Transcript پاورپوینت رادیوشیمی

‫موضوع ‪:‬‬
‫رادیو شیمی‬
‫فهرست ‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫رادیو شیمی چیست ؟‬
‫پیدایش رادیو شیمی‬
‫رابطه بین شیمی هسته ای و رادیو شیمی‬
‫حوضه عمل شیمی هسته ای‬
‫ساخنارهسته و واکنشهای هسته ای‬
‫ذرات و تابشهای حاصل از مواد پرتوزا‬
‫ذرات الفا‬
‫ذرات بتا‬
‫پرتوی گاما‬
‫ذرات پوزیترون‬
‫نوترون‬
‫روشهای پرتو نگاری پوزیترون‬
‫نوترون دمایی‬
‫آنتی نوترون‬
‫واکنشهای تالشی‬
‫‪‬برهمکنش تابش هسته ای با ماده‬
‫• اثر فتو الکتریک‬
‫• اثر کامپتون‬
‫• فرایند ایجاد زوج یون‬
‫‪‬اورانیوم و رادیو اکتیویته‬
‫‪‬اندازه گیری رادیو اکتیویته‬
‫‪‬خطرات مواد رادیو اکتیو‬
‫‪‬طیف بینی موسباور‬
‫‪‬روشهای تجزی ایزوتوپ های پرتو زا‬
‫• روش رقیق کردن ایزوتوپی‬
‫• تجزیه با فعال سازی نوترونی‬
‫• روش تجزیه نشاندار کردن‬
‫‪‬احتیاط ایمنی‬
‫‪‬نتیجه گیری‬
‫رادیو شیمی یکی از شاخه های رشته شیمی است که پس از کشف‬
‫رادیواکتیویته پدید آمد و دریافتند که رادیواکتیویته به جز اثرات فیزیکی‬
‫تاثیرات شیمیایی هم دارد‪.‬‬
‫پیدایش رادیو شیمی ‪:‬‬
‫‪.‬‬
‫‪.‬‬
‫برای اولین بار پیش از جنگ جهانی دوم به واژه ی رادیو شیمی بر می خوریم‪.‬‬
‫رادیو شیمی براثر توسعه علمی که درباره ی هسته اتم بوده پدید آمده است‪.‬‬
‫امروزه رادیو شیمی در مجموع به علوم مربوط به پدیده های شیمیایی حاصل از‬
‫تغییرات هسته ای و واکنش های آن ها اطالق می شود‪ .‬همچنین واکنش های‬
‫شیمیایی ناشی از تغییرات هسته ای و واکنش های آن هاو نیز واکنش های‬
‫شیمیایی حاصل از میانکنش هسته ای می گویند‪.‬‬
‫شیمی هسته ای به پدیده هایی می گویند که ویژگی‬
‫شیمیایی دارند و هسته اتم مستقیما در آنجا شرکت می‬
‫جویند‪ .‬رادیو شیمی مجموعه پدیده ها و واکنش هایی‬
‫است که بر اثر پرتو تابیده از هسته اتم روی می دهد را‬
‫شامل می شود در اینجا خود هسته مستقیما نقشی ندارد‪.‬‬
‫شیمی هسته ای در واقع بخشی از شیمی فیزیک است‬
‫که رادیو شیمی یکی از انشعابات آن و در قالب شیمی‬
‫رادیو اکتیویته بیان می شود‪.‬‬
‫رادیو شیمی صنعتی شاخه ای از شیمی است که هدف آن تولید مواد‬
‫اولیه و خالص برای راکتور ها وتکنولوژی هایی هسته ای و تولید‬
‫ایزوتوپ ها رادیو اکتیو برای صنایع دیگر است‪.‬‬
‫محصوالت اصلی رادیو شیمی صنعتی عبارت اند از‪:‬‬
‫‪ ‬سوخت هسته ای‬
‫‪ ‬مواد جانبی تکنولوژی هسته ای‬
‫‪ ‬ایزوتوپ هایی پایدار و ناپیدار و مواد شیمیایی بسیار خالص‬
‫برای اکثر اهداف تصویر ساده ای از هسته اتم مناسب میباشد این ممکن است به‬
‫صورت مجموعه ای از نوترون ها و پروتون ها (مجموعا به عنوان هسته شناخته‬
‫شده است) در نظر گرفته شود که مجموعه ایی از سطوح انرژی شبیه به نظم‬
‫الکترون هایی فوق هسته ایی منظم شده اند شکل زیر قطر هسته ایی در حدود‬
‫) ‪ (10−14‬متر را نشان می دهد ‪.‬انتقاالت بین سطوح هسته ایی ممکن است همراه ال‬
‫نشر و یا جذب انرژی صورت گیرد که غالبا در شکل تشعشع الکترومغناطیس (اشعه‬
‫‪ )ᵞ‬می باشد سطوح انرژی به مقدار زیادی فاصله دارند‪ .‬به طوری که تشعشع دارای‬
‫فوتون هایی با انرژی باال و طول موج کوتاه ( ‪10−11‬تا ‪10−7 nm‬‬
‫یا‪100Kev‬تا‪ )5Mev‬خواهند داشت ‪ .‬انتقاالت هسته ایی و تشعشعات الکترو‬
‫مغناطیس متناظرشان به عنوان مشخصه ی یک هسته همانند انتقاالت الکترونی و‬
‫ارتعاشی برای اتم ها و مولکول ها اختصاصی است‪.‬‬
‫ذرات و تابش های حاصل از پرتوزایی های مختلف از لحاظ انرژی و سرعت تولید‬
‫با یکدیگر متفاوت اند و در واقع هسته های رادیو اکتیو متحمل واکنش های متفاوتی‬
‫می شوند‪.‬‬
‫‪E=mc^2‬واپاشی رادیو اکتیو در اثر کاهش مقدار ماده جمع شده طبق فرمول‬
‫انجام می شود که در واقع طبق این فرمول جرم توده ای به صورت انرژی جنبشی‬
