Радиофармацевтика: от ядерных реакций до здоровых пациентов

МКОУ «Лесниковский лицей имени Героя России Тюнина А. В.»
Исследовательская работа
Радиофармацевтика:
от ядерных реакций до
здоровых пациентов
Выполнила ученица 8 класса
Бабушкина Надежда
Курган 2015
1
Содержание
1. α, β, γ – частицы …………………………………………………………....3
1.1.
Открытие α, β, γ – частиц …………………………………….…….3
1.2.
Что представляет собой α, β, γ – частицы…………….…….….…..4
1.3.
Период полураспада…………………………………………..…….4
2. Гамма – лучи ………………………………………………………..….…..6
2.1.
Источники гамма – излучения …………………………….…….…6
2.2.
Применение гамма – излучения …………………………………...6
2.3.
Особенности действия гамма – излучения ………………………..7
2.4.
Вредные последствия гамма – излучения ……………….………..8
2.5.
Полезные последствия гамма – излучения ………………...….…..8
3. Меченый атом в медицине……………………………………….……..…9
Список литературы……………………………………………………….10
2
1. α, β, γ – частицы
Открытие α, β, γ – частиц
1.1.
В 1899 году э. Резерфорд провел опыты, в результате которого было
обнаружено, что радиоактивное излучение неоднородно, то есть оно имеет
сложный состав. Он воздействовал на радиоактивный пучок радия сильным
магнитным полем. В результате оказалось, что пучок состоит из трех
различных частиц с разными зарядами. Положительно заряженные частицы
назвали альфа-частицы (α-частицы), отрицательно заряженные – бетачастицами (β-частицы) , а нейтральные гамма – частицами (γ-частицы).
Резерфорд
построил
установку,
которая
представляла собой толстостенный свинцовый
ящик с прорезью. Внутри ящика помещались
крупицы
радия.
отверстие
Из
выходил
сфокусированный
ящика
сквозь
направленный
пучок
узкое
и
радиоактивного
излучения и попадал на фотопластинку. После
проявления
фотопластинки
на
не
обнаруживалось одно темное пятно в том
месте, куда попадал пучок. (Рис.1)
Рис. 1
Затем всю установку Резерфорд поместил в сильное
магнитное поле. Он рассуждал так: если радиоактивное
излучение является потомком частиц с положительным
зарядом, то на каждую частицу в магнитном поле
действует сила направление которой можно определить
по правилу левой руки. Если радиоактивное излучение это поток частиц, имеющих отрицательный заряд, то он
отклоняется вправо. Если это поток частиц, не имеющих
заряды, то поток не должен отклоняться. (Рис. 2)
Рис. 2
3
1.2.
Что представляет собой α, β, γ- частицы
В результате исследований различных физических характеристик и свойств
этих частиц удалось установить, что α – частицы - это лишенный электрона
атом гелия, β – частица – это электрон, γ – лучи являются «частицами»
электромагнитного излучения (фотонами), или γ – квантами.
При изучении трех видов излучений выяснилось, что путь от α – частицы в
воздухе невелик.
Они полностью задерживаются листом бумаги. Более
проникающим является β – изучение. Оно задерживается цинковой
пластинкой толщиной в несколько миллиметров. Самые проникающие – это
γ – лучи. Они легко проходят через вещество. Чтобы их остановить, нужна
свинцовая пластина толщиной 5 см, либо 30 см бетона, либо 60 см грунта.
(Рис.3)
Рис. 3
1.3.
Период полураспада
Получается, что из некоторых радиоактивных веществ непрерывно
вылетают атомы гелия. Но что же тогда остается? В 1903 году Резерфорд и
4
Содди выяснили, что в результате распада атомы радиоактивного вещества
должны постепенно преобразовываться в атомы какого-то другого вещества.
Этот новый элемент тоже может быть радиоактивным. Для характеристики
радиоактивности данного элемента пользуются величиной – периодом
полураспада. Эта величина показывает, через какое время останется ровно
половина атомов радиоактивного вещества.
Рис. 4
Например
(рис.
4),
если
в
некоторый момент времени t = 0,
вещество
состоит
из
N0
радиоактивных ядер, то через
время
равное
T,
периоду
полураспада, ядер, которые не
распадаются, останется N1=
.
Через время t2 =2T ядер, которые
не распадутся, останется, N2 =
=
. Через время t3=3
останется N1 =
=
Рис. 5
нераспавшихся ядер и т.д. (рис. 5)
Исследования показали, что радиоактивные элементы могут иметь самые
различные периоды полураспада - от десятимиллионных долей секунды, до
миллиардов лет. Но период полураспада для каждого данного вещества
5
определенный, и не изменяется при изменении внешних условий (давлении,
температуры и т.д.) (Рис.6)
Рис.6
2. Гамма – лучи (Рис. 7)
2.1.
