Ответьте на вопросы, страница 238 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему в медицине и биологии получили широкое применение радиоактивные изотопы с малым периодом полураспада, а в археологии – с большим?

Применение в медицине и биологии
В медицине и биологии радиоактивные изотопы вводятся в живой организм с целью диагностики (например, для получения изображений органов и тканей) или терапии (для разрушения раковых клеток). Использование изотопов с малым периодом полураспада в этих случаях обусловлено двумя основными причинами:
1. Безопасность для пациента. Радиоактивное вещество должно как можно быстрее выполнить свою функцию и распасться до безопасного уровня или быть выведенным из организма. Это минимизирует дозу облучения, получаемую пациентом, и снижает риск повреждения здоровых тканей. Если бы период полураспада был большим, пациент подвергался бы длительному внутреннему облучению, что опасно для здоровья.
2. Эффективность процедуры. Малый период полураспада означает высокую активность изотопа. Это позволяет использовать очень малые количества вещества для получения четкого диагностического сигнала за короткое время (от минут до нескольких часов). В терапии это обеспечивает доставку необходимой разрушающей дозы радиации к цели (например, опухоли) за контролируемый короткий промежуток времени.

Ответ: В медицине и биологии используются изотопы с малым периодом полураспада для того, чтобы минимизировать радиационный вред для организма, так как вещество быстро распадается, и чтобы обеспечить высокую активность препарата для быстрой и эффективной диагностики или терапии.

Применение в археологии
В археологии и геологии радиоактивные изотопы применяются для определения возраста древних находок, артефактов и горных пород (радиометрическое датирование). Возраст таких объектов может составлять от нескольких тысяч до миллиардов лет.
Для определения возраста измеряют соотношение исходного радиоактивного изотопа и продуктов его распада в образце. Количество нераспавшихся ядер $\text{N}$ со временем $\text{t}$ уменьшается по закону радиоактивного распада: $N(t) = N_0 \cdot 2^{-t/T_{1/2}}$, где $N_0$ — начальное количество ядер, а $T_{1/2}$ — период полураспада.
Чтобы можно было датировать очень старые объекты, необходимо, чтобы к моменту исследования в них еще сохранилось заметное, измеримое количество радиоактивного изотопа. Если бы период полураспада был мал (например, несколько дней или лет), то за тысячи или миллионы лет изотоп бы распался практически полностью, и его остаток был бы невозможно обнаружить. Поэтому для датирования объектов, возраст которых сопоставим с тысячами лет (например, древние органические останки), используют углерод-14 ($T_{1/2} \approx 5730$ лет). Для датирования геологических пород возрастом в миллиарды лет применяют изотопы с еще большим периодом полураспада, такие как уран-238 ($T_{1/2} \approx 4,5$ млрд лет) или калий-40 ($T_{1/2} \approx 1,25$ млрд лет).

Ответ: В археологии используются изотопы с большим периодом полураспада, потому что возраст датируемых объектов очень велик, и только в этом случае к моменту исследования в образце сохранится достаточное для измерения количество радиоактивного изотопа, позволяющее определить его возраст.