‫ذرات نشر می شود این شیوه فروپاشی خصوصیات متفاوتی داشته و توسط روش‬
‫های مخصوص به خود شناسایی می شوند ‪.‬‬
‫در یک ایزوتوپ پایدار نسبت نوترون به پروتون یک است ولی در ایزوتوپ های‬
‫ناپایدار این رقم کمتر از یک بوده و هسته با جذب و یا از دست دادن انرژی به‬
‫سمت پایدار شدن پیش می رود و در حین این عمل ذرات وتابش های متفاوتی را‬
‫نشر می کنند‪.‬‬
‫‪ -1‬ذرات‬
‫‪+2‬‬
‫الفا‪𝐻𝑒 :‬‬
‫آزمایشات نشان داده است که میدان الکتریکی یا مغناطیسی می تواند تابش را‬
‫بشکافد که از این شکاف سه پرتو الفا بتا وگاما ایجاد می شود ‪.‬‬
‫با توجه به جهت گیری پرتو الفا در میدان مغناطیسی معلوم شده است که ذرات‬
‫الفا دارای بار مثبت اند ‪.‬‬
‫خصوصیات ‪:‬‬
‫الف) ذره ی الفا دارای دو پروتون ودو نوترون می باشد‬
‫ب) این ذرات انرژی کمی دارند در اثر برخورد به یک صفحه ی نازک فلزی متوقف می شوند ‪.‬‬
‫ج) چون از یک مسیر تولید می شوند همگی انرژی یکسانی دارند‪.‬‬
‫د)در اثر گرفتن دو الکترون به ‪He‬تبدیل میشوند‪.‬‬
‫ه) سرعت این ذرات نسبت به دو ذره دیگر کمتر است چون جرم آن بیشتر است ‪.‬‬
‫ن)به علت جرم و بار باال هنگام عبور از ماده جفت یون تولید می کند که آشکار سازی ذره الفا را راحتر‬
‫می کند‪.‬‬
‫تابش الفا از مشخصات هسته های خاصی است که در شناسایی آنها موثر می باشد‪.‬‬
‫البته باید توجه داشت که واپاشی آنها تنها در عناصر سنگین تر از عدد اتمی ‪ 52‬مشاهده می شود ولی دیگر‬
‫تابش ها در همه ی عناصر وجود دارد ‪.‬‬
‫‪-2‬ذرات بتا ‪:‬‬
‫ذرات ‪β‬همان اشعه کاتدی اند یا همان جریانی از الکترون که‬
‫سرعتی در حد سرعت نور را دارند‪.‬‬
‫خصوصیات ‪:‬‬
‫الف ) با قرار گرفتن در میدان مغناطیسی به سمت قطب مثبت جهت گیری‬
‫می کنند‪.‬‬
‫ب ) هر واکنشی که در ان عدد اتمی تغییر کند ولی عدد جرمی بدون تغییر‬
‫شناخته می شود ‪β .‬بماند تالشی‬
‫ج ) قدرت نفوذ ان نسبت به ذره الفا بیشتر است زیرا جرم ان کمتر است ‪.‬‬
‫د ) شناسایی ان ها در هوا بدلیل میل زیاد به پراکندگی مشکل است ‪.‬‬
‫ه )در تولید جفت یون نسبت به ذره الفا ضعیف تر عمل می کند ‪.‬‬
‫‪ -3‬پرتو گاما ‪:‬‬
‫از رایج ترین اشعه هاست در حقیقت موج الکترومغناطیس است و هنگامی ‪δ‬اشعه‬
‫به وجود می اید که هسته در حالت برانگیخته خودش قرار دارد ‪.‬‬
‫وقتی الکترون در حالت برانگیخته قرار می گیرد با نسر تابش الکترومغناطیس به‬
‫حالت پایه می اید و پایدار می شود ‪ .‬این انرژی در هسته ها متفاوت است و در حد‬
‫نمی باشد و بصورت اشعه الکترومغناطیس گاما ‪IR,XRay,uv,Visible‬انرژی‬
‫می باشد که انرژی بسیار بیشتری از انرژی الکترون ها را داراست‪.‬‬
‫یک نکته ‪:‬‬
‫پرتو گاما از اسایش هسته ای تولید میشوند‬
‫از اسایش الکترونی تولید می شوند‪X .‬پرتو‬
‫اشعه گاما را تولید نمی کنیم بلکه هسته هایی هستند که پرتو گاما را از خود نشر می‬
‫کنند‪.‬‬
‫‪ -4‬ذرات پوزیترون (‪)β⁺‬‬
‫پوزیترون و یا آنتی الکترون یک ضد ذره ویا نقطه مقابل الکترون‬
‫است ‪ .‬این ذره دارای بار مثبت واسپین ‪ 2/1‬است وهمان جرم‬
‫الکترون را داراست وقتی که یک پوزیترون کم انرژی برخورد می‬
‫کند عمل خنثی شدن صورت می گیرد که دو یا بیشتر فوتون اشعه‬
‫گاما را تولید می کند‪ .‬وجود پوزیترون اولین بار در سال ‪ 1928‬به‬
‫وسیله پل دیراک کشف شد ‪ .‬پوزیترون اولین شاهد ضد ذره بوده و‬
‫بوسیله عبور اشعه کیهانی از یک فضای ابری مانند و یک صفحه‬
‫سربی که بوسیله میدان آهنربایی محصور شده بود مشاهده شد‬
‫‪.‬امروزه پوزیترون ها بوسیله فروپاشی ردیاب های رادیواکتیو به‬
‫وجود می آیند‬
‫روشهای پرتو نگاری پوزیترون‪:‬‬
‫روش )‪(PET‬یک تکنیک نشان دادن فعالیت هسته در داروهاست که یک تصویر سه بعدی از فرایندهای‬
‫اساسی بدن را ایجاد می کند ‪.‬‬
‫این سیستم اشعه گاما نشر شده به صورت غیر مستقیم و بوسیله نشر پوزیترون هسته رادیو اکتیو را تعیین می‬
