ИЗОТОПЫ (греч, isos равный, одинаковый + topos место)- разновидности одного химического элемента, занимающие одно и то же место в периодической системе элементов Менделеева, т. е. имеющие одинаковый заряд ядра, но различающиеся массами атомов. При упоминании об И. обязательно указывают, изотопом какого хим. элемента он является. Термин «изотоп» иногда употребляют и в более широком смысле - для описания атомов различных элементов. Однако для обозначения любого из атомов независимо от его принадлежности к тому или иному элементу принято использовать термин «нуклид».

Принадлежность И. к определенному элементу и основные хим. свойства определяются его порядковым номером Z или числом протонов, содержащихся в ядре (соответственно и одинаковым числом электронов в оболочке атома), а его ядерно-физ. свойства определяются совокупностью и соотношением числа входящих в него протонов и нейтронов. Каждое ядро состоит из Z протонов и N нейтронов, а общее число этих частиц, или нуклонов, составляет массовое число А = Z + N, определяющее массу ядра. Оно равно округленному до целого числа значению массы данного нуклида. Любой нуклид, т. о., определяется значениями Z и N, хотя некоторые радиоактивные нуклиды с одинаковыми Z и N могут находиться в различных ядерно-энергетических состояниях и различаться своими ядерно-физ. свойствами; такие нуклиды называются изомерами. Нуклиды с одинаковым числом протонов называются изотопами.

И. обозначаются символом соответствующего хим. элемента с расположенным вверху слева индексом А - массовым числом; иногда слева внизу приводится также число протонов (Z). Напр., радиоактивные И. фосфора с массовыми числами 32 и 33 обозначают: 32 P и 33 P или 32 P и 33 P соответственно. При обозначении И. без указания символа элемента массовое число приводится после обозначения элемента, напр. фосфор-32, фосфор-33.

У И. разных элементов может быть одно и то же массовое число. Атомы с различным числом протонов Z и нейтронов N, но с одинаковым массовым числом А называют изобарами (напр., 14 32 Si, 15 32 P, 16 32 S, 17 32 Cl- изобары).

Название «изотоп» предложено англ. ученым Содди (F. Soddy). Впервые существование И. было открыто в 1906 г. при изучении радиоактивного распада тяжелых естественно-радиоактивных элементов; в 1913 г. они были обнаружены и у нерадиоактивного элемента неона, а затем с помощью масс-спектрометрии был определен изотопный состав всех элементов периодической системы. В 1934 г. И. Жолио-Кюри и Ф. Жолио-Кюри впервые получили искусственно-радиоактивные И. азота, кремния и фосфора, а впоследствии с помощью различных ядерных реакций на нейтронах, заряженных частицах и фотонах высоких энергий были получены радиоактивные И. всех известных элементов и синтезированы радиоактивные И. 13 сверхтяжелых - трансурановых элементов (с Z≥ 93). Известно 280 стабильных, характеризующихся устойчивостью, и более 1500 радиоактивных, т. е. неустойчивых, И., которые с той или иной скоростью претерпевают радиоактивные превращения. Продолжительность существования радиоактивного И. характеризуется периодом полураспада (см.) - промежутком времени T 1/2 , в течение к-рого количество радиоактивных ядер уменьшается вдвое.

В природной смеси И. хим. элемента разные И. содержатся в разных количествах. Процентное содержание И. в данном хим. элементе называется их относительной распространенностью. Так, напр., в природном кислороде содержится три стабильных И.: 16O (99,759%), 17O(0,037%) и 18O (0,204%). Многие хим. элементы имеют только по одному стабильному И. (9 Be, 19 F, 23 Na, 31 P, 89 Y, 127 I и др.), а некоторые (Тс, Pm, Lu и все элементы с Z больше 82) не имеют ни одного стабильного И.

Изотопный состав природных элементов на нашей планете (и в пределах Солнечной системы) в основном постоянен, однако наблюдаются небольшие колебания в распространенности атомов легких элементов. Это объясняется тем, что различия в массах их И. относительно велики, и поэтому изотопный состав этих элементов изменяется под воздействием различных природных процессов, в результате изотопных эффектов (т. е. различия свойств хим. веществ, в которых содержатся эти изотопы). Так, изотопный состав ряда биологически важных элементов (Н, С, N, О, S) связан, в частности, с наличием биосферы и жизнедеятельностью растительных и животных организмов.

Различие в составе и структуре атомных ядер И. одного и того же хим. элемента (разное число нейтронов) определяет и различие их ядерно-физ. свойств, в частности то, что одни его И. могут быть стабильными, а другие - радиоактивными.

Радиоактивные превращения. Известны следующие виды радиоактивных превращений.

Альфа-распад - самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся испусканием альфа-частиц, т. е. двух протонов и двух нейтронов, образующих ядро гелия 2 4 He. В результате заряд Z исходного ядра уменьшается на 2, а общее число нуклидов или массовое число - на 4 единицы, напр.:

88 226 Ra -> 86 222 Ra + 2 4 He

При этом кинетическая энергия вылетающей альфа-частицы определяется массами исходного и конечного ядер (с учетом массы самой альфа-частицы) и их энергетическим состоянием. Если конечное ядро образуется в возбужденном состоянии, то кинетическая энергия альфа-частицы несколько уменьшается, а если распадается возбужденное ядро, то энергия альфа-частицы соответственно возрастает (при этом образуются так наз. длиннопробежные альфа-частицы). Энергетический спектр альфа-частиц дискретный и лежит в пределах 4-9 МэВ примерно для 200 И. тяжелых элементов и 2-4,5 МэВ для почти 20 альфа-радиоактивных И. редкоземельных элементов.

Бета-распад - самопроизвольное превращение ядер, при к-ром заряд Z исходного ядра изменяется на единицу, а массовое число А остается тем же. бета-распад представляет собой взаимопревращение входящих в состав ядра протонов (p) и нейтронов (n), сопровождающееся испусканием или поглощением электронов (е -) или позитронов (е +), а также нейтрино (v) и антинейтрино (v -). Существуют три вида бета-распада:

1) электронный бета-распад n -> p + e - + v - , сопровождающийся увеличением заряда Z на 1 единицу, с превращением одного из нейтронов ядра в протон, напр.

2) позитронный бета-распад p -> n + e + + v , сопровождающийся уменьшением заряда Z на 1 единицу, с превращением одного из протонов ядра в нейтрон, напр.

3) электронный захват p + е - -> n + v с одновременным превращением одного из протонов ядра в нейтрон, как и в случае распада с испусканием позитрона, также сопровождающийся уменьшением заряда на 1 единицу, напр.

Захват электрона при этом происходит с одной из электронных оболочек атома, чаще всего с ближайшей к ядру К-оболочки (К-захват).

