Дәріс. Радиоактивтілік. Доза негіздері. Радионуклидтерді медицинада Қолдану.

Лекция жоспары

1. Радиоактивтілік туралы тү сінік

2. Радиоактивтіліктің ыдырау заң ы.

3. Дозаметрия туралы тү сінік.

4. Доза тү рлері: жұ тылу, экспозициялық жә не эквиваленттік.

5. Доза қ уаты.

6. Дозаның ө лшем бірліктері.

7. Радионуклидті медицинада қ олдану.

Лекция мақ саты: радиоактивтілік қ ұ былысының негізін ашып кө рсету, иондаушы сә улелердің ә серін сипаттауды, оның сандық кө рсеткіштерін талдау, радионуклидтерді медицинада қ олдануды қ арстыру.

Радиоактивтілік қ ұ былысын 1896 жылы А.Беккерель ашқ ан. Ол уран тұ зының белгісіз сә улелер шығ аратыдығ ын байқ ағ ан, бұ л қ ұ былыс радиоактивтілік деп аталады. Радиоактивтілік деп кей атом ядроларының ө з бетінше ыдырып (қ ирап) басқ а заттың ядросына айналуын атаймыз. Бұ л қ ұ былысты терең зерттеген Мария мен Пьер Кюрилер радиактивтілік ыдырау кезінде «альфа», «бета» жә не «гамма» сә улелері шығ атындығ ын, «альфа» сә улесі деп гелиидің ядросын, «бета» дегеніміз электрон немесе позитрон бө лшегі екендігін, ал «гамма»- жоғ ары энергиялы электромагниттік толқ ын екендігін анық тады.

Кез келген атом ядросы протон жә не нейтроннан тұ рады, оларды жалпы тү рде нуклондар деп атайды. Ядродағ ы протон саны «р» химиялық элементтің реттік нө міріне Z сә йкес келеді жә не заттың химиялық қ асиетін сипаттайды, ал ядродағ ы нуклондар саны A= p+n заттың массалық саны деп аталады, мұ ндағ ы «n» нейтрон бө лшегінің саны. Сонда кезкелген атом ядросы мына тү рде белгіленеді: химиялық элементің белгісінің жоғ ары жағ ына массалық саны, тө менгі жағ ына реттік саны кө рсетіледі , мысалы мұ ндағ ы - 12 кө міртегінің атомдық салмағ ы, 6- оның периодтық кестедегі реттік саны немесе протон саны.

Атомдық нө мірлері бірдей, бірақ массалық саны ә р тү рлі болатын заттар кездеседі, оларды изотоптар деп атайды, мысалы тұ рақ ты кө міртегі, ал оның изотопы болып келеді.

Радиоактивтілік қ ұ былысы кезіндегі ядроның ыдырауы (басқ а зат ядросына айналуы) мына ө рнек бойынша сипатталады:

N = N₀e^-lt.

Бұ л ө рнек радиоактивтіліктің ыдырау заң ы деп аталады, мұ ндағ ы N₀ - бастапқ ы ядролар саны, N- t уақ ыттан кейін ә лі ыдырамағ ан ядролар саны, l-ыдырау тұ рақ тысы, ол сан жағ ыннан бірлік уақ ыт ішінде ядролардың ыдырау ық тималдығ ына тең шама. Сонда ыдырағ ан ядролар саны dN =N₀-N тең болады.

Радиоактитілік қ ұ былысын сипататуда l-ыдырау тұ рақ тысының орнына жартылай ыдырау периоды Т деген шаманы қ олданады. Жартылай ыдырау периоды деп барлық ядролардың тең жартысының ыдырауына кететін Т уақ ытты атайды. Бұ л уақ ыт кей ядролар ү шін миллиардтағ ан жылдарғ а созылады, ал кей ядролар ү шін секундтың бір бө лігіне тең. Тө мендегі кестеде осындай мә ліметтер берілген:

Жартылай ыдырау периоды Т жә не ыдырау тұ рақ тысы l ө з ара мына тү рде байланыста: Т=ln2/l=0.693/l. Осы мә ліметті қ олданып радиоактивтіліктің ыдырау заң ын мына тү рде жазауғ а болады: N = N₀е^{-0, 69t/Т}.