‫کند و در واقع تصویرهای غلظت های ردیاب در یک فضای سه بعدی بدن تعیین شده و بوسیله انالیز‬
‫کامپیوتر این تصاویر ساخته میشود ‪.‬‬
‫برای هدایت اسکن یک ایزوتوپ ردیاب رادیو اکتیو با عمر کوتاه به هدف یا نمونه زنده تزریق می شود ‪.‬‬
‫ردیاب معموال از نظر شمیایی در سیستم بیولوژیکی یک مولکول فعال است ‪.‬‬
‫یک مدت کوتاه طول می کشد که ماده ردیاب در بافت به غلظت مورد نظر برسد ‪ .‬بعد از ان بیمار در اسکنر‬
‫تصویر برداری قرار داده می شود ‪.‬مولکول مورد استفاده معموال فولئورو دی اکسید گلوکز )‪(FDG‬که‬
‫زمان انتظار ان حدود یک ساعت می باشد‪ .‬در طی اسکن ثبت غلظت به وسیله فروپاشی ماده ردیاب انجام‬
‫می شود ‪ .‬هنگامی که رادیو ایزوتوپ ها فروپاشی نشر پوزیترون را انجام می دهند یک ذره با بار مخالف‬
‫(الکترون) نشر می شود که چند میلیمتر جلوتر از حرکت پوزیترون ان را خنثی می سازد و تولید دو فوتون‬
‫گاما می کند که در جهت مخالف حرکت می کنند ‪.‬‬
‫بیماری که دارو هسته ای دریافت می کند متحمل اشعه تابشی می شود و یک دوز تابش را دریافت می کند‬
‫طبق پژوهش های مختلف معلوم شده است که دوز تابش هرچند ناچیز می تواند خطرناک باشد این خطرا‬
‫مشابه خطرات تابش اشعه ‪X‬هستند‪.‬‬
‫‪ -5‬نوترون ‪:‬‬
‫ذره ایست کروی به شعاع ‪ 10−12 cm‬و دانسیته معادل ‪ 1014‬گرم بر سانتیمتر مکعب‬
‫داشته و جرم ان مساوی ‪1.6747*10−24‬گرم ویا‪1.0086654 amu‬‬
‫می باشد‪.‬‬
‫این ذره در سال ‪ 1932‬توسط چاودیک کشف شد ‪.‬‬
‫خصوصیات نوترون‪:‬‬
‫نوترون درون هسته اتم قرار دارد که بار الکتریکی ندارد و جرم آن کمی بیشتر از پروتون می باشد ‪ .‬نوترون‬
‫معموال در هسته ی اتم ها یافت می شود‪ .‬هسته تمام اتم ها شامل نوترون است و تعداد نوترون در واقع‬
‫ایزوتوپ های مختلف ان عنصر را مشخص می کند ‪ .‬نوترون آزاد غیر پایدار است و طی فرایند های شکافت‬
‫یا جوشش هسته ای تولید می شوند ‪.‬‬
‫نوترون ها در حالت ازاد پایدار نیستند و با یک نیمه عمر ‪ 12.5‬دقیقه ای متالشی شده و الکترون و پروتون‬
‫آزاد می کنند البته نوترون ها فرصت تالشی ندارند چون به سرعت با اتم های اطراف خود واکنش می دهند‪.‬‬
‫نوترون ها به عنوان یک بمباران کننده خوب هستند و دارای قدرت نفوذ باال و به علت نداشتن بار تحت‬
‫ممانعت الکتروستاتیکی قرار نمی گیرند‪.‬‬
‫نوترون ها همان طور که گفته شد یک عنصر شمیایی نیستند ولی نوترون های ازاد‬
‫بعضی مواقع در جدول هسته ها دیده می شود که در این صورت عدد اتمی ان صفر و‬
‫عدد جرمی ان ها یک می باشد شکل زیر واکنش تولید نوترون را نشان می دهد‪.‬‬
‫در خارج هسته نوترون ازاد ناپایدار است تنها توسط فروپاشی هسته ای حاصل می‬
‫شوند و میانگین طول عمر ان حدود ‪ 15‬دقیقه است که در این حالت نشر تابش به یک‬
‫الکترون با بار منفی انتی نوترینو و پروتون تبدیل می شوند ‪.‬‬
‫این فرایند فروپاشی بتا نام دارد‪.‬‬
‫همچنین پروتون ها هم می توانند توسط فرایند عکس فروپاشی بتا به نوترون تبدیل‬
‫شوند‪.‬‬
‫که در این حالت فرایند تبدیل به وسیلهنشر پوزیترون و یک نوترینو اتفاق می افتد ‪.‬‬
‫باید توجه داشت که قرار گرفتن مقابل فوتونترون های ازاد خطرناک است و هنگامی‬
‫که واکنش نوترون ها با مولکول های بدن اتفاق می افتد می تواند منجر به تولید‬
‫مولکول های سرطانی شود‬
‫بعضی از مواد مثل پارافین (دارای هیدروژن های اشباع) می توانند به عنوان محافظ‬
‫نوترونی عمل کنند ‪.‬همچنین هیدروژن های معمولی هم می توانند باعث کند شدن‬
‫نوترون ها شوند و بوسیله موادی که تمایل به جذب ان ها دارند مثل لیتیم یا اب سنگین‬
‫(دوتریم دار) جذب شوند‪.‬‬
‫منابع تولید نوترون‪:‬‬
‫‪ -1‬هسته های مختلف در طی پایدار شدن واپاشی نوترونی انجام می دهند که تحت عنوان‬