Бета-минус-распад характерен для нейтроноизбыточных ядер, у которых число нейтронов больше, чем в устойчивых ядрах, а бета-плюс-распад и, соответственно, электронный захват - для нейтронодефицитных ядер, у которых число нейтронов меньше, чем у устойчивых, или так наз. бета-стабильных, ядер. Энергия распада распределяется между бета-частицей и нейтрино, в связи с чем бета-спектр не дискретный, как у альфа-частиц, а сплошной и содержит бета-частицы с энергиями от близких к нулю до нек-рой Еmax, характерной для каждого радиоактивного И. Бета-радиоактивные И. встречаются у всех элементов периодической системы.

Спонтанное деление - самопроизвольный распад тяжелых ядер на два (иногда 3-4) осколка, представляющих собой ядра средних элементов периодической системы (явление открыто в 1940 г. советскими учеными Г. Н. Флеровым и К. А. Петржаком).

Гамма-излучение - фотонное излучение с дискретным энергетическим спектром, возникает при ядерных превращениях, изменении энергетического состояния атомных ядер или при аннигиляции частиц. Испускание гамма-квантов сопровождает радиоактивное превращение в тех случаях, когда новое ядро образуется в возбужденном энергетическом состоянии. Время жизни таких ядер определяется ядерно-физ. свойствами материнского и дочернего ядер, в частности возрастает с уменьшением энергии гамма-переходов и может достигать относительно больших величин для случаев метастабильного возбужденного состояния. Энергия гамма-излучения, испускаемого разными П., лежит в пределах от десятков кэВ до нескольких МэВ.

Устойчивость ядер. При бета-распаде происходят взаимные превращения протонов и нейтронов до достижения наиболее энергетически выгодного соотношения p и n, что соответствует устойчивому состоянию ядра. Все нуклиды разделяются по отношению к бета-распаду на бета-радиоактивные и бета-устойчивые ядра. Под бета-устойчивыми понимаются либо стабильные, либо альфа-радиоактивные нуклиды, для которых бета-распад энергетически невозможен. Все бета-устойчивые И. у хим. элементов с атомными номерами Z до 83 стабильны (за несколькими исключениями), а у тяжелых элементов стабильных И. нет, и все их бета-устойчивые И. альфа-pадиоактивны.

При радиоактивном превращении происходит выделение энергии, соответствующее соотношению масс исходного и конечного ядер, массе и энергии испускаемого излучения. Возможность p-распада, происходящего без изменения массового числа А, зависит от соотношения масс соответствующих изобар. Изобары с большей массой в результате бета-распада превращаются в изобары с меньшей массой; при этом чем масса изобара меньше, тем он ближе к P-устойчивому состоянию. Обратный же процесс в силу закона сохранения энергии идти не может. Так, напр., для упомянутых выше изобар превращения идут в следующих направлениях с образованием стабильного изотопа серы-32:

Ядра нуклидов, устойчивых к бета-распаду, содержат не менее одного нейтрона на каждый протон (исключением являются 1 1 H и 2 3 He), а по мере возрастания атомного номера соотношение N/Z увеличивается и достигает значения 1,6 для урана.

С увеличением числа N ядро данного элемента становится неустойчивым по отношению к электронному бета-минус-распаду (с превращением n->p), поэтому нейтронообогащенные ядра бета-активны. Соответственно нейтронодефицитные ядра неустойчивы к позитронному бета+-распаду или электронному захвату (с превращением p->n), а у тяжелых ядер наблюдается также альфа-распад и спонтанное деление.

Разделение стабильных и получение искусственно-радиоактивных изотопов. Разделение И.- это обогащение природной смеси И. данного хим. элемента отдельными входящими в его состав И. и выделение чистых И. из этой смеси. Все методы разделения основаны на изотопных эффектах, т. е. на различиях физ.-хим. свойств разных И. и содержащих их хим. соединений (прочность хим. связей, плотность, вязкость, теплоемкость, температура плавления, испарения, скорость диффузии и т. д.). Способы разделения и основаны на различиях в поведении И. и содержащих их соединений в физ.-хим. процессах. Практически используются электролиз, центрифугирование, газовая и термодиффузия, диффузия в потоке пара, ректификация, хим. и изотопный обмены, электромагнитное разделение, разделение с помощью лазера и др. Если единичный процесс дает низкий эффект, т. е. малый коэффициент разделения И., его многократно повторяют до получения достаточной степени обогащения. Наиболее эффективно идет разделение И. легких элементов в связи с большими относительными различиями масс их изотопов. Напр., «тяжелую воду», т. е. воду, обогащенную тяжелым И. водорода- дейтерием, масса к-рого вдвое больше, в промышленном масштабе получают на электролизных установках; высокоэффективно также выделение дейтерия низкотемпературной дистилляцией. Разделение И. урана (для получения ядерного топлива - 235 U) проводят на газодиффузионных заводах. Широкий спектр обогащенных стабильных И. получают на электромагнитных разделительных установках. В некоторых случаях применяют разделение и обогащение смеси радиоактивных И., напр, для получения радиоактивного И. железа-55 с высокой удельной активностью и радионуклидной чистотой.

Искусственно-радиоактивные И. получают в результате ядерных реакций - взаимодействия нуклидов друг с другом и с ядерными частицами или фотонами, в результате которых происходит образование других нуклидов и частиц. Ядерная реакция условно обозначается следующим образом: вначале указывается символ исходного изотопа, а затем - образующегося в результате данной ядерной реакции. В скобках между ними первой указывается воздействующая, а за нею - вылетающая частица или квант излучения (см. табл., графа 2).

Вероятность осуществления ядерных реакций количественно характеризуется так называемым эффективным поперечным сечением (или сечением) реакции, обозначаемым греческой буквой о и выражаемым в барнах (10 -24 см 2). Для получения искусственно-радиоактивных нуклидов используют ядерные реакторы (см. Реакторы ядерные) и ускорители заряженных частиц (см.). Многие радионуклиды, применяемые в биологии и медицине, получают в ядерном реакторе по ядерным реакциям радиационного захвата, т. е. захвата ядром нейтрона с испусканием гамма-кванта (n, гамма), в результате чего образуется изотоп того же элемента с массовым числом, на единицу большим исходного, напр. 23 Na (n, γ) 24 Na, 31 P(n, γ) 32 Р; по реакции (n, γ) с последующим распадом полученного радионуклида и образованием «дочернего», напр. 130 Te (n, γ) 131 Te -> 131 I; по реакциям с вылетом заряженных частиц (n, p), (n, 2n), (n, α); напр., 14 N (n, p) 14 C; по вторичным реакциям с тритонами (t, p) и (t, n), напр. 7 Li (n, α) 3 H и затем 16O (t, n) 18 F; по реакции деления U (n, f), напр. 90 Sr, 133 Xe и др. (см. Ядерные реакции).

