Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 20 dotazů obsahujících »izotop«
1) Jodem proti radiaci
03. 05. 2011
Dotaz: Dobrý den, vzhledem k událostem v Japonsku bych chtěla vysvětlit, proč jód
chrání před radiaci a v jaké dávce, a jak to funguje? (Jana)
Odpověď: Při jaderné havárii může dojít mimo jiné k úniku radioaktivních látek.
Mezi ně patří i radioaktivní izotopy jodu.
Lidské tělo jod potřebuje ve
stopovém množství, zato ale bezpodmínečně. Je nutný pro správné fungování
hormonů štítné žlázy, kde se také ukládá. (Nedostatek se může
projevovat únavou, zimomřivostí, tloustnutím, depresemi, úbytkem vitality.
Nadbytek naopak například třesem, hubnutím, neklidem, úzkostmi.) Dostaneme-li se tedy do oblasti, kde se vyskytuje radioaktivní jod, štítná
žláza se jím zásobí a ten nás potom zevnitř ohrožuje. Tomu je možné
předejít včasným "doplněním chybějících zásob" jodem neradioaktivním
(stabilním), například z tablet. Jeho radioaktivní příbuzný se potom v
těle neváže a je vyloučen.
Takto nás neohrožuje pouze jod, ale například
i stroncium či cesium. Na rozdíl od jodu, který má poločas rozpadu asi
týden, mají zmíněné dva prvky desítky let.
V první polovině března
došlo k havárii japonské elektrárny Fukušima. Lidé si vzpomněli na
události z let 1986, kdy došlo k havárii Černobylu, a začali se bát. Tady
tedy několik fakt, co se týká zasažení Evropy (našeho území) radiací:
- Radiace, která dosáhla našeho kontinentu byla asi 1000-10000 krát nižší,
než radiace po černobylské havárii. Zaprvé, fukušimská havárie zdaleka
nebyla tak tragická, jako její známá předchůdkyně, zadruhé, dle
provedených výpočtů (které později byly potvrzeny), se "radioaktivní
oblak" pohyboval prvotně přes oceán, až po delší době dosáhl Ameriky a
nakonec přeletěl i k nám. Hodnoty radioaktivního záření ale s časem
velmi rychle klesají, takže na našem území je již zaznamenaly pouze
citlivé přístroje a vliv na člověka/přírodu to nemělo žádný. Pěkné
porovnání si můžete přečíst na stránkách
http://tn.nova.cz/magazin/hi-tech/veda/cernobyl-a-fukusima-ktera-z-elektraren-zabila-vice-lidi.html
, kde jsou i animace postupu "radioaktivních mraků" z Černobylu a Fukušimy.
- Aktuální stav radiace na našem území můžete sledovat na stránkách
Státního ústavu radiační ochrany, kde naleznete i tyto grafy
http://www.suro.cz/cz/rms/ovzdusi/tyden#obr1 . Jen pro porovnání, nejvyšší
hodnoty se blíží k 0,01 Bq/m3, při Černobylské havárii to byly
desítky až stovky Bq/m3.
Nakonec bych připojila ještě malé
varování - v této situaci je využívání jodových tablet a podobných
přípravků zbytečné a bez dohledu lékaře může způsobovat i zdravotní
komplikace.
Jestli vás ani toto neuklidnilo, přečtěte si
http://www.suro.cz/cz/rms/informace-statniho-ustavu-radiacni-ochrany-v-v-i-k-udalostem-v-japonsku/otazky-a-odpovedi-k-havarii-v-japonsku na stránkách Státního ústavu radiační ochrany, který se tímto tématem
zabývá.
Dotaz: Jaký je přesně rozdíl mezi izotopem a nuklidem? Definice obou termínů se
najdou na mnoha místech. Ale není mně z toho zcela jasné, jak se vlastně
odlišují. Bylo by možné nějak blíže objasnit? Snad i na nějakém
příkladu? Předem děkuji. (Martin Konvalinka)
Odpověď:
Dobrý den.