‫نشر نوترون نام گرفته است و این آفریند طی جوشش های خود بخودی رایج است‪.‬‬
‫‪-2‬تابش های کیهانی در برخورد با اتمسفر زمین به طور پیوسته نوترونی را تولید می‬
‫کنند را تولید می کنند به سطح زمین برسند ‪.‬‬
‫‪ -3‬راکتور های شکافت هسته ای نیز نوترون ها را به عنوان یک محصول پساب تولید‬
‫می کنند که می توان این نوترون های پر انرژی را به دام انداخت و به صورت یک‬
‫انرژی مفید در مهندسی از آن بهره برد ‪.‬یک مثال از تولید نوترون در راکتور هسته ای‬
‫است که ‪U235‬یا ‪Po239‬این کار را انجام می دهند‪.‬‬
‫‪ -4‬استفاده از شتاب دهنده ها که در واقع تولید نوترون های با انرژی باال می نماید ‪.‬‬
‫نوترون هایی با چگالی تابشی متفاوت می توانند برای تولید رادیو ایزوتوپ های مختلف‬
‫در طی فرایند فعالسازی نوترونی که واقع یک نوع به دام اندازی نوترونی است استفاده‬
‫کنند‪.‬‬
‫نوترون دمایی‪:‬‬
‫در دمای اتاق داراست ‪KT=0.024ev‬نوترون گرمایی یک نوترون آزاد است که طبق توزیع بولتزمن‬
‫برسد که بعد از حدود ‪ 10-20‬برخورد با نوکلئون ‪.Km/s‬که این باعث می شود تا سرعت ان به ‪2.2‬‬
‫این نوترون به این سطح انرژي می رسند ‪ .‬در بسیاری از مواد نوترون های گرم که سرعت میانگینی‬
‫دارند به علت داشتن سطح مقطع برخورد بیشتر بهتر از نوترون های سریع جذب می شوند و می توانند به‬
‫اسانی تولید و هسته سنگین تر و اغلب ناپایدارتر و یا به عبارتی ایزوتوپ های عناصر را منجر می شوند‬
‫‪.‬‬
‫آنتی نوترون ‪:‬‬
‫آنتی نوترون در واقع یک ضد ذره نوترون می باشد که در سال ‪ 1956‬یک سا پس‬
‫از کشف آنتی پروتون بوسیله بروک کرک کشف شد ‪.‬‬
‫تفاوت جزئی بین جرم نوترون و آنتی نوترون در حدود𝑟𝑔 ‪9±5.10−5‬می باشد‪.‬‬
‫همچنین انواع دیگری از واپاشی رادیوکتیو کشف شده که همان ذرات قبلی را با‬
‫مکانیزیم متفاوتی نشد می کنند که این ذرات جدید نه شامل ذرات الفا و نه بتا هستند‪.‬‬
‫‪‬واکنشهای تالشی‬
‫‪‬برهمکنش تابش هسته ای با ماده‬
‫‪‬اورانیوم و اکتیویته‬
‫‪‬اندازه گیری رادیو اکتیویته‬
‫‪‬خطرات مواد رادیو اکتیو‬
‫‪‬طیف بینی موسباور‬
‫واکنش های تالشی ‪:‬‬
‫پایداری کلی یک هسته به صورت تنگاتنگی به هر دو تعداد کل و نسبی نوترون ها و پروتون ها در ان هسته‬
‫دارد ‪ .‬اگر عدد جرمی بزرگ تر از ‪ 209‬باشد ناپایدار بزرگی وجود خواهد داشت و هسته بوسیله نشر ذرات‬
‫بزرگ ذرات هلیم و ذرات الفا به سطوح انرژی پایین تری تعدیل خواهد شد ‪ .‬برای هسته های خیلی سنگین‬
‫عدد جرمی باالتر از ‪ 238‬شکاف خودبخودی یکی از طریقه های مهم تالشی است در این فرایند شکاف‬
‫هسته به دو قسمت کامال مساوی اتفاق می افتد‪.‬‬
‫معلوم شده است که برای یک عدد جرمی مشخص با افزایش جرم نسبت پایدار نوترون به پروتون از ‪ 1‬به‬
‫‪ 1.5‬تغییر می نماید شکل زیر هر هسته ای که نسبتش خارج از این مقادیر قرار گیرد ناپایدار خواهد بود و‬
‫به گونه ای تالشی می یابد که به یک نسبت پایدارتر برسد ‪ .‬در صورت انجام این عمل نوترون ها و پروتون‬
‫ها تبدیل متقابل خواهند شد و نوعا پوزیترون یا نگاترون ها نشر خواهد شد ‪.‬‬
‫فرایندهای تالشی مستلزم نشر ذرات با انرژی باال در رویداد اولیه خواهد بود بالفاصله بدنبال نشر اشعه گاما‬
‫هسته جدید به سطوح پایه اش تعدیل می نماید ‪ .‬طریقه های مهم تالشی رادیو اکتیو در زیر اورده ایم‪:‬‬
‫‪ -1‬تالشی الفا‬
‫‪ -2‬تالشی نگاترون‬
‫برهم کنش تابش هسته ای با ماده‬
‫‪ ‬پرتو بتا ‪ :‬با الکترونهای ماده ای که با ان برخورد دارد بر هم کنش می‬
‫کند ‪ .‬در این مورد مولکول می تواند مراحل تجزیه برانگیختگی و یا‬
‫یونش را طی کند بدیهی است که فرایند یونش اساس تشخیص ذرات بتا‬
‫است ‪ .‬در برخورد پرتو بتا با ماده زوج یون تولید می شود ‪.‬‬
‫‪ ‬ذرات الفا ‪ :‬نیز در برخورد با ماده انرژی خود را از دست خواهند داد ولی‬