Некоторые радионуклиды либо вообще не могут быть получены в ядер-ном реакторе, либо такое их производство нерационально в медицинских целях. По реакции (n, γ) в большинстве случаев нельзя получить изотопы без носителя; некоторые реакции имеют слишком малую величину сечения a, a облучаемые мишени - малое относительное содержание исходного изотопа в природной смеси, что приводит к низким выходам реакций, недостаточной удельной активности препаратов. Поэтому многие важные радионуклиды, применяемые в клинич. радиодиагностике, получают с достаточной удельной активностью, используя изотопно-обогащенные мишени. Напр., для получения кальция-47 облучают мишень, обогащенную по кальцию-46 с 0,003 до 10-20%, для получения железа-59 - мишень с железом-58, обогащенным с 0,31 до 80%, для получения ртути-197 - мишень с ртутью-196, обогащенной с 0,15 до 40%, и т. д.

В реакторе гл. обр. получают радионуклиды с избытком нейтронов, распадающиеся с бета-мирус_излучением. Нейтронодефицитные радионуклиды, которые образуются в ядерных реакциях на заряженных частицах (p, d, альфа) и фотонах и распадаются с испусканием позитронов или посредством захвата электронов, в большинстве случаев получают на циклотронах, линейных ускорителях протонов и электронов (в последнем случае используется тормозное излучение) при энергиях ускоряемых частиц порядка десятков и сотен МэВ. Так получают для мед. целей радионуклиды по реакциям: 51 V (р, n) 51 Cr, 67 Zn (р, n) 67 Ga, 109 Ag (α, 2n) 111 In, 44 Ca (γ, p) 43 K, 68 Zn (γ, p) 67 Cu и др. Важным преимуществом такого способа получения радионуклидов является то, что они, имея, как правило, иную хим. природу, чем материал облучаемой мишени, могут быть выделены из последней без носителя. Это позволяет получать нужные радиофарм. препараты с высокой удельной активностью и радионуклидной чистотой.

Для получения многих короткоживущих радионуклидов непосредственно в клинических учреждениях используют так наз. изотопные генераторы, содержащие долгоживущий материнский радионуклид, при распаде к-рого образуется нужный короткоживущий дочерний радионуклид, напр. 99m Tc, 87m Sr, 113m In, 132 I. Последний может быть многократно выделен из генератора в течение времени жизни материнского нуклида (см. Генераторы радиоактивных изотопов).

Применение изотопов в биологии и медицине. Радиоактивные и стабильные И. широко применяются в научных исследованиях. В качестве метки их используют для приготовления изотопных индикаторов (см. Меченые соединения) - веществ и соединений, имеющих отличный от природного изотопный состав. Методом изотопных индикаторов исследуют распределение, пути и характер перемещения меченых веществ в различных средах и системах, проводят их количественный анализ, изучают строение хим. соединений и биологически активных веществ, механизмы различных динамических процессов, в т. ч. их метаболизм в организме растений, животных и человека (см. Радиоизотопное исследование). С помощью метода изотопных индикаторов проводят исследования в биохимии (изучение обмена веществ, строения и механизма биосинтеза белков, нуклеиновых к-т, жиров и углеводов в живом организме, скорости протекания биохим, реакций и т. д.); в физиологии (миграции ионов и различных веществ, процессов всасывания из жел.-киш. тракта жиров и углеводов, экскреции, кровообращения, поведения и роли микроэлементов и т. д.); в фармакологии и токсикологии (исследование поведения лекарственных препаратов и токсических веществ, их всасывания, путей и скорости накопления, распределения, выведения, механизма действия и т. д.); в микробиологии, иммунологии, вирусологии (изучение биохимии микроорганизмов, механизмов ферментативных и Иммунохим, реакций, взаимодействия вирусов и клетки, механизмов действия антибиотиков и т. д.); в гигиене и экологии (изучение загрязненности вредными веществами и дезактивации производств и окружающей среды, экологической цепочки различных веществ, их миграции и т. д.). И. применяют и в других медико-биол. исследованиях (для изучения патогенеза различных заболеваний, исследования ранних изменений обмена веществ и т. д.).

В мед. практике радионуклиды применяют для диагностики и лечения различных заболеваний, а также для радиационной стерилизации мед. материалов, изделий и медикаментов. В клиниках используют более 130 радиодиагностических и 20 радиотерапевтических методик с применением открытых радиофарм. препаратов (РФП) и закрытых изотопных источников излучения. В этих целях используют св. 60 радионуклидов, ок. 30 из них - наиболее широко (табл.). Радиодиагностические препараты позволяют получать информацию о функц, и анатомическом состоянии органов и систем организма человека. В основе радиоизотопной диагностики (см.) лежит возможность проследить за биол, поведением меченных радионуклидами хим. веществ и соединений в живом организме без нарушения его целостности и изменения функций. Введение нужного радиоизотопа соответствующего элемента в структуру хим. соединения, практически не изменяя его свойства, позволяет следить за его поведением в живом организме путем наружного детектирования излучения И., в чем и состоит одно из очень важных преимуществ метода радиоизотопной диагностики.

Динамические показатели поведения меченого соединения дают возможность оценить функц, состояние исследуемого органа или системы. Так, по степени разбавления РФП с 24 Na, 42 K, 51 Cr, 52 Fe, 131 I и др. в жидких средах определяют объем циркулирующей крови, эритроцитов, обмен альбумина, железа, водный обмен электролитов и др. По показателям накопления, перемещения и выведения РФП в органах, системах организма или в очаге поражения можно оценить состояние центральной и периферической гемодинамики, определить функцию печени, почек, легких, изучить йодный обмен и т. п. РФП с радиоизотопами йода и технеция позволяют исследовать все функции щитовидной железы. С помощью 99м Tc, 113m In, 123 I, 131 I, 133 Xe можно провести всестороннее исследование легких - изучить распределение кровотока, состояние вентиляции легких и бронхов. РФП с 43 K, 86 Rb, 99м Тс, 67 Ga, 131 I, 113m In, 197 Hg и др. дают возможность определить кровоток и кровоснабжение головного мозга, сердца, печени, почек и других органов. Радиоактивные коллоидные р-ры и некоторые йодорганические препараты позволяют оценить состояние полигональных клеток и гепатоцитов (купферовских клеток) и антитоксической функции печени. С помощью радиоизотопного сканирования проводят анатомо-топографическое изучение и определение наличия, величины, формы и положения объемных поражений печени, почек, костного мозга, щитовидной, паращитовидной и слюнных желез, легких, лимф, узлов; радионуклиды 18 F, 67 Ga, 85 Sr, 87M Sr, 99M Tc позволяют исследовать заболевания скелета и т. д.

