ATOMOVÁ ENERGIE III. – RADIOISOTOPYVznik radioisotopů: Radioisotopy jsou takové prvky, které mají lehčí nebo těžší jádro než prvek, z něhož jsou odvozeny. Jejich jádra se rozpadají, vysílajíce radioaktivní zářeni, radioisotopy se dnes vyrábějí pomocí cyklotronů nebo v atomových reaktorech. Obrázek ukazuje vznik dvou důležitých radioisotopů v reaktoru: radiouhlíku G 14 a radiofosforu P 32, jádro dusíku /N 14/ po pohlcení volného neutronu vymrští proton a přemění se ne radioisotop uhlíku C 14 s poločasem rozpadu 5400 roků. Po dobu svého rozpadu vysílá radiouhlík částice beta. Podobným beta-zářičem je i radiofosfor P 32, vznikající pohlcením neutronu radiofosforem P 31. Z odštěpků jádra U 235, který je zdrojem neutronů pro výrobu isotopu, "rodí" se na příklad isotopy molybdenu Mo 103, cínu Sn 131, kryptonu Kr 94, barya Ba 140 a další většinou silně radioaktivní.+34Šest nejčastěji používaných radioisotopů: Přestože lze uměle vyrobit více než 1000 radioaktivních isotopů, používá se v praxi jen takových, které lze ve velkých množstvích vyrobit v reaktoru a oddělit je v čistém stavu. Šest nejčastěji používaných radioisotopů je uvedeno na tabulce.Výroba radioisotopů v reaktoru: Vzorek látky, určený k ozáření v reaktoru, vloží se do hliníkové koule o průměru 5 cm. Šikmým kanálem padají koule do komory, kde je uchopí zvláštní zařízení ovládané stlačeným vzduchem a zavádí je do míst, kde je neutronový tok nejintensivnější. Ozářené vzorky se pak vracejí šikmým kanálem do sběračů a odtud bez dotyku lidské ruky jsou dopraveny do závodu na oddělení čistého isotopu. Výroba se však provádí i jinými způsoby.Výroba radioisotopů v cyklotronu: Urychlené protony s neutrony unikají chlazeným okénkem urychlovací komory a dopadají přímo na vzorek látky, v níž se postupně určitý prvek stává radioisotopem. V cyklotronech lze vyrobit jen malá množství některých radioisotopů. Kdyby nebylo možno vyrábět radioisotopy v reaktorech, zůstalo by jejich použití jen vědeckou "specialitou."Oddělování radioisotopů z ozářeních vzorků: Množství a cena vyráběných radioisotopů záleží zejména v technologickém postupu jejich oddělování z ozářených vzorků látek. Snímek ukazuje práci zařízení na oddělování radioisotopů kapalnou extrakcí, tedy chemickou cestou. Výsledkem je radioaktivní kapalná sloučenina. K oddělení Čistého radioisotopu se nejčastěji používá elektromagnetické metody, podobající se práci hmotového, spektrografu.Transportní kryt: Při dopravě a k uschování radioisotopů se používá ochranných krytů v podobě litinových, olovem vylitých pouzder. Před odesláním je zásilka přísně kontrolována, aby unikající záření gamma neohrozilo bezpečnost spolucestujících nebo zaměstnanců, a je zřetelně označena barevným štítem se třemi Červenými vykřičníky. Poprava se provádí nejčastěji letadly. Větší množství radioisotopů může být přepravováno pouze speciálními nákladními automobily.Práce v digestoři: S menšími dávkami některých radioisotopů lze pracovat bezpečně pouze v digestoři - zasklené a hermeticky uzavřené skříni. Vzduch z digestoře je trvale odsáván, neboť se zamořuje jemnými rozptýlenými částicemi aktivní látky. Musí být důkladně filtrován na speciálních vložkách. Nejlépe se osvědčila vlákna polymerních umělých hmot. Nápis ”Hot experiment“ /"horký pokus"/ upozorňuje, že je nutno dodržovat všechny bezpečnostní a zdravotní předpisy.Manipulátor: Dokonalý přístroj manipulátor přesně napodobuje ve vzdálené "horké komoře" pohyby rukou pracovníka: řeže a láme vzorky radioisotopů, měří a přelévá radioaktivní isotopy a jejich sloučeniny. Operátor řídící pákami pohyb čelistí může sledovat práci okny ze zvláštního skla, nepropouštějícího záření gamma, nebo používá