Номер 7, страница 297 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Примерные темы учебных проектов. III. Практические приложения физических знаний - номер 7, страница 297.

Условие.

Применение радиоактивных материалов в науке, технике, медицине, промышленности, сельском хозяйстве.

Решение.

Радиоактивные материалы и создаваемое ими ионизирующее излучение нашли широкое применение в различных отраслях благодаря своим уникальным свойствам. Они позволяют проводить высокоточные измерения, осуществлять диагностику и терапию, стерилизовать материалы, создавать автономные источники энергии и решать множество других важных задач.

Наука

В научных исследованиях радиоактивные изотопы являются незаменимым инструментом, позволяющим изучать процессы, недоступные для наблюдения другими методами.

• Метод меченых атомов. Радиоактивные изотопы химически не отличаются от своих стабильных аналогов, что позволяет вводить их в состав веществ и отслеживать их путь в сложных химических реакциях, биологических процессах (обмен веществ, фотосинтез) или геологических циклах. Например, с помощью фосфора-32 изучают усвоение удобрений растениями.

• Радиоизотопное датирование. Этот метод позволяет определять возраст археологических находок и геологических пород. Наиболее известен радиоуглеродный анализ, основанный на измерении содержания изотопа углерода-14 (${}^{14}C$) в органических останках. Для датирования горных пород используют изотопы с большим периодом полураспада, например, уран-свинцовый или калий-аргоновый методы.

• Структурный анализ. Нейтронография и рентгеноструктурный анализ, использующие радиоактивные источники или рентгеновские трубки, позволяют исследовать кристаллическую структуру материалов на атомном уровне, что важно для физики, химии и материаловедения.

Ответ: В науке радиоактивные материалы применяются в качестве индикаторов (метод меченых атомов) для изучения различных процессов, для определения возраста древних объектов (радиоизотопное датирование) и для исследования атомной структуры веществ.

Техника

В технике используются как сама энергия радиоактивного распада, так и проникающая способность ионизирующего излучения.

• Радиоизотопные источники энергии (РИТЭГ). Это автономные и долговечные источники электроэнергии, в которых тепло, выделяющееся при распаде изотопов (чаще всего плутония-238), преобразуется в электричество. Они незаменимы в космосе (для питания межпланетных станций, таких как "Вояджер"), а также в удаленных и труднодоступных местах на Земле (например, для питания навигационных маяков и метеостанций).

• Гамма-дефектоскопия. Проникающее гамма-излучение от изотопов кобальта-60 или иридия-192 используется для неразрушающего контроля качества промышленных изделий, например, для обнаружения внутренних трещин и пустот в сварных швах, литых деталях и трубопроводах.

• Ионизационные датчики дыма. В этих устройствах небольшое количество америция-241 ионизирует воздух, создавая стабильный электрический ток. Попадание частиц дыма в камеру датчика нарушает этот ток, что приводит к срабатыванию пожарной сигнализации.

Ответ: В технике радиоактивные материалы используются для создания автономных источников энергии (РИТЭГ), для контроля качества изделий (дефектоскопия), в системах пожарной безопасности (датчики дыма) и в различных измерительных приборах.

Медицина

Применение радиоактивных изотопов в медицине (ядерная медицина) произвело революцию в диагностике и лечении многих заболеваний, в первую очередь онкологических.

• Диагностика. В организм вводятся специальные радиофармпрепараты, содержащие короткоживущие изотопы (например, технеций-99m). Эти препараты избирательно накапливаются в определенных органах или тканях. Регистрируя их излучение с помощью гамма-камер или ПЭТ-сканеров, врачи получают изображение органа и могут оценить его функциональное состояние, выявить опухоли и метастазы на ранних стадиях.

• Лучевая терапия. Направленное ионизирующее излучение от мощных источников (например, кобальт-60 в установках "гамма-нож") или ускорителей заряженных частиц используется для разрушения раковых клеток. Этот метод позволяет целенаправленно воздействовать на опухоль, минимизируя повреждение окружающих здоровых тканей.

• Стерилизация. Гамма-излучением обрабатывают медицинские инструменты, шприцы, системы для переливания крови, перевязочные материалы. Это надежный метод холодной стерилизации, так как излучение проникает через герметичную упаковку и уничтожает все микроорганизмы.

Ответ: В медицине радиоактивные материалы применяются для диагностики заболеваний (визуализация органов и тканей), для лечения онкологических заболеваний (лучевая терапия) и для стерилизации медицинских инструментов и материалов.

Промышленность

В промышленности радиоизотопные приборы служат для автоматизации и контроля технологических процессов.

• Контрольно-измерительные приборы. Радиоизотопные толщиномеры, уровнемеры и плотномеры позволяют бесконтактно измерять толщину листовых материалов (бумаги, стали, фольги), уровень жидкости или сыпучих веществ в закрытых емкостях, а также плотность сред в трубопроводах непосредственно в ходе производственного процесса.

• Радиационная химия. Облучение используется для модификации свойств материалов. Например, радиационное сшивание полиэтилена придает ему повышенную термостойкость и прочность, что используется при производстве изоляции для кабелей. Также излучение инициирует полимеризацию и другие химические процессы.

• Нейтрализация статического электричества. В текстильной, бумажной и полиграфической промышленности альфа-излучатели (на основе полония-210) ионизируют воздух, способствуя стеканию статических зарядов с поверхности материалов, что предотвращает их слипание, притягивание пыли и риск возгорания.

Ответ: В промышленности радиоактивные материалы используются в контрольно-измерительных приборах (толщиномеры, уровнемеры), для модификации свойств материалов (радиационная химия) и для снятия статического электричества.

Сельское хозяйство

В сельском хозяйстве радиационные технологии помогают повышать урожайность, бороться с вредителями и дольше сохранять продукцию.

• Радиационная селекция. Предпосевное облучение семян небольшими дозами гамма-излучения может стимулировать их рост и повысить урожайность. Большие дозы вызывают мутации, что используется селекционерами для выведения новых сортов растений с полезными свойствами (устойчивость к болезням, высокая продуктивность).

• Борьба с насекомыми-вредителями. Эффективен метод стерилизации насекомых. В лаборатории разводят большое количество самцов-вредителей, стерилизуют их облучением и выпускают в природу. Они спариваются с самками, но не дают потомства, что приводит к резкому снижению численности популяции вредителей без применения химических инсектицидов.

• Сохранение продуктов питания. Обработка продуктов (зерна, картофеля, фруктов, мяса, специй) ионизирующим излучением уничтожает бактерии, плесень, насекомых-вредителей и замедляет процессы прорастания и порчи. Это позволяет значительно увеличить сроки хранения сельскохозяйственной продукции.

Ответ: В сельском хозяйстве радиоактивные материалы применяются для выведения новых сортов растений (радиационная селекция), для борьбы с вредителями методом стерилизации и для увеличения сроков хранения продуктов питания путем их обработки излучением.