В СССР разработаны и введены в действие нормы радиационной безопасности для пациентов при использовании радиоактивных веществ с диагностической целью, которые строго регламентируют эти процедуры с точки зрения допустимых уровней облучения. Благодаря этому, а также рациональному выбору методов и аппаратуры для разных видов обследований и применению в РФП по возможности короткоживущих радионуклидов, обладающих благоприятными характеристиками излучения в отношении эффективности их регистрации при минимальном лучевом воздействии, лучевые нагрузки на организм пациента при радиоизотопных диагностических процедур ах гораздо ниже доз, получаемых при рентгенол, обследованиях, и в большинстве случаев не превышают сотых и десятых долей рада.

В 70-х гг. 20 в. радиоизотопные препараты стали шире применяться для исследований in vitro, в основном - для иммунохим. анализа. Радиоиммунохим. методы основаны на высокоспецифичной иммунохим. реакции антиген - антитело, в результате к-рой образуется устойчивый комплекс из антитела и антигена. После отделения образующегося комплекса от непрореагировавших антител или антигенов проводят количественное определение путем измерения их радиоактивности. Использование антигенов или антител, меченных радиоизотопами, напр. 125 I, повышает чувствительность иммунохим. тестов в десятки и сотни раз. С помощью этих тестов можно определить содержание в организме гормонов, антител, антигенов, энзимов, ферментов, витаминов и других биологически активных веществ в концентрациях до 0,1 мг/мл. Таким образом удается определять не только различные патол, состояния, но и весьма малые изменения, отражающие начальные стадии заболевания. Напр., эти методики успешно применяют для ранней диагностики in vitro сахарного диабета, инфекционного гепатита, нарушений углеводного обмена, некоторых аллергических и ряда других заболеваний. Такие радиоизотопные тесты не только чувствительнее, проще, но и позволяют проводить массовые исследования и совершенно безопасны для пациентов (см. Pадиоизотопная диагностика).

С леч. целью РФП и радионуклидные источники излучения применяются гл. обр. в онкологии, а также при лечении воспалительных заболеваний, экзем и др. (см. Лучевая терапия). Для этих целей используются как открытые РФП, вводимые внутрь организма, в ткани, серозные полости, полости суставов, внутривенно, внутриартериально и в лимф, систему, так и закрытые источники излучения для наружной, внутриполостной и внутритканевой терапии. С помощью соответствующих РФП, гл. обр. коллоидов и суспензий, содержащих 32 P, 90 Y, 131 I, 198 Au и другие радионуклиды, лечат заболевания кроветворной системы и различные опухоли, воздействуя локально на патол, очаг. При контактном облучении (дерматол, и офтальмол. бета-аппликаторы) применяют 32 P, 90 Sr, 90 Y, 147 Pm, 204 Tl, в дистанционных гамма-терапевтических аппаратах - источники 60 Co или 137 Cs высокой активности (сотни и тысячи кюри). Для внутритканевого и внутриполостного облучения используют иглы, гранулы, проволоку и другие специальные типы закрытых источников с 60 Co, 137 Cs, 182 Ta, 192 Ir, 198 Au (см. Pадиоактивные препараты).

Радиоактивные нуклиды используются также для стерилизации материалов, изделий мед. назначения и лекарственных средств. Практическое применение радиационной стерилизации стало возможным с 50-х гг., когда появились мощные источники ионизирующих излучений.По сравнению с традиционными методами стерилизации (см.) радиационный метод имеет ряд преимуществ. Поскольку при обычной стерилизующей дозе излучения (2-3 Мрад) не возникает значительного повышения температуры облучаемого объекта, становится возможной радиационная стерилизация термолабильных объектов, в т. ч. биол, препаратов и изделий из некоторых видов пластиков. Воздействие излучения на облучаемый образец происходит одновременно во всем его объеме, и стерилизация осуществляется с высокой степенью надежности. При этом для контроля используют цветовые индикаторы полученной дозы, помещаемые на поверхности упаковки стерилизуемого объекта. Мед. изделия и средства стерилизуются в конце технол. цикла уже в готовом виде и в герметической упаковке, в т. ч. и из полимерных материалов, что исключает необходимость создания строго асептических условий производства и гарантирует стерильность после выпуска изделий предприятием. Радиационная стерилизация особенно эффективна для мед. изделий разового пользования (шприцы, иглы, катетеры, перчатки, шовные и перевязочные материалы, системы для взятия и переливания крови, биопрепараты, хирургические инструменты и т. д.), неинъекционных лекарственных средств, таблеток и мазей. При радиационной стерилизации лекарственных р-ров следует считаться с возможностью их радиационного разложения, ведущего к изменению состава и свойств (см. Стерилизация, холодная).

Токсикология радиоактивных изотопов - раздел токсикологии, изучающий влияние инкорпорированных радиоактивных веществ на живые организмы. Основными задачами ее являются: установление допустимых уровней содержания и поступления радионуклидов в организм человека с воздухом, водой и продуктами питания, а также степени безвредности РВ, вводимых в организм при клин, радиодиагностических исследованиях; выяснение специфики поражения радионуклидами в зависимости от характера их распределения, энергии и вида излучения, периода полураспада, дозы, путей и ритма поступления и изыскание эффективных средств для профилактики поражения.

Наиболее глубоко исследуется влияние на организм человека радионуклидов, широко используемых в промышленности, научных и мед. исследованиях, а также образующихся в результате расщепления ядерного горючего.

Токсикология радиоактивных изотопов органически связана с радиобиологией (см.), радиационной гигиеной (см.) и медицинской радиологией (см.).

Радиоактивные вещества могут проникать в организм человека через дыхательные пути, жел.-киш. тракт, кожу, раневые поверхности, а при инъекциях - через кровеносные сосуды, мышечную ткань, суставные поверхности. Характер распределения радионуклидов в организме зависит от основных хим. свойств элемента, формы вводимого соединения, пути поступления и физиол, состояния организма.

Обнаружены довольно существенные различия в распределении и путях выведения отдельных радионуклидов. Растворимые соединения Ca, Sr, Ва, Ra, Y, Zr избирательно накапливаются в костной ткани; La, Ce, Pr, Pu, Am, Cm, Cf, Np - в печени и костной ткани; K, Cs, Rb - в мышечной ткани; Nb, Ru, Te, Po распределяются сравнительно равномерно, хотя и имеют тенденцию к накоплению в ретикулоэндотелиальной ткани селезенки, костного мозга, надпочечниках и лимф, узлах; I и At - в щитовидной железе.