Источники гамма –
излучения
Источники гамма- излучения:
Атомные ядра, изменяющие
энергетическое состояние.
Ускоренно
движущиеся
заряженные частицы.
Ядерные
реакции,
радиоактивный распад ядер.
2.2.
Рис. 7
Применение гамма – излучения
Применение гамма-излучения:
6
В медицине для лечения опухолей;
Для
стерилизации
помещений,
аппаратуры
и
лекарственных
препаратов;
Для получения мутаций с последующим отбором хозяйственнополезных форм;
Находит применение в технике, например для обнаружения дефектов в
металлических деталях - гамма-дефектоскопия;
В радиационной химии применяется для инициирования химических
превращений;
Используется
в
пищевой
промышленности
для
стерилизации
продуктов питания;
Гамма-нож
-
установка
для
стереотаксической
радиохирургии
патологий головного мозга.
2.3.
Особенности действия гамма – излучения
Особенности действия гамма-излучения:
Высокая эффективность поглощённой энергии, даже малые её
количества могут вызвать глубокие биологические изменения в
организме.
Наличие скрытого периода проявления действия ионизирующих
излучений.
Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться.
Генетический эффект - воздействие на потомство.
Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к
облучению.
Не каждый организм в целом одинаково реагирует на облучение.
7
Облучение зависит от частоты воздействия. При одной и той же дозе
облучения вредные последствия будут тем меньше, чем более дробно
оно получено во времени.
2.4.
Вредные последствия гамма – излучения
Гамма-излучение вызывает ионизацию живой ткани, ионы обладают иными
свойствами, нежели обычные частицы, функциональность клеток из-за этого
ухудшается .
2.5.
Полезные последствия гамма – излучения
Шотландские ученые разработали гамма-луч, который в тысячу
миллиардов раз ярче солнца. Разработка поможет в лечении рака. Ученые
из университета Стратклайда сообщили, что луч может использоваться
в медицинской томографии, радиотерапии и выработке радиоизотопов,
а также применяться для контроля целостности утилизируемых ядерных
отходов.
Исследователи установили, что ультракороткий лазерный импульс
способен взаимодействовать с ионизированным газом, в результате чего
испускаемые лучи настолько интенсивны, что способны пройти сквозь
свинцовую пластину толщиной 20 см и еще 1,5 метра бетона до полного
поглощения.
Эксперты сообщают, что открытие может привести к созданию сканеров,
которые представят медикам более ясную картину злокачественной опухоли
глубоко в организме.
Также результаты исследования могут потребоваться для более
эффективного лечения, в ходе которого гамма-луч будет использоваться
для уничтожения опухоли.
8
Французский
учёный-
экспериментатор Мария
Кюри
(Рис. 8) во время войны создает
двести двадцать передвижных и
стационарных
рентгеновских
установок, где использовались
эманации радия в медицинских
целях.
Также
она
обучала
военных медиков применению
радиологии,
например,
обнаружению
с
помощью
рентгеновских лучей шрапнели в
теле раненого. В прифронтовой
зоне Кюри помогала создавать
радиологические
установки,
переносными
снабжать
Рис. 8
пункты
первой
рентгеновскими
помощи
аппаратами.
3. Меченый атом в медицине
Метод меченых атомов применяется при изучении биохимических
процессов,
происходящих
в
живых
клетках.
Чтобы
проследить
за
превращениями какого- либо вещества, в него вводят радиоактивную метку,
т. е. заменяют в его молекуле один из атомов соответствующим
радиоактивным изотопом (3Н,32Р,14С). Как известно, по химическим
свойствам изотопы одного и того же элемента не отличаются друг от друга,
но зато радиоактивный изотоп сигнализирует о своем местонахождении
радиоактивным излучением. Это позволяет проследить за определенным
химическим
веществом,
установить
последовательность
этапов
его
химических превращений, продолжительность их во времени, зависимость от
условий и т. д.
9
Список литературы
1. Д. П. Гречухин Гамма-излучение // Физическая энциклопедия
2. Коттон Э. Семья Кюри и радиоактивность / Пер. с франц. Н. Е.
Горфинкель и А. Н. Соколова.. — М.: Атомиздат, 1964. — 176 с.
Интернет – источники
1. http://fb.ru/article/51133/chto-takoe-gamma-luchi
2. http://msk.edu.ua/ivk/Fizika/Konspekt/zakon_radioaktivnogo_raspada.php
3. http://www.mednovelty.ru/content/oncology_and_haematology/935/
4. http://100grp.ru/xx-vek/mariya-skyaodovskaya-kyuri-besstrashnyjissledovatel-radioaktivnosti/
5. http://rae.ru/forum2011/81/110
6. http://class-fizika.narod.ru/9_class.htm
10