‫قدرت یونش انها خیلی بیشتر از پرتو بتا است زیرا ذرات الفا از هسته اتم‬
‫با انرژی معینی گسیل می شوند و در برخورد با الکترون ها فقط مقدار‬
‫ناچیزی از انرژی خود را از دست می دهند ‪.‬‬
‫برخورد کلیه ذرات الفای گسیل شده از یک هسته در فاصله معین به جسم‬
‫جاذب انجام می گیرد ‪.‬بنبراین تعیین حدود و دامنه پرتو الفا به سادگی صورت‬
‫گرفته و میزان انرژی ان با مراجعه به منحنی های استاندارد انجام می گیرد‪.‬‬
‫‪ ‬پرتو گاما ‪ :‬تابش گاما که با طول موج کوتاه و دامنه انرژی‬
‫فروپاشی آن بین ‪ 0.1‬تا‪ 3‬میکرو الکترون ولت است و چون باردار‬
‫نیستند دامنه حرکتی گسترده ای دارند و در برخورد با ماده‬
‫به سه صورت انرژی خود را از دست می دهد ‪:‬‬
‫الف) اثر فوتو الکتریک‬
‫ب) اثر کامپتون‬
‫ج) فرایند ایجاد زوج یون‬
‫الف) اثر فوتوالکتریک ‪:‬‬
‫در این فرایند پرتو گاما جذب الکترون های داخلی اتم شده و سبب می شود که‬
‫الکترون از اتم یا مولکول خارج شود(نظیر جذب پرتو‪ .)X‬این اثر برای‬
‫عناصر جاذب سنگین و پرتو گاما با انرژی کم مهم است‪.‬‬
‫ب) اثر کامپتون‪:‬‬
‫در این فرایند قسمتی از انرژی تابش گاما به الکترون منتقل شده و در نتیجه‬
‫پرتو گاما با انرژی کمتر در جهتی متفاوت انتشار می یابد چنانچه انرژی‬
‫فوتون گاما کافی باشد یک الکترون پیوندی ازاد شده و از انرژی فوتون گاما‬
‫کاسته می شود‬
‫در این صورت ممکن است فوتون گاما پراکنده شده و باعث کنده شدن‬
‫الکترون دیگری می شود‪.‬‬
‫ج) فرایند ایجاد زوج یون ‪:‬‬
‫هنگامی که پرتو گاما پر انرژی با هسته یک اتم سنگین بر هم کنش نموده و از بین برود زوج الکترون و‬
‫پوزیترون تولید می شود برعکس هنگامی که پوزیترون و الکترونبا هسته برخورد داشته باشند پرتو گاما‬
‫ایجاد می شود ‪ .‬جذب هر سه نوع پرتو گاما به وسیله ماده تابع قانون بیر ‪Mev‬با انرژی برابر با ‪0.51‬‬
‫المبرت بوده و از رابطه زیر بدست می اید‬
‫𝑥‪𝐼 = 𝐼0 𝑒 −µ‬‬
‫‪𝐼0‬‬
‫‪I‬‬
‫‪( 𝑋1/2‬‬
‫‪.‬‬
‫)‬
‫‪µ‬‬
‫‪x‬‬
‫‪I‬‬
‫‪𝐼0/2‬‬
‫‪X1‬‬
‫‪0.693‬‬
‫=‬
‫‪2‬‬
‫‪µ‬‬
‫نوترون ها بار ندارند لذا با الکترون ها بر هم کنشی نداشته و به سادگی وارد هسته‬
‫می گردندو جود انها توسط واکنش ثانویه تشخیص داده می شود ‪.‬‬
‫اورانیوم و رادیو اکتیویته‬
‫همه ی ایزوتوپ های اورانیوم رادیواکتیو هستند با نیمه عمر بی نهایت طوالنی‬
‫هسته ی رادیو اکتیویته یک نیمه عمر مشخص داراست که این نیمه عمرها متفاوتند‪.‬‬
‫اتم های اورانیوم به دیگر اتم ها شکافته می شوند اورانیوم ومحصوالت واپاشی ان اوال‬
‫تابش الفا نشر می کنند ‪.‬اگر چه سطوح پایین تر هر دو تابش بتا و گاما نشر می کنند‪.‬‬
‫سطوح فعالیت کل اورانیوم بستگی به ترکیب ایزوتوپ ها و پروسه تاریخی انها دارد‪.‬و‬
‫یک نمونه اورانیوم طبیعی استخراج شده از معدن شامل ‪ 99.3‬درصد ‪U-238‬و‪0.7‬‬
‫درصد شامل ‪U-235‬ویک مقدار ناچیز از ‪U-234‬را شامل می شود ‪U-234 .‬و‬
‫‪U-235‬مقدار خطر بیشتری می افرینند‪.‬‬
‫چون مقدار نیمه عمر کوتاهتری دارد فسادش سریع تر است و بنابراین رادیو ‪U-238‬‬
‫اکتیویته بیشتر دارد‪.‬چون همه ی ایزوتوپ های اورانیوم نشرکننده الفا هستند انها تنها‬
‫خطرناکند به خصوص اگر خورده شوند یا تنفس شوند‬
‫اندازه گیری رادیو اکتیویته‪:‬‬
‫نشر های رادیو اکتیو به وسیله اثر دادن آنها برای فعال کردن‬
‫آشکارساز از طریق دنبال کردن مجموعه ای از ضربان های دنباله‬
‫ای الکتریکی تولیدشده اندازه گیری می شود‪.‬اگر نمونه در ارتباط‬
‫ثابت با آشکار ساز قرار داده شود تعداد ضربان های تولید شده در‬
‫یک زمان معین یعنی شمارش سنجشی از رادیو اکتیوخواهد بود‪.‬با‬
‫درجه بندی از طریق استفاده از منابع استاندارد ‪،‬ممکن است تناسب‬
‫بین فعالیت منبع وشمارش راتعیین نمود‪.‬در شرایط معین ارتفاع‬