Распределение в организме элементов, относящихся к определенной группе периодической системы Менделеева, имеет много общего. Элементы первой основной группы (Li, Na, К, Rb, Cs) полностью всасываются из кишечника, сравнительно равномерно распределяются по органам и выделяются преимущественно с мочой. Элементы второй основной группы (Ca, Sr, Ba, Rа) хорошо всасываются из кишечника, избирательно откладываются в скелете, выделяются в несколько больших количествах с калом. Элементы третьей основной и четвертой побочной групп, в т. ч. легкие лантаниды, актиниды и трансурановые элементы, практически не всасываются из кишечника, как правило, избирательно откладываются в печени и в меньшей мере в скелете, выделяются преимущественно с калом. Элементы пятой и шестой основной групп периодической системы, за исключением Ро, сравнительно хорошо всасываются из кишечника и выводятся почти исключительно с мочой в течение первых суток, благодаря чему в органах обнаруживаются в сравнительно небольших количествах.

Отложение радионуклидов в легочной ткани при ингаляции зависит от размера вдыхаемых частиц и их растворимости. Чем крупнее аэрозоли, тем большая доля их задерживается в носоглотке и меньшая проникает в легкие. Медленно покидают легкие плохо растворимые соединения. Высокая концентрация таких радионуклидов часто обнаруживается в лимф, узлах корней легких. Очень быстро всасываются в легких окись трития, растворимые соединения щелочных и щелочноземельных элементов. Медленно всасываются в легких Pu, Am, Се, Cm и другие тяжелые металлы.

Нормы радиационной безопасности (НРБ) регламентируют поступление и содержание радионуклидов в организме лиц, работа которых связана с профвредностями, и отдельных лиц из населения, а также населения в целом, допустимые концентрации радионуклидов в атмосферном воздухе и воде, продуктах питания. Эти нормы основаны на величинах предельно допустимых доз (ПДД) облучения, установленных для четырех групп критических органов и тканей (см. Критический орган , Предельно допустимые дозы).

Для лиц, работающих в условиях профвредностей, принятая величина ПДД облучения всего тела, гонад и красного костного мозга равна 5 бэр/год, мышечной и жировой тканей, печени, почек, селезенки, жел.-киш. тракта, легких, хрусталика глаз - 15 бэр/год, костной ткани, щитовидной железы и кожи -30 бэр/год, кистей рук, предплечий, лодыжек и стоп -75 бэр/год.

Нормы для отдельных лиц из населения рекомендованы в 10 раз ниже, чем для лиц, работающих в условиях профвредностей. Облучение всего населения регламентируется генетически значимой дозой, к-рая не должна превышать 5 бэр за 30 лет. В эту дозу не входят возможные дозы облучения, обусловленные мед. процедурами и естественным радиационным фоном.

Величина годового предельно допустимого поступления растворимых и нерастворимых соединений (мкКи/год) через органы дыхания для персонала, предел годового поступления радионуклидов через органы дыхания и пищеварения для отдельных лиц из населения, среднегодовые допустимые концентрации (СДК) радионуклидов в атмосферном воздухе и воде (кюри/л) для отдельных лиц из населения, а также содержание радионуклидов в критическом органе, соответствующее предельно допустимому уровню поступления (мкКи) для персонала, приведены в нормативах.

При расчете допустимых уровней поступления радионуклидов в организм учитывается также нередко встречающийся неравномерный характер распределения радионуклидов в отдельных органах и тканях. Неравномерное распределение радионуклидов, приводящее к созданию высоких локальных доз, лежит в основе высокой токсичности альфа-излучателей, чему в немалой степени способствуют отсутствие восстановительных процессов и практически полная суммация повреждений, вызываемых этим видом излучения.

Обозначения: β- - бета-излучение; β+ - позитронное излучение; n - нейтрон; p - протон; d - дейтрон; t - тритон; α - альфа-частица; Э.З. - распад путем захвата электрона; γ - гамма-излучение (как правило, приведены лишь основные линии γ-спектра); И. П. - изомерный переход; U (n, f) - реакция деления урана. Указанный изотоп выделяют из смеси продуктов деления; 90 Sr-> 90 Y - получение дочернего изотопа (90 Y) в результате распада материнского (90 Sr), в т. ч. с помощью изотопного генератора.

Библиография: Иванов И. И. и др. Радиоактивные изотопы в медицине и биологии, М., 1955; К а м e н М. Радиоактивные индикаторы в биологии, пер. с англ., М., 1948, библиогр.; Левин В. И. Получение радиоактивных изотопов, М., 1972; Нормы радиационной безопасности (НРБ-69), М., 1972; Получение в реакторе и применение короткоживущих изотопов, пер. с ин., под ред. В. В. Бочкарева и Б. В. Курчатова, М., 1965; Производство изотопов, под ред. В. В. Бочкарева, М., 1973; Селинов И. П. Атомные ядра и ядерные превращения, т. 1, М.-Л., 1951, библиогр.; Туманян М. А. и К а у-шанский Д. А. Радиационная стерилизация, М., 1974, библиогр.; Фатеева М. Н. Очерки радиоизотопной диагностики, М., 1960, библиогр.; Xeвеши Г. Радиоактивные индикаторы, пер. с англ., М., 1950, библиогр.; Dynamic studies with radioisotopes in medicine 1974, Proc, symp., v. 1-2, Vienna, IAEA, 1975; L e d e г e г Ch. М., Hollander J. M. a. P e г 1 m а n I. Tables of isotopes, N. Y., 1967; Silver S. Radioactive isotopes in clinical medicine, New Engl. J. Med., v. 272, p. 569, 1965, bibliogr.

В. В. Бочкарев; Ю. И. Москалев (токе.), составитель табл. В. В. Бочкарев.

Изотопы

ИЗОТО́ПЫ -ов; мн. (ед. изото́п, -а; м.). [от греч. isos - равный и topos - место] Спец. Разновидности одного и того же химического элемента, различающиеся массой атомов. Радиоактивные изотопы. Изотопы урана.

◁ Изото́пный, -ая, -ое. И. индикатор.

