Номер 4, страница 175 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава V. Физика атома и атомного ядра. Параграф 38. Радиоактивные изотопы и их использование - номер 4, страница 175.

Условие.

4. Расскажите об использовании радиоактивных изотопов в биологии, медицине, промышленности и сельском хозяйстве.

Решение.

Радиоактивные изотопы — это разновидности химических элементов, ядра которых нестабильны и самопроизвольно распадаются, испуская ионизирующее излучение. Это свойство нашло широкое применение в различных областях науки и техники.

Биология

В биологических исследованиях центральное место занимает метод меченых атомов. Суть метода заключается во введении в исследуемую систему (например, в живой организм или в питательную среду) вещества, в котором один из атомов заменен его радиоактивным изотопом. Поскольку химические свойства изотопов практически одинаковы, организм включает "меченый" атом в метаболические процессы так же, как и его стабильный аналог. С помощью специальных приборов, регистрирующих излучение, можно проследить путь этого вещества, скорость его перемещения и места накопления. Например, используя углекислый газ с радиоактивным углеродом $ ^{14}C $, ученые смогли детально изучить процесс фотосинтеза у растений. С помощью изотопа фосфора $ ^{32}P $ исследуют обмен нуклеиновых кислот. Другое важное применение — радиоуглеродный анализ, который позволяет определять возраст археологических и палеонтологических находок органического происхождения по содержанию в них изотопа $ ^{14}C $.

Ответ: В биологии радиоактивные изотопы используются как индикаторы (меченые атомы) для изучения процессов жизнедеятельности (обмен веществ, фотосинтез) и для определения возраста древних органических останков.

Медицина

В медицине использование радиоактивных изотопов можно разделить на три основных направления: диагностика, терапия и стерилизация.
1. Диагностика. Пациенту вводят радиофармпрепарат — химическое соединение, содержащее короткоживущий радиоизотоп, который избирательно накапливается в определенном органе или ткани. Излучение, испускаемое изотопом, регистрируется внешними детекторами (гамма-камерами), что позволяет получить изображение органа и оценить его функциональное состояние. Так, изотоп йод-131 ($ ^{131}I $) используется для диагностики заболеваний щитовидной железы, а технеций-99m ($ ^{99m}Tc $) — для сканирования костей, почек, мозга.
2. Терапия (лучевая терапия). Ионизирующее излучение способно разрушать клетки, особенно быстро делящиеся, какими являются раковые клетки. Это свойство используется для лечения злокачественных опухолей. При внешней лучевой терапии пучок излучения от мощного источника (например, кобальт-60, $ ^{60}Co $) направляется на опухоль. При внутренней терапии радиоактивный препарат (например, $ ^{131}I $ для лечения рака щитовидной железы) вводится в организм и накапливается непосредственно в пораженном органе, разрушая его изнутри.
3. Стерилизация. Гамма-излучение от изотопа $ ^{60}Co $ используется для стерилизации медицинских инструментов, шприцев, перевязочных материалов, которые не выдерживают стерилизацию высокой температурой.

Ответ: В медицине изотопы применяются для диагностики заболеваний путем визуализации органов, для лечения раковых опухолей с помощью лучевой терапии и для стерилизации медицинских изделий.

Промышленность

В промышленности радиоизотопы служат основой для создания различных контрольно-измерительных приборов и систем автоматизации.
1. Дефектоскопия. Гамма-дефектоскопия — это метод неразрушающего контроля, позволяющий обнаруживать внутренние дефекты (трещины, поры, пустоты) в массивных металлических изделиях, например, в сварных швах или литых деталях. Изделие "просвечивается" гамма-лучами от источника (иридий-192, $ ^{192}Ir $ или кобальт-60, $ ^{60}Co $), а на фотопленке или цифровом детекторе фиксируется теневое изображение его внутренней структуры.
2. Измерительные приборы. Радиоизотопные приборы используются для бесконтактного измерения толщины листовых материалов (бумаги, металлической фольги, пластиковой пленки), плотности и уровня жидкостей и сыпучих материалов в закрытых емкостях. Принцип их действия основан на измерении степени ослабления излучения при прохождении через контролируемое вещество.
3. Другие применения. В ионизационных детекторах дыма используется небольшое количество изотопа америций-241 ($ ^{241}Am $) для ионизации воздуха; попадание дыма в камеру детектора изменяет электрический ток и вызывает срабатывание сигнализации. Важнейшей областью является ядерная энергетика, где на атомных электростанциях (АЭС) используется энергия, выделяющаяся при цепной реакции деления ядер урана-235 ($ ^{235}U $) или плутония-239 ($ ^{239}Pu $).

Ответ: В промышленности изотопы используются для контроля качества продукции (дефектоскопия), в составе измерительных приборов (толщиномеры, уровнемеры), в системах безопасности (детекторы дыма) и для производства электроэнергии на АЭС.

Сельское хозяйство

Применение радиоактивных изотопов в сельском хозяйстве направлено на повышение урожайности и обеспечение продовольственной безопасности.
1. Радиационная селекция. Предпосевное облучение семян или растений гамма-лучами используется для индуцирования мутаций. Это позволяет искусственно увеличить генетическое разнообразие и ускорить процесс селекции, отбирая растения с новыми полезными признаками: повышенной урожайностью, устойчивостью к болезням и засухе.
2. Изучение питания растений. С помощью меченых атомов (например, фосфора-32, $ ^{32}P $) изучают процессы поглощения питательных веществ корневой системой растений из почвы и удобрений. Это помогает разрабатывать наиболее эффективные способы и сроки внесения удобрений, что снижает их расход и уменьшает загрязнение окружающей среды.
3. Борьба с насекомыми-вредителями. Метод стерилизации насекомых заключается в массовом разведении самцов определенного вида вредителей, их стерилизации радиационным облучением и последующем выпуске в природу. Стерильные самцы спариваются с самками, но потомства не производят, что ведет к резкому снижению численности популяции вредителя.
4. Обработка пищевых продуктов. Радиационная обработка (облучение) продуктов питания позволяет уничтожить патогенные микроорганизмы (сальмонеллу, кишечную палочку), насекомых-вредителей и замедлить процессы порчи (например, прорастание картофеля и лука), тем самым значительно увеличивая сроки их хранения.

Ответ: В сельском хозяйстве радиоактивные изотопы применяют для выведения новых сортов растений, оптимизации использования удобрений, борьбы с вредителями и для увеличения сроков хранения продуктов питания.