‫ضربان های تولید شده به طور مستقیم متناسب با انرژی ذرات‬
‫ورودی یا فوتون ها می باشد‪.‬بدین ترتیب می توان از تجزیه ارتفاع‬
‫ضربان برای تمیز دادن بین نشرهای مختلف و رادیو نوکلوئیدها‬
‫استفاده کرد‪.‬‬
Film1
‫خطرات مواد رادیو اکتیو‪:‬‬
‫خطرات مواد رادیواکتیو و تابش به صورت سریع تشخیص داده شده‬
‫است‪.‬اثرات بحرانی و شدید تابش برای اولین بار در هنگام استفاده‬
‫از اشعه ‪X‬تشخیص داده شد ‪.‬در هنگامی که موتور الکتریکی نیکوال‬
‫تسال در سال ‪1896‬در انگلستان او را هدف قرار داد‪.‬البته بعدها شفا‬
‫پیدا کرد‪.‬‬
‫اثرات ژنتیکی تابش مواد شامل مخاطرات سرطان بعدها تشخیص‬
‫داده شد‪.‬در سال ‪ 1927‬هرمن جوزف مولر تحقیقات خود راروی‬
‫اثرات ژنتیکی انجام داد وجایزه نوبل را دریافت کرد‪.‬قبل از اینکه‬
‫اثرات بیولوژیکی شناخته شود بسیاری از فیزیکدانان سعی می‬
‫کردند که مواد رادیو اکتیو را به صورت داروی اختصاصی نشان‬
‫دار کنند‪.‬مثال کم خونی رادیوم مشخص شده است‪.‬‬
‫طیف بینی موسباور‪:‬‬
‫این اصطالح به مطالعه ی فلورسانی رزونانسی تابش گاما اشاره دارد‪.‬این فن با‬
‫فلورسانی رزونانسی در ناحیه ی نوری قابل مقایسه است‪،‬ولی به جای ترازهای انرژپی‬
‫اتمی ‪،‬شامل ترازهای انرژی درون هسته ای است‪ .‬مشخصه ی مهم این تابش تحت‬
‫شرایط بهینه ی اندازه گیری ‪،‬تیزی زیاد خطهاست‪.‬مثال پرتوگامای رزونانسی ‪Zn‬در‬
‫نصف ارتفاع‪،‬پهنایی برابر تنها ‪eV4.8.10−11‬حدود ‪ 2‬قسمت در ‪ 1015‬انرژی‬
‫فوتون دارد که تقریبا ‪ 93 keV‬است‪.‬این را می توان باپرتوایکس ‪ZnK‬مقایسه کرد که‬
‫در نصف ارتفاع‪،‬پهنایی برابر ‪ eV4.8.10−8‬برای یک فوتون ‪6/8 keV‬‬
‫یا حدود ‪ 2‬قسمت در تقریبا ‪ 10000‬مرتبه پهن تر از تابش گاما دارد‪.‬‬
‫گسترده ترین مطالعات روی عنصر اهن انجام شده ‪،‬زیرا دسترسی به ترازهای انرژی‬
‫هسته ای ایزوتوپ ‪ 57Fe‬اسانترین است‪.‬این گونه یک تراز شبه پایدار ‪keV‬‬
‫‪ 4/14‬باالی حالت پایه ی پایدار داردو گذار بین این تراز ها ‪،‬گاماهایی تولید می کنند‬
‫جذب می شود‬
‫که به سهولت به وسیله ی حالت پایه ی هسته های ‪57Fe‬‬
‫‪.‬‬
‫نمودار بلوکی یک دستگاه موسبار نوعی در شکل نشان داده‬
‫شده است‪.‬به طور کلی منبع یا جذب کننده را می توان متحرک‬
‫ساخت‪،‬ولی از انجا که نمونه جذب کننده باید اغلب برای کاهش‬
‫ارتعاشات شبکه ای سرد سازی شود‪،‬راحت تر این است که‬
‫منبغ حرکت داده شود‪.‬یکموتور طراحی شده برای تولید حرکت‬
‫خطی دو طرفه به وسیله یک مولد عالمت برنامه ریزی شده به‬
‫حرکت در می اید تا شتاب ثابتی ابتدا در یک جهت و سپس در‬
‫جهت دیگر به دست دهد بااین حرکت ‪،‬گستره کاملی از سرعت‬
‫ها در هر چرخه پوشیده می شود‪،‬جابه جایی یک منحنی‬
‫سهموی را دنبال می کند‪.‬‬
‫عالمت از اشکار ساز به درون یک تجزیه گر تک کانالی خورانده می شود‬
‫تا جواب رابه یک پرتو گامای رزونانسی تک محدود کند‪.‬از انجا به یک‬
‫تجزیه گر چند کانالی همگام شده با یک مولد عالمت عبور می کند‪.‬این هر‬
‫کانال رابه نمو باریک ویژه ای از سرعت ها اختصاص می دهد‪،‬لذانوسان‬
‫نمای توکارجواب را به صورت تابعی از سرعت منبع به نمایش می گذارد‪.‬‬
‫طیف های موسباور می توانند اطالعاتی درباره حالت های واالنسی‬
‫وساختار های بلوری هر ترکیب یاالیاژ حاوی عناصری که به ان حساس‬
‫است به دست دهد‪.‬مع ذالک ‪،‬تنها به چند عنصر محدود است‪.‬تاکنون‬
‫انجام شده است‪30.‬عنصر وجود دارد که در انها ‪Fe،Ni،Sn‬بیشترین کار با‬
‫اثر مشاهده شده است ودر ‪20‬عنصر دیگر اثر مورد انتظار است‪.‬بسیاری‬
‫ازاین عناصر جواب خود را تنها به ایزوتوپ های بادرصد پایین مدیونند‪،‬یا‬
‫به دالیل دیگری به سهولت نمی توان با انها کار کرد‪.‬اهمیت شیمی‬
‫به حدی زیاد است که این فن را در زمره ی روش های ‪Fe،Ni،Sn‬‬
‫دستگاهی قرار می دهد‪.‬‬