История исследований
Первые экспериментальные данные о существовании изотопов были получены в 1906-10 гг. при изучении свойств радиоактивных превращений атомов тяжелых элементов. В 1906-07 гг. было обнаружено, что продукт радиоактивного распада урана - ионий и продукт радиоактивного распада тория - радиоторий имеют те же химические свойства, что и торий, однако отличаются от последнего атомной массой и характеристиками радиоактивного распада. Более того: все три элемента имеют одинаковые оптические и рентгеновские спектры. По предложению английского ученого Ф. Содди (см. СОДДИ Фредерик) , такие вещества стали называть изотопами.
После того как изотопы были обнаружены у тяжелых радиоактивных элементов, начались поиски изотопов у стабильных элементов. Независимое подтверждение существования стабильных изотопов химических элементов было получено в экспериментах Дж. Дж. Томсона (см. ТОМСОН Джозеф Джон) и Ф. Астона (см. АСТОН Фрэнсис Уильям) . Томсон в 1913 г. обнаружил стабильные изотопы у неона. Астон, проводивший исследования с помощью сконструированного им прибора, названного масс-спектрографом (или масс-спектрометром), используя метод масс-спектрометрии (см. МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ) , доказал, что и многие другие стабильные химические элементы имеют изотопы. В 1919 г. он получил доказательства существования двух изотопов 20 Ne и 22 Ne, относительное содержание (распространенность) которых в природе составляет приблизительно 91% и 9% . В дальнейшем был обнаружен изотоп 21 Ne с распространенностью 0,26%, изотопы хлора, ртути и ряда других элементов.
Масс-спектрометр несколько другой конструкции в те же годы был создан А. Дж. Демпстером (см. ДЕМПСТЕР Артур Джефри) . В результате последующего использования и усовершенствования масс-спектрометров усилиями многих исследователей была составлена почти полная таблица изотопных составов. В 1932 г. был открыт нейтрон - частица, не имеющая заряда, с массой, близкой к массе ядра атома водорода - протона, и создана протонно-нейтронная модель ядра. В результате в науке установилось окончательное определение понятия изотопов: изотопы - это вещества, ядра атомов которых состоят из одинакового числа протонов и отличаются лишь числом нейтронов в ядре. Примерно к 1940 г. изотопный анализ был проведен для всех известных к тому времени химических элементов.
При изучении радиоактивности было открыто около 40 природных радиоактивных веществ. Они были объединены в радиоактивные семейства, родоначальниками которых являются изотопы тория и урана. К природным относятся все стабильные разновидности атомов (их около 280) и все естественно радиоактивные, входящие в состав радиоактивных семейств (их 46). Все остальные изотопы получены в результате ядерных реакций.
Впервые в 1934 г. И. Кюри (см. ЖОЛИО-КЮРИ Ирен) и Ф. Жолио-Кюри (см. ЖОЛИО-КЮРИ Фредерик) получили искусственным путем радиоактивные изотоп азота (13 N), кремния (28 Si) и фосфора (30 P), отсутствующие в природе. Этими экспериментами они продемонстрировали возможность синтеза новых радиоактивных нуклидов. Среди известных в настоящее время искусственных радиоизотопов более 150 принадлежат трансурановым элементам (см. ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) , не встречающимся на Земле. Теоретически допускается, что число разновидностей изотопов, способных к существованию, может достигать порядка 6000.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "изотопы" в других словарях:

Современная энциклопедия

Изотопы - (от изо... и греческого topos место), разновидности химических элементов, у которых ядра атомов (нуклидов) отличаются числом нейтронов, но содержат одинаковое число протонов и поэтому занимают одно и то же место в периодической системе химических … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (от изо... и греч. topos место) разновидности химических элементов, у которых ядра атомов отличаются числом нейтронов, но содержат одинаковое число протонов и поэтому занимают одно и то же место в периодической системе элементов. Различают… … Большой Энциклопедический словарь

ИЗОТОПЫ - ИЗОТОПЫ, хим. элементы, расположенные в одной и той же клетке периодической системы и следовательно обладающие одинаковым атомным номером или порядко вым числом. При этом И. не должны, вообще говоря, обладать одинаковым атомным весом. Различные… … Большая медицинская энциклопедия

Разновидности данного хим. элемента, различающиеся по массе ядер. Обладая одинаковыми зарядами ядер Z, но различаясь числом нейтронов, И. имеют одинаковое строение электронных оболочек, т. е. очень близкие хим. св ва, и занимают одно и то же… … Физическая энциклопедия

Атомы одного и того же хим. элемента, ядра которых содержат одинаковое число протонов, но различное число нейтронов; имеют разные атомные массы, обладают одними и теми же хим. свойствами, но различаются по своим физ. свойствам, в частности… … Словарь микробиологии

Атомы хим. элемента, обладающие разными массовыми числами, но имеющие одинаковый заряд атомных ядер и поэтому занимающие одно место в периодической системе Менделеева. Атомы разных изотопов одного и того же хим. элемента отличаются по числу… … Геологическая энциклопедия

Несмотря на интенсивное развитие беспроводных технологий, кабельные линии передачи данных все еще остаются наиболее надежным, помехозащищенным, и относительно недорогим решением для организации масштабируемых компьютерных сетей с контролем доступа. Выбор витой пары при проектировании и прокладке таких сетей является одной из основных задач.. Несмотря на кажущуюся простоту проводных технологий, трудности, которые возникают при выборе витой пары, могут поставить в тупик многих, поскольку сэкономить, и в то же время обеспечить работоспособность сети длительное время с гарантированным устойчивым соединением ее активных компонентов будет достаточно трудно. Более того, интенсивное развитие технологий передачи данных приводит к тому, что оборудование, работающее на скорости 100 Мбитс постепенно вытесняется оборудованием 1000 Мбитс, соответственно, при проектировании СКС необходимо заложить определенный запас прочности, т.к. рост скорости предполагает усиленное внимание к качеству линий. Поэтому при выборе витой пары нужно учесть следующие факторы:

1. Бюджет , выделенный для прокладки сети (выбор оптимальных параметров)
2. Условия прокладки кабеля (устойчивость к природным условиям, грызунам, коррозии, электромагнитным излучениям)
3. Длина линии (больше расстояние - выше требования к качеству кабеля и условиям прокладки)
4. Скорость передачи данных . Для безболезненного перехода в недалеком будущем к скорости в 1 Гбитс стоит уделить большее внимание качеству линий, и купить витую пару с некоторым «запасом прочности».

Параметры витой пары, которые необходимо учитывать при проектировании СКС, следующие:

• Категория . Согласно стандартам телекоммуникационных кабельных сетей EIA/TIA 568, и ISO 11801 их десять: категории 1-4 не соответствуют современным требованиям, и в данный момент не используются, а категории 7 и 7а уступают в целесообразности оптическому кабелю. Поэтому речь пойдет о категориях 5, 5е, 6, 6а.
• Материал жил . Медь, или омедненный алюминий. Плюс ко всему стоит обратить внимание на технологию омеднения: CCA, CCAA, CCAG, или CCAH
• Тип внешней оболочки: для внешней или внутренней прокладки
• Тип экранирования: для прокладки вблизи сильных источников электромагнитного излучения
• Наличие троса или брони для воздушной прокладки, или прокладки в помещении, зараженном грызунами

Основное различие категорий витой пары - это частота передаваемого сигнала, что, в свою очередь, определяет качество и скорость передачи данных. Категории 5 и 5е работают в полосе частот до 100 МГц. С использованием кабеля категории 5е скорость передачи данных, при этом, может составлять до 1 ГБит/с, поэтому Кабель этой категории, в данный момент, является наиболее распространенным для прокладки компьютерных сетей.

