile chimice si fizice ale izotopilor stabili sunt aceleasi cu proprietatile izotopilor radioactivi.

Prin adaugarea unui izotop radioactiv la elementul stabil care trebuie urmarit, izotopul poate fi detectat cu detectoare de radiatie, in acest fel fiind posibila cunoasterea fazelor prin care trece elementul respectiv in procesele fizico-chimice. Se spune ca izotopul radioactiv "traverseaza" drumul elementului urmarit in procesele respective.

Aceasta metoda permite cercetarea multor procese tehnice, chimice, biologice, fiziologice. Introducerea  in organism a unor urme de iod radioactiv permite diagnoza precisa a functionarii tiroidei. De asemenea se pot depista tumorile, deoarece acestea fixeaza fosforul marcat in cantitati mult mai mari decat tesuturile sanatoase. Izotopul radioactiv este utilizat pentru studiul modificarilor patologice ale vaselor sanguine in bolile de circulatie.

i.       Stabilirea varstei unor produse din natura.

In urma interactiei radiatiei cosmice cu azotul din atmosfera se formeaza , izotop radioactiv cu timpul de injumatatire ani. Intensitatea radiatiei cosmice fiind constanta, rezulta constanta cantitatii de carbon radioactiv din atmosfera.

Izotopul formeaza bioxidul de carbon care este asimilat de plante la fel ca bioxidul de carbon obisnuit, care contine izotopul . Odata cu hrana, obtinuta din plante izotopul intra in compozitia tesaturilor si diferitelor organe ale tuturor vietatilor. Atat timp cat planta, omul, animalul sunt vii raportul dintre si ramane constant, deoarece orice pierdere este completata prin hranire continua. Dupa moarte, asimilarea bioxidului de carbon inceteaza cantitatea de raman constanta, deoarece este un izotop stabil, iar cantitatea de scade datorita dezintegrarii radioactive a acestui izotop nestabil al carbonului. Raportul scade in timp dupa o relatie de forma , unde t reprezinta in ani timpul care s-a scurs de la moartea substantei vegetale considerate. Prin determinarea raportului s-a putut stabili varsta acestora, cu o eroare de 100 ani la fiecare 2000 ani. In cazul rocilor, pentru a le determina varsta, se tine seama, pe de o parte, de raportul dintre izotopii radioactivi ce intra in componenta lor, iar, pe de alta parte, de raportul izotopilor stabili rezultati.