Film 3
‫‪ 3‬روش برای تعیین ایزوتوپها‬
‫‪IDA‬‬
‫‪ANN‬‬
‫‪Labling‬‬
‫روش های تجزیه ایزوتوپ های پرتوزا‬
‫روش های تجزیه پرتو شیمیایی را می توان بر اساس اندازه گیری پرتوزایی طبیعی‬
‫یاپرتوزا کردن یک نمونه غیرپرتوزا بنیادگذاری و دسته بندی کرد‪.‬‬
‫سه روش برای تعیین این ایزوتوپ ها وجود دارد‪:‬‬
‫‪-1‬روش رقیق کردن ایزوتوپی‪(IDA):‬‬
‫‪-2‬تجزیه با فعال سازی نوترونی‪(NAA):‬‬
‫‪-3‬روش تجزیه نشان دار کردن‪:‬‬
Isotope Dilution Analysis
Neutron Activation analysis
Labling Analysis
‫‪-1‬روش رقیق کردن ایزوتوپی‪)IDA):‬‬
‫این روش برای تعیین یک جسم در سیستمهای پیچیده‪،‬وقتی جداکردن آن مشکل است و مواد‬
‫خارجی نیزدر روش های اندازه گیری موجود دخالت می کنند‪،‬به کار می رود و اولین بار در سال‬
‫‪1940‬به کار برده شد‪.‬‬
‫در این روش ایزوتوپ پرتوزای جسمی را که می خواهیم تعیین کنیم به نمونه ای که فعال نیست‬
‫می افزاییم‪.‬بنابراین جسم پرتوزا رقیق می شود‪.‬با اندازه گیری مقدار کاهش فعالیت یک گرم از‬
‫جسم می توان مقدار نمونه مجهول را محاسبه نمود‪.‬نسبت جرمی این دواتم به وسیله روش ‪MS‬‬
‫می توان تعیین کرد که به نام تکنیک (‪)IDMS‬شناخته می شود‪.‬‬
‫اگر جسم پرتوزارابا *^‪C‬نشان دهیم فعالیت مخصوص آن به صورت زیر تعریف میشود‪:‬‬
‫‪: 𝐴0‬فعالیت‬
‫‪: 𝑤0‬جرم‬
‫‪A0‬‬
‫=‪0‬‬
‫‪W0‬‬
‫𝑆‬
‫حال اگر حالت غیرپرتوزا همان عنصر رابا ‪C‬وجرم آن را با 𝑥𝑊نشان دهیم فعالیت‬
‫ویژه مخلوط برابر است با‪:‬‬
‫‪𝐴0‬‬
‫=‪2‬‬
‫𝑥𝑊‪𝑊0 +‬‬
‫و همچنین می توان وزن ماده مجهول را از رابطه زیر بدست آورد‪:‬‬
‫‪𝑆0‬‬
‫𝑊 ‪𝐴0 .‬‬
‫‪− 1 = 𝑊0‬‬
‫‪−1‬‬
‫‪𝑆2‬‬
‫‪𝑊0. 𝐴2‬‬
‫‪𝑊𝑥 = 𝑊0‬‬
‫𝑆‬
‫𝑥𝑊 ‪ :‬وزن مجهول‬
‫‪: 𝑊0‬وزن ماده فعال افزوده شده‬
‫‪: 𝐴0‬فعالیت ماده افزوده شده‬
‫‪: 𝑆0‬فعالیت مخصوص ماده افزوده شده‬
‫‪ : 𝑊2‬وزن انالیت جدا شده‬
‫‪: 𝐴2‬فعالیت انالیت جدا شده‬
‫‪ : 𝑆2‬فعالیت مخصوص انالیت جدا شده‬
‫فرمول عمومی در نتیجه رابطه فعالیت ها‪:‬‬
‫‪𝐴2‬‬
‫‪A0‬‬
‫=‬
‫‪W2 Wx + W0‬‬
‫هنگامی که ‪ 𝑊0‬کوچک باشد در مقابل ‪𝑊x‬‬
‫وبه این ترتیب وزن ماده مجهول محاسبه می شود‪.‬‬
‫‪A0 ∗ W2‬‬
‫= ‪𝑊x‬‬
‫‪A2‬‬
‫کاربرد‪:‬‬
‫روش ‪IDA‬برای تعیین غلظت عنصری در سیستم های بیولوژیکی بسیار مهم است‪.‬‬
‫دقت روش ‪IDA‬سبب شده تا یک روش معین در کلنیک های تجزیه شیمیایی باشدواین‬
‫روش برای تعیین الکترولیت های سرم خون مثل پتاسیم‪،‬کلر‪،‬لیتیم‪،‬منگنز وکلسیم بسیار‬
‫مناسب است‪.‬همچنین می توان ردیابی مواد سمی بیولوژیکی در بدن مثل اورانیم را نیز‬
‫در حد غلظت های بسیار کم انجام دهد‪.‬‬
‫مزیت‪:‬‬
‫مزیت اصلی روش ‪IDA‬این است که در آن جداسازی الزم نیست بلکه نسبت فعالیت یا‬
‫نسبت ایزوتوپی می تواند باعث تجزیه کمی شود‪.‬باید دقت شود که اگر نمونه افزوده شده‬
‫به خوبی حل نشود انالیز با مشکل وخطا روبرو می شود ‪ .‬بنابراین پس از اینکه ‪W‬گرم‬
‫ماده رادیو اکتیو را به ‪Wx‬گرم ماده غیر رادیو اکتیو افزودیم پس از عملیات خالص‬
‫سازی (مثل استخراج حالل یا تقطیر)مقدارگرم از آن را جدا کرده و مورد آنالیز قرار‬
‫می دهیم‪.‬‬
‫‪-2‬تجزیه با فعال سازی نوترونی)‪:(NAA‬‬
‫این روش شامل تابش دهی نمونه با نوترون واندازه گیری پرتو گامای ایجاد شده در‬
‫نمونه است‪.‬نوترون پر انرژی از راکتور وچشمه های ایزوتوپی ویا شتاب دهنده ها‬
‫تولید می گرد‪.‬‬
‫در شکل یک واحد‪NAA‬نشان داده شده است‪.‬‬
‫اندازه گیری های مقادیر ناچیز که توسط روش های عادی به سختی صورت میگیرد‪،‬با‬
‫این روش انجام خواهد شد‪.‬به عنوان مثال به جای استفاده از روش های کالسیک برای‬
‫اندازه گیری مقادیر کم ارسنیک به راحتی می توان روش ‪NAA‬رابه کار برد‪.‬بدین‬
‫ترتیب با استفاده از چشمه نوترون‪،‬می توان از ‪،As‬ایزوتوپ پرتوزای ‪As‬را بدست‬