Категории 6 и 6a применяются для сигнала с частотами 250 и 500 МГц соответственно. Такой сигнал позволяет организовать передачу данных со скоростью до 10 Гбит/с на расстояния до 50 метров. В дальнейшем планируется использовать его для передачи данных со скоростью до 40 Гбит/с. Однако такие параметры скорости узкоспециализированы, и использование шестой категории кабеля для прокладки сетей сложно назвать экономически оптимальным вариантом.

Материал жил витой пары

Жилы витой пары могут быть медными, или омедненными. Разница, как обычно, в цене и качестве. Проводимость меди выше, но и кабель с медными жилами стоит дороже. Омеднение жил производится с расчетом на скин-эффект. Его суть состоит в том, что при высоких частотах передаваемого сигнала, большая часть тока протекает по поверхностному слою проводника. Однако, несмотря на то, что у омедненного кабеля много противников, мало кто учитывает, что омеднение омеднению рознь, и плакированный алюминий кабеля Hortex может стать хорошей альтернативой медному кабелю. Качественная плакировка позволяет добиться показателей близких к параметрам медного проводника. Все дело в технологии производства и процентном содержании меди в проводнике кабеля. В то время как большая часть производителей витой пары применяют технологию CCA (copper clad aluminum - алюминий, плакированный медью), производитель кабеля Hortex использует технологию CCAG (Copper Clad Aluminum and Argentum Powder - Алюминий плакированный медью, с использованием серебряной пудры). Данная технология позволяет добиться более качественного омеднения алюминия, по сравнению с CCA, что существенно повышает проводимость витой пары. А вот цена такого кабеля, по сравнению с медными аналогами, отличается в приятную сторону.

Экранированная витая пара

При пролегании витой пары вблизи линий электропитания, мощных источников электромагнитного излучения, или аппаратуры создающей сильные электромагнитные помехи, такие факторы как качество изоляции и экранирование кабеля, приобретают дополнительное значение. Как правило, для предотвращения наводок, и потерь сигнала, сетевой кабель прокладывают не ближе 15 см от бытовой электропроводки, однако для каждого конкретного случая расстояние определяется отдельно.

При наружной прокладке кабеля, или вблизи сильных источников ЭМИ, рекомендуется использовать экранированный кабель. Маркировка экранированного кабеля следующая:

• FTP - общий экран из фольги для всех пар в кабеле
• STP - экранирована каждая пара, а общий экран может быть выполнен в виде металлической сетки
• S/FTP - каждая пара экранирована фольгой, плюс присутствует медная оплетка для всего кабеля целиком.
• SF/UTP - в этом типе реализована двойная оплетка всего кабеля (без отдельного экранирования пар) из фольги и медной оплетки.

Особенности внутренней и внешней прокладки. Различия материалов изоляции .

Разобравшись с различными характеристиками витой пары, пришло время разобраться с самым главным вопросом - что, куда, и как прокладывать. Какой именно кабель выбрать для прокладки локальной сети.

Прежде всего, следует учесть температурный режим. Изначально, все добросовестные производители витой пары (такие как, например, Larex, Sofetec, и Hortex) используют для внешней оболочки материалы, способные выдержать значительные перепады температур. Наиболее популярным материалом является ПВХ. Он практически по всем параметрам, в том числе и противопожарным, подходит для помещений, но не годится для наружного использования. Это объясняется тем, что ПВХ, усиленный пластификаторами и разными химическими добавками, переносит перепад температур, изгибы и растяжения, но является влагопроницаемым и неустойчивым к УФ материалом. Для наружной прокладки в основном используется светостабилизированный полиэтилен. Этот материал устойчив к температурным перепадам, влагонепроницаем, а светостабилизация делает его устойчивым к ультрафиолетовому излучению. Двойная оболочка кабелей, Sofetec, и Hortex обеспечивает повышенную прочность и устойчивость к внешним факторам.

Для воздушной прокладки, обратите внимание на наличие дополнительного несущего элемента (троса или проволоки). Он примет на себя все нагрузки, и не позволит кабелю оборваться.

При прокладке домашней, или небольшой офисной сети нужно учесть следующие требования:

• Витую пару необходимо прокладывать на расстоянии не менее 15 см от бытовой электропроводки, при этом необходимо минимизировать количество и протяженность участков с параллельным расположением силовых и информационных линий. Для этажных и межэтажных магистральных линий с высокой концентрацией информационных кабелей идеальным вариантом будет прокладка кабелей электросети и витой пары вдоль противоположных стен Только в этом случае можно дать максимальную, но не 100% гарантию, что UTP кабель будет полностью защищен от внешнего ЭМИ.
• Пересечение проводов электросети, и витой пары должно быть строго перпендикулярным.
• Если вышеозначенные требования невыполнимы, по каким-либо причинам, для снижения воздействия необходимо использовать экранированный кабель. При этом кабель должен быть заземлен с двух сторон, иначе вместо защиты жил витой пары от ЭМИ, экран станет антенной для помех.

Как выбрать качественную витую пару

С параметрами и условиями внешней среды все ясно. А как же выбрать и купить витую пару , которая подойдет к конкретным условиям прокладки, и что при этом она будет нужного качества? Самый простой вариант - взять с собой того, кто знает, что к чему. В противном случае, полагаться придется на собственные знания.

• Прежде всего, убедитесь, что перед вами сертифицированный кабель. Хоть он и несколько дороже кустарных аналогов, прослужит в разы дольше. А заодно вы будете уверены, что приобретете именно то, за что платите, ведь безымянные производители экономят на всем, нарушая стандарты толщины проводника и изоляции, требования к качеству компонентов и пр.
• Обратите внимание на материал жил. Отличить медь от плакированного кабеля можно двумя способами:

1. Конец жилы нагреть в пламени зажигалки. На медном проводе образуется капелька, но при этом, сама жила не деформируется. Омедненный алюминий изгибается в месте нагрева, а при сильном нагреве может отломаться.
2. Соскоблить верхний слой жилы. Белый блеск металла будет означать, что перед Вами омедненка. Тип омеднения (CCA или CCAG, к сожалению, определить в полевых условиях не получится)

• Оцените кабель визуально и на ощупь. Изоляция должна быть однородной, гладкой, без всевозможных шершавостей и уплотнений, с однородной окраской.
• Проверьте толщину жилы. Для этого понадобится микрометр. Толщина жил кабеля указывается в маркировке кабеля в виде AWG XX. AWG (от англ. American Wire Gauge) — американская система маркирования толщины проводов, а значение ХХ и будет определять толщину жилы. У кабеля калибра AWG24 толщина проводника 0,511мм, у AWG25 - 0,455мм.