Když hovořím o nuklidu 238U, tak mám na mysli daný prvek s příslušným počtem neutronů. Jiný nuklid je např. 235U. Tyto dva nuklidy náleží stejnému prvku, liší se jen počtem neutronů, a říkáme jim izotopy.
Pojem "nuklid" tedy precizuje pojem "prvku" tím, že dále určuje nukleonové číslo a případně i energetický stav (metastabilní izomerní stavy jader). Zjevně je ale možné se tomuto poněkud matoucímu slůvku vyhnout. Místo "nuklid 238U" můžeme beztrestne říkat např. "jádro 238U".
Dotaz: Jak se určí poločas rozpadu u radionuklidu? Např 4,5 miliard let?
"...to přeci nemohl nikdo změřit..." (Enygma)
Odpověď: Nejprve připomeňme, že radioaktivní rozpad lze popsat exponenciálním
vztahem, který popisuje, jak klesá počet jader daného typu s časem:
N(t) = N(0)e(-t/τ),
kde τ je tzv. doba života (též "rozpadová konstanta") a odpovídá času,
po kterém poklesne počet nerozpadlých jader na číslo 1/e = 0,3679
Pro člověka je často srozumitelnější tzv. poločas rozpadu, tj. doba, po
které klesne počet původních radioaktivních jader na polovinu:
1/2 = e(T / τ)
odkud poločas rozpadu T = τ ln2 = 0,693 τ a tedy lze psát
N(t) = N(0) e(-ln2 t / T),
Jak lze tedy poločas rozpadu měřit?
Máme-li ve vzorku libovolné hmotnosti pouze jeden radioaktivní izotop,
lze pomoci nějakého zařízení, které je schopno registrovat ionizující
záření, počítat, kolik rozpadů je registrováno v průběhu pozorování.
Výsledkem vynesení této závislosti jako funkce času jsou body blízko
exponenciální křivky, viz např.
http://ie.lbl.gov/radioactivedecay/Image25.jpg
(podle http://ie.lbl.gov/radioactivedecay/, bohužel anglicky, ale
obrázek postačí) kterými můžeme proložit teoretickou křivku a najít, pro kterou hodnotu T získáme nejlepší souhlas s daty.
Trik je v tom, že nesledujeme několik jader, ale obrovské množství, a
můžeme tak i v časech srovnatelných s lidským životem (a ne v rámci
tisíců let) pozorovat reálný a signifikantní pokles aktivity (počet
rozpadů za sekundu). Metoda však zřejmě dobře funguje jen pro nedlouho
žijící izotopy (řekněme do řádu let).
Nyní k uranu: molární hmotnost uranu je přibližně 238, což znamená, že
238 g Uranu (krychlicka o hrane 2,3 cm, při hustotě 19,1 g/cm^3) obsahuje 1
mol jader, tj. 6,022 x 1023.
Nyní, poločas rozpadu U(238) je, jak uvádíte, 4,47 miliard let, tj. asi
1,4 x 1017 sekund, a doba života je asi 2 x 1017 sekund.
Změma počtu jader (která je záporná, neboť jde o úbytek jader) za
krátkou jednotku času, je
dN(t) = -N(0)/τ
Budeme-li sledovat jeden mol uranu, rozpadne se nám za hodinu (což je
krátká doba vzhledem k τ:)
Nh = 60 x 60 x 6 x 1023 / τ = 1,07 x 1010 jader!
To je dost velké číslo, aby šlo v laboratoři zaznamenat (je dáno
obrovskou hodnotou Avogadrovy konstanty NA = 6,022 x 1023), a s pomocí
tohoto vztahu můžeme vyjádřit, určit a zmeřit τ z měření počtu rozpadů
za hodinu.
Záleží to samozřejmě na tom, jak přesně jsme schopni připravit vzorek 1
molu uranu a v jakém množství můžeme sledovat rozpady (uran je kov, a
vysoce pohlcuje ionizující záření, takže vzorek by měl bůt buť tenký
plíšek nebo třeba nějaká plynná/kapalná forma nějaké sloučeniny uranu).