periskopů a zrcadel.Ochranná kombinésa: Při práci s velmi jedovatými nebo intensivně zářícími radioisotopy používají pracovníci v "horkých komorách“ speciální kombinésy z polyvinylchloridu s maskou z umělého skla. Vzduch k dýchání je do kombinésy přiváděn zvenčí přívodní hadicí. K odstranění nebezpečných jemných částic isotopu, rozptýlených ve vzduchu, je v komoře trvale zaveden umělý déšť.Dvě metody použití radioisotopů: Ztuhlý odlitek kovu s příměsí radioaktivního isotopu nebo radioisotopy rozptýlené v listu rostliny "vykreslí" na rentgenovém filmu autoradiografii - obraz rozložení radioisotopu v základní látce. Podobně se zobrazí na filmu i nestejnorodé složení látek /na příklad i vnitřní vady v součástce/ při prozáření zářičem - radioaktivním isotopem. Tato metoda se nazývá radiografie.Kontrola pístů v n.p. ČKD - Stalingrad: Po přípravě odlitků a rozmístění filmů v kazetách se z oddělené dispečerské místnosti na dálku otevře kryt. Záření radioisotopu kobaltu Co 60, zastavěného do hliníkové ampulky, proniká po několik minut odlitky a učiní je na filmu "průhlednými". Podobným způsobem kontroluje své výrobky většina našich průmyslových závodů.Rentgenogram odlitku pístu: Pouhý zlomek gramu radioisotopu kobaltu Co 60 "prosvítil" za několik minut hliníkový odlitek pístu. Trhlinky a nečistoty v materiálu se pro-zradily zčernáním filmu.Hodiny zkráceny na minuty: Zjišťování skrytých vad materiálu, tzv. defektoskopie, je při dnešních požadavcích na strojní součásti nutným požadavkem výroby. Zdrojem záření může být radium, průmyslový roentgen nebo radioisotop. Prozářením odlitku o tloušťce 10 cm trvá rozměrným rentgenovým přístrojem několik hodin, radiem o něco méně - 3 až 4 hodiny, Radiokobalt 60 stejné velký svar zkontroluje za 10 minut.Přístroj na měření tloušťky povlaků: Nepatrná změna tloušťky povlaku gumy nebo vosku na tkanině nebo cínu na plechu pro výrobu konserv se projeví zmenšením intensity pronikajícího záření, jehož zdrojem je radioisotop. Přijímač záření neprodleně změnu zaznamená a převede ji na elektrický obvod. Ručička přístroje ukazuje přímo odchylku tloušťky povlaku v tisícinách milimetru.Bezdotykový přístroj na měření tloušťky jemných plechů ve Vítkovických železárnách: Zařízení pracuje podobně jako přístroj na předchozím obrázku. Záření radioisotopu stroncia Sr 90 prochází jednak válcovaným plechem, jednak kontrolní měrkou. Miliampérmetr ukazující odchylky tloušťky srovnává rozdílné proudy vznikající v přijímači nad kontrolovaným plechem a nad měrkou. Valcíř na snímku seřizuje nulovou polohu miliampérmetru.Zjišťování opotřebení motoru radioisotopem: Následkem svého záření mohou být "označené“ atomy radioisotopů neustála sledovány i při nepatrném jejich množství. Toho lze využít na příklad ke zjišťování opotřebení pístových-motorů. Pístní kroužek s radioisotopem se opotřebovává. Označené atomy kovu přecházejí do oleje, v němž mohou být počítány, jak ukazuje spodní obrázek. Počet impulsu počítače je úměrný váhovému opotřebení kroužku. Vložením filmu do válce motoru lze nalézt na autoradiografii místa nejintensivnějšího opotřebení. To ukazuje horní část snímku.Aktivace válce motoru: Ke studiu opotřebení pístního kroužku musí být tento kroužek "označen" isotopy v podobě vložek. Při studiu opotřebení tělesa válce se válec aktivuje ozářením. Pracovník na obrázku vlevo ozařuje z bezpečné vzdálenosti těleso válce radioisotopem kobaltu. Druhý pracovník /na obrázku vpravo/ kontroluje pistolovým dosimetrem bezpečnost práce a měří stupeň ozáření.Kontrola hladin: Různé prostředí rozdílně oslabuje procházející záření gamma, vysílané radioisotopem. Toho je využito k sestrojení hladinoměru. Jakmile hladina překročí úroveň