‫آورد‪:‬‬
‫معموال مقداری از نمونه استاندارد را که وزن آن معلوم است با تابش دهی ‪NAA‬در‬
‫نوترون‪،‬پرتوزا کرده وسپس با مقایسه فعالیت هر یک ‪،‬جرم جسم مجهول را ازاین‬
‫رابطه محاسبه می کنند‪:‬‬
‫‪𝐴u Wu‬‬
‫=‬
‫‪As Ws‬‬
‫به ترتیب وزن نمونه و ‪ 𝑤s‬و ‪ 𝑤u‬فعالیت استاندارد و ‪𝐴s‬فعالیت نمونه و ‪𝐴U‬که در ان‬
‫استاندارد هستند‪ .‬رابطه فعالیت وسایر پارامترهای آزمایش که برای نمونه واستاندارد‬
‫صادق است با استفاده از رابطه زیر بدست می آید‪.‬‬
‫𝑡‬
‫𝜏‬
‫‪−0.693‬‬
‫𝑒 ‪𝐴 = 𝑁ɸ𝑢 𝜎 1 −‬‬
‫که در آن‪A‬سرعت روبش ‪N،‬تعداد اتم های هدف‪ σ ،‬سطح مقطع هدف ‪t،‬زمان‬
‫تابش دهی ‪ τ ،‬زمان عمر عنصر و ‪ φ‬شار نوترون است‪.‬‬
‫در صورتی که زمان تابش دهی برای نمونه‬
‫واستاندارد یکی باشد و هر دو با یک سیستم اشکار‬
‫ساز شمارش گردند‪،‬وزن نمونه مجهول را می توان‬
‫از رابطه زیر بدست اورد‪:‬‬
‫𝑠‪𝐶𝑢 ɸ‬‬
‫= 𝑈𝑊‬
‫𝑠𝑊‬
‫𝑢‪𝐶𝑠 ɸ‬‬
‫‪-3‬روش تجزیه نشان دار کردن‪:‬‬
‫یک جسم را می توان با افزایش یا جانشین کردن یک ایزوتوپ پرتوزا با یکی از‬
‫عناصر تشکیل دهنده آن نشاندار کرد‪.‬سرعت فروپاشی ایزوتوپ پرتوزا توسط رابطه‬
‫زیر داده می شود‪:‬‬
‫𝑁𝑑‬
‫𝑁‬
‫‪= 0.693‬‬
‫𝑡𝑑‬
‫𝜏‬
‫که در ان ‪N‬تعداد اتم های پرتوزا در نمونه است و به مقدار وزن نمونه ‪ W‬وجرم‬
‫اتمی ایزوتوپ پرتوزا ‪𝑊a‬بستگی دارد‬
‫‪6.02 ∗ 1023‬‬
‫=𝑁‬
‫𝑊‬
‫𝑎𝑊‬
‫از ترکیب دو رابطه می توان وزن نمونه را محاسبه کرد‪:‬‬
‫𝑁𝑑‬
‫𝜏 𝑎𝑊 ∗‬
‫𝑡𝑑‬
‫‪−24‬‬
‫‪𝑊 = 2.40 ∗ 10‬‬
‫روش های تجزیه پرتو سنجی که در آنها یک واکنش گرنشاندار برای اندازه گیری حاللیت‬
‫ترکیبات آلی و معدنی به کار می رود ‪،‬نیز معمول است‪.‬در این مورد با تبخیر محلول و‬
‫خشک کردن وتوزین آن‪،‬پرتوزایی سنجیده می شود‪.‬در مقایسه با وزن جسم و پرتوزایی آن‬
‫که قبل از آزمایش تعیین شده است‪،‬مقدار جسم مورد نظر محاسبه می گردد‪.‬‬
‫همچنین روشهایی وجود دارد که در آنها یک شناساگر پرتو زا به عنوان تیتر کننده به کار‬
‫برده می شود‪ .‬به شکل دی سدیم هیدروژن فسفات برای تیتر کردن چندین یون معدنی به‬
‫کار برده شده است که با افزایش تیتر کننده به محلول و تشکیل رسوب ‪،‬پرتوزایی مایع‬
‫زالل اندازه گیری می شود‪.‬در اینجا پس از رسیدن به نقطه هم ارزی فعالیت زیاد شده و‬
‫پایان واکنش مشخص می گردد‪.‬‬
‫احتیاط های ایمنی‬
‫مقادیر کم مواد پرتوزای الزم برای آزمایشهای رد یابی معموال چنان‬
‫خطراتی به وجود نمی آورندکه محافظت در مقابل آنها مشکل‬
‫باشد‪.‬ایزوتوپ های عالمت دار شده با الفا یا بتا در صورتی که در‬
‫ظروف شیشه ای یا فلزی معمولی نگه داشته شوند بی خطرند‪،‬ولی در‬
‫صورتی که خارج از این ظروف باشند‪،‬باید با انبر جابه جا شوندو‬
‫آزمایشگرباید از دستکش های الستیکی یا پالستیکی استفاده کند‪.‬نشر‬
‫کننده های گاما ‪،‬بسته به انرژی فوتون ایزوتوپ خاص‪،‬به پوشش حفاظتی‬
‫وسیعتری ‪،‬احتماال چند سانتی متر سرب نیاز دارند‪.‬در هیچ شرایطی پیپت‬
‫کردن با دهان توصیه نمی شود ‪،‬وهیچ گاه از ان در مورد محلول های‬
‫پرتوزا استفاده نکنید‪.‬‬
‫یک سنجه ی رد یابی باید همیشه در دسترس باشد‪،‬به طوری که بتوان‬
‫مواد پرتاب شده ی تصادفی به اطراف را آزمایش کرد‪.‬‬
‫به طور کلی رادیو شیمی که برای اندازه گیری استفاده می شود‬
‫محاسن زیادی نسبت به دیگرروش های اندازه گیری داراست‪.‬‬
‫از جمله‪:‬دقت باالی این روش‪،‬راحتی و عدم نیاز به جداسازی‬
‫نمونه در بسیاری از موارد می باشد‪.‬‬
‫حتی امروزه به علت داشتن نیمه عمر باال ‪،‬بسیاری از این‬
‫ایزوتوپ ها نتوانسته اند جایگزین سوخت فسیلی شوند البته‬
‫مخاطرات این مواد نباید فراموش شود وهنگام کار با انها نباید‬
‫نکات ایمنی را از نظر دور داشت ولی با این وجود صنعت‬
‫وپزشکی را به سمت استفاده از این مواد هدایت می کنند‪.‬‬