Měření počtu rozpadů za hodinu a výpočet doby života je samozřejmě
zatížen chybou, kromě systematické (detektor, čistota vzorku) také
statistickou, pramenící z náhodnosti rozpadů. Na problém lze aplikovat
Poissonovskou statistiku, která tvrdí, že při naměření hodnoty N je
chyba rovna odmocnině, tj. v našem případě
chyba měření počtu rozpadů za hodinu = priblizne 105, tj. mnohem menší
než Nh. Problém je, že počet radioaktivních jader klesá pomalu (řádově
jich je 1023 a ubývá jich v porovnání jen 1010 za hodinu, tj rozdíl 13
řádů!).
Zkusme si ještě zjistit, zda by šlo určit rozpadovou konstantu uranu ze
sledování křivky počtu rozpadů za čas, tj. podobně jako v příkladu z
prvního odkazu.
Otázka zní, jak dlouho čekat, aby chyba měření počtu rozpadů za 1h byla
menší než rozdíl naměřených rozpadů za hodinu na začátku a za několik
let (či "jak dlouho čekat"). Zadefinujeme-li, že chceme, ať je rozdíl
počtu rozpadů za hodnu srovnatelný se statistickou chybou, můžeme úlohu
analyticky vyřešit. Trochu jsem si započítal, a musel jsem vzít 106
molů uranu (to už je pořádná krychle o hraně 2,3 m, těžká 238 tun:)
a vyšlo mi t = 62 let,
dle t = -τ ln [1-(τ/(hodina x N))(1/2)]
kde jsem vzal N = 106 NA.
Což sice není týden, ale zhruba ukazuje na možnost překlenutí problému
měření doby života uranu v řádu miliard let na o 7 řádů menší dobu při
použití velkého počtu jader.
Neřešil jsem technické detaily, jak detekovat rozpady z tak obrovského
mnořství uranu. Nicméně by šlo o velmi nepraktický a nákladný
experiment, zřejmě jen těžko realizovatelný.
Následující odkaz (o jehož věrohodnosti nic nevím, leč autor se obecně
snaží vyvracet mýty kreacionistů:) nicméně tvrdí, že se doby života
vskutku měří jednoduchým počítáním rozpadů u vzorku známé hmotnosti v
laboratoři, a že dobu života U238 známe s přesností asi 1%:
http://members.cox.net/ardipithecus/evol/lies/lie022.html
Ještě mne napadla další možnost, kterou je např. stanovení koncentrace
rozpadových produktů uranu (za předpokladu, že v geologickém ložisku byl
na začátku přítomen pouze uran), která závisí na rozpadových konstantách
jednotlivých izotopů, ale ze znalosti koncentrace a dob života se naopak
horniny spíše datují.
Příp. lze v principu měřit, jak se kus uranu zahrívá v důsledku
probíhajících radioaktivních rozpadů, ale to už je asi příliš bláznivé:)
Závěrem připomeňme, že rozpadový proces je náhodný a všechny úvahy
fungují na souborech jader s velkou statistikou; náhodnost pramení z
kvantové mechaniky, která říká, že lze vždy jen předpovědět
pravděpodobnost toho, že se jádro za určitý čas rozpadne, ale nikdy
nelze říci, které konkrétní jádro se rozpadne (navíc se dostáváme v
mikrosvětě do problémů s tzv. nerozlišitelnosti částic: jádro si
nemůžeme označit žádnou 'barvičkou' a nemůžeme jej tak sledovat).
Jako shrnutí: jde tedy o to, že doba života je sice řádově 1017 sekund,
ale i v realisticky malém vzorku uranu máme jader o 6 a více řádů víc,
což vede k pozorovatelným absolutním hodnotám rozpadů za realistickou
denní dobu. Z hmotnosti a hustoty vzorku můžeme spočítat celkový počet
jader, a dopočítat dobu života jako
τ = čas x počet jader ve vzorku / počet naměřených rozpadů za čas.
a poločas rozpadu T = ln2τ.
V realitě je to samozřejmě složitější, neboť máme většinou směs izotopů,
ale tyto zdroje chyb lze zřejmě rozumně potlačit či opravit.