procházejícího paprsku, přijme počítač slabší impuls, což vyvolá změny v elektrickém obvodu, rozzáří se na příklad červené světlo nebo se samočinně uvede v činnost výpustní kohout. V tom případě hladinoměr působí jako regulátor hladiny.Radioisotopy v hutnictví: Radioisotopy mohou být sledovány i při pohybu uvnitř látek. Tak nohou metalurgové sledovat jinak "neviditelné" procesy při míšení žhavých kovů v hutnických pecích nebo sledovat tzv. difusi /prolínání/ prvků v kovech. Obrázek vlevo ukazuje ''zviditelněné" prolínání označeních atomů přísady do základního žhaveno kovu.Sondování vrtů pomocí radioaktivity: Působením neutronů se zdrojem s radioaktivním isotopem v obalu sondy vzniká v hornině sekundární záření. Přijímač v oddělené části sondy jej zaznamenává v podobě impulsů elektrického proudu a kabelem je přenáší do grafického záznamu. Z křivek na diagramovém papíře lze určit druh a charakter horniny, určovat naftová ložiska a podobně.Stopování radioisotopu fosforu v rostlinkách: Obrázek ukazuje "stopování " pohybu a místa ukládání atomů radioaktivního isotopu fosforu P 32, přidávaného spolu s hnojivém ke kořenům rajského jablíčka. Tímto způsobem získávají biologové odpověď na základní otázky výměny látek a dýchání rostlin.Radiouhlík C 14 podává obraz o fotosynthese: Radiouhlík C 14 pomohl vědcům opravit dosavadní názory na nejdůležitější pochod v životě rostlin - fotosynthesu: Uhlohydráty vznikají z kysličníku uhličitého /označeného radiouhlíkem C 14/ z vody a dusičnatých solí. V listech rostliny se objeví radiouhlík. Tento způsob ukazuje obrázek. Rostlina je pod příklopem, zabraňujícím jejímu ataku se vzduchem a tím i s kysličníkem uhličitým. Ten však lze přivádět i hnojivém. To je jeden z mnoha důležitých poznatků pro praxi -použitím uhlíkatých hnojiv lze zvýšit výnos plodin o 10 – 15 %.Technika léčby radioaktivními isotopy: Prostřední obraz znázorňuje nejčastěji používané radioisotopy jako "stopováče" v lidském těle: rádio jod I-131, radiofosfor P 32, radiozlato Au 198 a radiosodík P 52. Nejdůležitější způsoby techniky léčby pomocí radioisotopů uvádíme v postranních obrazech: 1 - telekobaltové dělo k usmrcování nádorů, 2 - preparát s radioisotopem k povrchovému ozařování /léčba kožní choroby/, 3 - radioaktivní pistole" vstřeluje jehlu s radioistotopem do nádoru, 4 - atomový reaktor pro lékařské účely /zářič gamma a neutronů/, 5 - radioaktivní sonda /např. do žaludku/, 6 - injekce radioaktivního roztoku do krve, 7 - zavádění radioaktivních jehel a nití, "prožívání" nádorů.Radiojód I 131 při diagnostice s léčení štítné žlázy: Jod je přijímám štítnou žlázou téměř 500 krát dychtivěji než ostatními orgány. Pacient vypije na lačný žaludek vodní roztok jodidu sodného s radioaktivním jodem I-131. Po 2, 4, 24 a 48 hodinách se přiložením počítací trubice zjišťuje, kolik radiojódu absorbovala štítná žláza.Počítací trubice při diagnostice choroby štítné žlázy: Srovnáním údajů počítací trubice s normálními případy lze zjistit příliš intensivní nebo nedostačující funkci štítné žlázy mnohem spolehlivěji než jinými metodami. Funguje-li štítná žláza nadbytečně, lze ji léčit dávkami radioaktivního jodu. V Československu jde počet případů použití radioisotopu jodu v diagnostice chorob štítné žlázy již do několika tisícůmUrčení ložisek rakoviny v lidském těle: S pomocí radioisotopu jodu lze nalézt na příklad i ložiska rakoviny v lidském těle. Roztok radiojódu je roznesen krevním oběhem do všech orgánů těla. Radiojód se dychtivě pohlcuje v nejmladších buňkách, t.j. zejména v rakovinových ložiskách /bílé skvrny na rentgenovém filmu/. Tím se tato místa prozradí mnohem dříve než jinými metodami. Postupně zleva jsou uvedeny rentgenogramy