Ответьте на вопросы, страница 236 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему в биологии, медицине, сельском хозяйстве и промышленности в качестве «меченых» атомов используют радиоизотопы с малым значением периода полураспада?

Использование радиоизотопов с малым периодом полураспада в качестве «меченых атомов» в биологии, медицине, сельском хозяйстве и промышленности обусловлено двумя ключевыми факторами: безопасностью и эффективностью обнаружения.

1. Безопасность для живых организмов и окружающей среды.

Период полураспада – это время, за которое распадается половина радиоактивных ядер. Короткий период полураспада означает, что изотоп быстро превращается в стабильный (нерадиоактивный) элемент. Это критически важно для медицинских и биологических исследований:

• Минимизация лучевой нагрузки: При введении в живой организм радиоактивный препарат должен как можно быстрее перестать быть радиоактивным после завершения исследования (диагностики). Это снижает дозу облучения, получаемую пациентом или исследуемым организмом, и уменьшает риск повреждения клеток и тканей.
• Экологическая безопасность: В сельском хозяйстве и промышленности использование короткоживущих изотопов предотвращает длительное радиоактивное загрязнение почвы, воды, продукции и оборудования.

2. Высокая активность и чувствительность метода.

Активность (А) радиоактивного препарата, то есть число распадов в секунду, определяет, насколько легко его можно обнаружить. Активность связана с периодом полураспада ($T_{1/2}$) через формулу: $A = \lambda N$, где $N$ – число радиоактивных атомов, а $\lambda$ – постоянная распада, которая обратно пропорциональна периоду полураспада: $\lambda = \frac{\ln(2)}{T_{1/2}}$.

Из этих формул следует, что чем меньше период полураспада $T_{1/2}$, тем больше постоянная распада $\lambda$ и, следовательно, тем выше активность $A$ при том же количестве атомов $N$.

Высокая активность означает, что:

• Изотоп-метка излучает интенсивно, что позволяет детекторам легко его зарегистрировать.
• Можно использовать очень небольшое количество меченого вещества для получения четкого сигнала. Это повышает чувствительность метода и дополнительно снижает токсическое и радиационное воздействие на систему.

3. Практичность исследования.

При выборе изотопа его период полураспада должен быть соизмерим с длительностью изучаемого процесса. Он должен быть достаточно долгим, чтобы можно было провести все необходимые наблюдения, но при этом как можно более коротким для обеспечения безопасности. Например, для изучения быстрого метаболического пути, занимающего несколько часов, идеально подходит изотоп с периодом полураспада в несколько часов, а не в несколько лет.

Таким образом, выбор радиоизотопов с коротким периодом полураспада является оптимальным компромиссом, который обеспечивает высокую эффективность и чувствительность метода «меченых атомов» при максимальной безопасности для живых организмов и окружающей среды.

Ответ: Радиоизотопы с малым периодом полураспада используют в качестве «меченых атомов», так как они, с одной стороны, обладают высокой активностью (что позволяет легко их обнаруживать даже в малых количествах), а с другой – быстро распадаются до стабильных элементов, минимизируя радиационный вред для живых организмов и не создавая долгосрочного радиоактивного загрязнения окружающей среды.