Dotaz: Chtěla bych Vás požádat o zodpovězení mé otázky.Jde o využití radioizotopů v
dnešní době.Děkuji Urbanová (Eliška Urbanová)
Odpověď: Využití radioizotopů je dnes obrovské, takže se na Vaši otázku těžko odpovídá. Namátkou mohu vyjmenovat využití v lékařství k ozařování nádorů a k vyhledávání a zobrazování tkání a orgánů, ve kterých se daný radioizotop ukládá (takto se diagnostikují různé nemoci a podobně). Radioaktivní záření může být použito k cílenému mutování jednoduchých organismů při výzkumech, a samozřejmě nesmíme zapomenout na určování stáří materiálů pomocí radiokarbonové metody. Toho, že radioizotop lze snadno díky jeho záření odhalit, se využívá vedle již zmíněného zobrazování tkání také v označování jednotlivých míst ve složitých přírodních molekulách - tak lze odhalovat jejich strukturu, nebo při zkoumání přesného průběhu chemických reakcí tak, že pozorujeme, co se děje s určitým označeným (radioaktivním) atomem. Při zkoumání nových léčiv pomocí takového radioaktivního označení můžeme sledovat, kam látka v těle putuje a jak ji tělo zpracovává. Podobných variant "sledování" pomocí radioizotopů je mnoho v celé řadě vědních a
průmyslových oborů.
Dotaz: Dobry den, chcela by som Vas poprosit o nejake informacie ohladom radioizotopov
jodu, vsade nachadzam len zmienky o I132, prip. I129. Co ostatne maju nejake
prakticke vyuzitie? (Barbora)
V přírodě se vyskytuje pouze jediný z nich, 127I, všechny ostatní
jsou připraveny uměle.
Radioizotopy jodu se využívají prakticky výhradně v nukleární medicíně,
imunoanalýze, farmakologii a biochemii, a to buď ke značkování molekul pro
potřeby sledování jejich chování v živém organismu či pro lékařskou
diagnostiku (zobrazování tkání a orgánů, do kterých se takto označené
molekuly dostanou), anebo jako léčebné preparáty - zářiče při léčbě
nádorových onemocnění, které se ukládají v nemocné tkáni a svým zářením ničí
nádorové buňky, aniž by příliš poškozovaly zbytek těla. Nejčastěji
používanými izotopy jsou:
123I - využíván v lékařské diagnostice při zobrazovací metodě
SPE(C)T (jednofotonová emisní (počítačová) tomografie), tedy tomografii
(snímkování složeném z jednotlivých řezů) založené na sledování záření z
použitého radionuklidu. Podle intenzity záření lze usuzovat na aktivitu
buněk příslušné části zkoumaného orgánu, a tím odhalit patologické změny ve
funkci orgánů, sledovat aktivitu jednotlivých částí mozku a podobně.
125I - používá se při vývoji radiofarmak ve fázi "in vitro"
(experimenty mimo živý organismus) a jako zářič při léčbě nádorových
onemocnění.
131I - používán běžně při diagnostice a léčbě onemocnění štítné
žlázy, dále též k vyšetření funkce ledvin. (132I se dříve
používal při léčbě onemocnění štítné žlázy, dnes je nahrazován výše
zmíněnými izotopy.)
V poslední době se využívají i izotopy 124I a 122I,
které se rozpadají za uvolnění pozitronu, pro potřeby pozitronové emisní
tomografie (PET, analogie výše zmíněné SPET) - tedy v diagnostice k
zobrazování tkání, orgánů a jejich funkcí. A konečně izotop 122I,
který má, díky velmi krátkému poločasu rozpadu (3,6 minuty) v medicíně pouze
omezené použití.
Tyto izotopy se pro lékařské účely vyrábějí v urychlovačích nebo jaderných
reaktorech a do těla pacienta se dostávají vázané v podobě různých
chemických látek injekčně nebo perorálně.
Za zapůjčení literatury a odbornou pomoc děkuji doc. RNDr. Ladislavu
Lešetickému, CSc. z Katedry organické a jaderné chemie Přírodovědecké
fakulty UK.