Радиоактивті зат ядросының ыдырау нә тижесінде ол басқ а затқ а айналады, осындай қ ұ былыстың нә тижесінде табиғ атты кең таралғ ан ураның U-238 ядросы альфа сә улесін шығ арып 4, 47 миллиард жыл кейін Тh-234 айналады, ол ө з кезегінде бета сә улесін шығ арып 24, 1 кү ннен кейін Проактиний-234, ол бета сә улесін шығ арып 1, 17 мин. кейін U-234 айналады, бұ л ү рдіс 15 рет жалғ асып, ең соң ында одан ары ыдырамайтын, ядросы тұ рақ ты Pb-208 қ орғ асынғ а айналады. Бұ л тізбекті реакция тө менде кө рсетілген ретпен жү реді.

Заттың радиоактивтілік белсенділігін активтілік деген шамамен сипаттайды, ол сан жағ ынан бірлік уақ ыт ішінде ыдырағ ан ядро санына тең: А = dN/dt. Активтілік Беккерель (Бк) деген шамамен ө лшенді, сонымен қ атар кюри (Ки) деген ө лшеу бірлігі де қ олданылады: 1 Ки =3, 7× 10¹⁰ Бк.

Енді радиоактивті ыдырау тү рлерін талдайық. Ө здерің ізге белгілі радиоактівтілік кезінде ядродан a, b жә не g бө лшектері ұ шып шығ атын. Зерттеулер a бө лшегі гелий ядросы екендігін кө рсетті. Ол ыдырайтын радиоактивті зат ядросы қ ұ рамындағ ы протон бө лшегі, олай болса a ыдырауы нә тижесінде жаң адан пайда болатын зат мына реакация бойынша анық талынады: , мұ ндағ ы X- бастапқ ы зат ядросы, Y ыдырау нә тижесінде жаң адан пайда болғ ан ядро, ал гелий ядросы. Жаң адан пайда болғ ан ядро қ озғ ан кү йде болады, сондық тан оның негізгі кү йге кө шуі g сә улесін шығ арумен қ атар жү реді, жалпы барлық ыдырау тү рлері g сә улесін шығ арумен ерекшеленеді. Альфа сә улесінің энергиясы 4-9 МэВ тең.

Радиоактивтілік кезінде бө лінетін b сә улесі е^- электрон немесе оғ ан қ арама қ арсы е⁺ позитрон (антиэлектрон) бө лшегі екен. Ө здерің ізге белгілі ядрода қ ұ рамында мұ ндай бө лшектер кездеспейді, бұ л бө лшектер ыдырайтын зат ядросы қ ұ рамындағ ы протон немесе нейтрон бө лшектерінің радиоактивтілік кезінде басқ а бө лшектерге айналуы кезінде пайда болады жә не мұ ндай ыдыраулар гамма сә улесін шығ арумен қ абаттасып жү реді. b- ыдырау екі тү рде кездеседі.

1. Электронды b^- ыдырау. Бұ л ядродағ ы нейтрон бө лшегінің протон жә не электронғ а айналуы кезінде орын алады: мұ ндағ ы -антинейтрино бө лшегі.

2. Позитронды b⁺ ыдырау. Бұ л ядродағ ы протон бө лшегінің нейтрон жә не позитронғ а айналуы кезінде орын алады: мұ ндағ ы -нейтрино бө лшегі.

Радиоактивтіліктің электронды е-қ армау деген тү рі де кездеседі. Бұ л қ ұ былыс ядроның ішкі қ абаттардың бірінен электронды қ армап алып, нә тижесінде ядродағ ы бір протонның нейтронғ а айналуы кезінде байқ алады: Бұ л қ ұ былыс тікелей иондаушы(гамма) сә улесін шығ арумен қ абаттасып жү рмегенмен, қ ұ былыс нә тижесінде гамма сә улесі пайда болады. Электрон қ абаттындағ ы босағ ан орынғ ан сыртқ ы қ абаттан электрон ауысқ ан кезде рентген сә улесі пайда болады.