pacienta 1 hodinu, 48 hodin a 9 hodin po zavedení radiojódu.Radioaktivní záření v boji proti nádorům: Hloubkové ozařování radioaktivními zářiči, které mnohonásobné překonávají kdysi používané radium, ničí zhoubné nádory v lidském těle. Aby se zdravá tkáň v okolí nádoru nepoškodila, používají lékaři zvláštní techniky. Usměrněné záření gamma se nechá procházet několika směry tak, aby ozařovaný nádor ležel v jejich průsečníku.Telekobaltové dělo: Zdrojem záření pro hloubkové ozařování bývá nejčastěji radiokobalt Co 60. Je uložen v otočné a sklápěcí hlavici a bezpečným ochranným krytem. Tomuto přístroji se dostalo názvu ''telekobaltové dělo”. Telekobaltové dělo na obrázku obsahuje 1300 Curie radiokobaltu, jehož působení se vyrovná více než 1 kg radia, t.j. působení veškerého množství, které je na světě k disposici.Plastkobalt: K povrchovému ozařování nemocných tkání, na příklad sliznice a dutiny ústní, nebo v přirozených dutinách jako v močovém měchýři, děloze, jícnu a žaludku lze použít plastkobaltu, t.j. radiokobaltu zahněteného do dentální masy. Z plastkobaltu lze formovat ozařovače podle tvaru nemocného orgánu. Rentgenogram ukazuje uložení ozařovačů z plastkobaltu v ústní dutině při léčení rakoviny dásně.Ozařování brambor: Zatím co neozářené brambory po několika měsících skladování klíčí a do klíčků odnášejí výživné i chuťové látky, radiokobaltem, ozářené brambory /na obrázku dole/ neklíčí a ještě po 10 - 15 měsících jsou naprosto čerstvé a chutné. V budoucnu bude tímto způsobem konservovat i miliony tun jiných druhů hospodářských plodin.Agrobiologické výzkumy: Ve speciálních sklenících /na způsob digestoři/ se konají pokusy s výměnou radiouhlíku v rostlinách i pokusy se změnou mutace ozařováním obrovskými dávkami záření gamma z telekobaltových děl.Výsledky ozařování rostlin: Typické ukázky mutace v rostlinách, vyvolané intensivním ozařováním gamma paprsky radiokobaltu. Červené i bílé květy /obrázek nahoře/ byly ozářeny celkovou dávkou 100 000 roentgenů, zatím co kukuřičné klasy /obrázek dole/ projevily mutaci po dávce 10000 roentgenů za 100 dní*Ozařování na poli - umělé slunce budoucnosti: Dosavadní vědecké výzkumy se konají v laboratořích. Ukazuje se však, že zanedlouho pomůže atomová energie vydobýt s polí co největší úrodu při nejmenší námaze zemědělců, letecký snímek pokusného pole. Broekhavenské laboratoře ukazuje výsledky pokusného ozařování. Zdrojem záření je "kobaltová bomba", umístěná na ocelové věži uprostřed pole. Ozářené pruhy jsou na snímku tmavé, nebol; v těch místech kukuřice neobyčejně rychle vzrostla proti neozářeným, na fotografii světlým pruhům.Pojízdná radiolaboratoř: Důležité biologické a agrobiologické pokusy 3 radioisotopy. je možno konat přímo na poli. K tomuto účelu se používá pojízdných radiologických stanic. Stanice je vybavena nejmodernějšími vědeckými přístroji a pomůckami, na příklad počítači impulsů, detektory záření, fluorimetry a podobnými přístroji. Se zřetelem k bezpečnosti pracovníků má stanice dokonalou ventilaci. Zbudováním rozsáhlých laboratoří- Ústavu jaderné fysiky se Československo stane soběstačným ve výrobě radioisotopů pro vědecké i průmyslové použití. Radioisotopy, ať již jako zářiče nebo stopovače, svítí svými neviditelnými paprsky na cestu mírového využití atomové energie, která vede lidstvo do nové a šťastné společenské epochy.׋›Atomová energie III.díl RadioisotopyVýrobceDPrahaRok1956Délka38 okénekAutor kresebSamešová VěraAutor textuTůma Jan Ing.PředlohaFYZKOznačení4577Další diafilmy výrobceTisíc let české literaturyUmělé dýchání 1. díl Umělé dýchání z plic do plicTerén, jeho význam a zobrazování na typografických mapách T1 I.Tržní druhy ryb a jejich zpracování 2