Результат выбора некачественного или нестандартного кабеля только один: пропадание сигнала, и, как следствие, нестабильная работа сети. Если жилы тоньше стандартных, то контакт в модуле (сетевой разъем) может полностью отсутствовать. Некачественная изоляция может потрескаться и/или рассыпаться, и, если кабель проложен снаружи здания, то под изоляцию будет попадать вода, которая рано или поздно может оказаться в сетевом оборудовании. Если кабель проложен в помещении, то разрушение изоляции сделает кабель более уязвимым к механическим повреждениям. Некачественное омеднение снижает токопроводящие свойства жил.

Для того чтобы быть уверенным в качестве кабеля, рекомендуем обратить внимание на торговые марки Larex , Sofetec и Hortex . Жила строго соответствует стандарту толщины, двойная оболочка, качественное плакирование: все это выгодно отличает указанные торговые марки от продукции других производителей. Несмотря на то, что Larex и Sofetec плакируются по технологии CCA, и параметры этого кабеля несколько ниже по сравнению с медью, при соблюдении стандартов и требований к прокладке кабеля, свойства кабеля данных торговых марок обеспечат достаточный запас прочности и надежности СКС. Кабель Hortex, плакированный по технологии CCAG с большим процентным содержанием меди, в свою очередь, наиболее приближен по своим электрическим параметрам к медным кабелям и имеет сопротивление жилы ≈140 Ом/км. Так же, кабели марок Larex, Sofetec и Hortex имеют все необходимые сертификаты и соответствия стандартам качества, и противопожарной безопасности.

Особенности и специфика выбора кабеля для решения разных задач

Основные требования, которые ставит проектировщик СКС, сводятся к стабильной работе сети, минимизации потерь, и максимальному строку службы сети. Задачи, решение которых требует выполнения вышеозначенных требований, различны. Для наиболее типичных проектов небольших офисных или домашних сетей, при соблюдении правил прокладки, достаточно будет купить витую пару UTP кабель как при прокладке к роутеру, так и от роутера к компьютеру. Для более крупных офисных сетей так же предпочтительнее использовать UTP, поскольку при использовании экранированного кабеля возникают дополнительные трудности с заземлением экрана: согласно стандартам ANSI/TIA/EIA-568-A и международного стандарта ISO/IEC 11801 экран должен быть заземлен с обоих концов на шине телекоммуникационной системы заземления. Именно в связи с трудностями заземления, FTP рекомендуется использовать при прокладке межсерверных, внутрикластерных линий в пределах общего контура информационной "земли", либо в пределах разных контуров, но с выполнением всех требований к контурам заземления информационных цепей.

Витую пару так же используют для создания систем видеонаблюдения. По ней передается видеосигнал, и рекомендуется использовать экранированный кабель, особенно если питание на видеооборудование подается дистанционно.

Независимо от типов задач, и требований, возлагаемых на кабель, в первую очередь он обязан соответствовать стандартам и иметь сертификаты качества, что гарантирует его работоспособность в любых сегментах структурированных сетей и сетевых протоколах. Поэтому, если бюджет не позволяет использовать медный кабель, не стоит использовать продукцию безымянных производителей. Несмотря на то, что стоимость такого кабеля существенно ниже, экономия будет сомнительной, если через год кабель придется полностью менять. Кабели торговых марок Larex, Sofetec и Hortex, позволяют оптимизировать бюджет на прокладку кабельных линий, и гарантируют высокое качество продукции, что позволяет использовать кабель для решения широкого спектра задач.

07.09.2018

На данный момент в локальных сетях (стандарт Gigabit Ethernet 1000BASE-T) используется кабель типа UTP, он же «витая пара» (на английском - UTP, unshielded twisted pair), состоящей из 8 жил.

Состоит из четырех пар особо скрученных в спираль покрытых изоляцией проводков, по которым передается цифровой сигнал в локальной сети, структурированных кабельных системах, системах безопасности и видеонаблюдения, и даже телефонии (слаботочка одним словом).

Кабель, он же патч-корд, обжимается кусачками, с надетыми розетками на 8 пин тип RJ-45 для локалки или на 5 пин RJ-11 для телефонов (в основном используются два в лапше). Так какая же максимальная длина?

Обжатие патч-кордов 5 категории

Процесс зажатия кусачками розетки на проводе называется обжимом, раньше назывался распайкой. В крайних случаях, вместо кусачек, можно взяв плоскую (шлицевую отвертку), которую придется установить шлицем на впадину и ударив молотком, при должной сноровки можно получить тот же результат, что и при использование кусачек (кримпер).

Обжимной инструмент (кримпер)

Ну и как выглядит обжимной инструмент "кримпер" - он же кусачки или обжимник.

Забивка в 110 тип - Krone

Так же, если кабель разводится под розетки то его забивают инструментом типа такого: сенсорный инструмент Krone LSA-PLUS 6417 2 055-01 то, тогда забивается аналогично, только на две стороны, и по разметке модуля.

Стандарты TIA/EIA-568A, TIA/EIA-568B

На данный момент есть два стандарта обжима «витой пары» для 8-контактных разъемов RJ-45: TIA/EIA-568A и TIA/EIA-568B, отличающиеся положением 4 из 8 жил. Так вот, выбор здесь достаточно простой.

СтандартTIA/EIA-568A

Образец обжатия ашки.

Стандарт TIA/EIA-568B

Ну, а это соответственно, бэшка.

Перекрёстный кабель (crossover cable), перевернутый/обратный патч-корд.

Если локальная сеть состоит только из двух устройств (компьютер соединен с компьютером, или компьютер подключен к принтеру или к сканеру), соединение между ними, то с одной стороны ставим TIA/EIA-568A (ашку), а с другой TIA/EIA-568B (бэшку). Его еще раньше называли кросс-овер, (не машина), или обратный/перевернутый патч-корд.

Соединение через коммутатор

Когда все компьютеры в офисе или дома воткнуты в роутер, маршрутизатор, или свитч (выберите, что понравилось), то лучше выбрать один из двух на обоих хвостовиках. Мнений будет масса, но чаще всего ставят бэшку, исключение в том случае, если до вас кто то уже развел сеть на А, тогда чтобы не городить огород лучше остальное сделать так же. Хотя современные свитчи научились определять сигнал самостоятельно.

Максимальная длина пятой категории для локальной сети

Мнения, что стандарты для разных длин кабеля, кроме как заблуждениями, прокомментировать сложно - технически одно и тоже. По спецификации на 5 категорию, на дистанции около 100 метров можно запустить 100 мегабит, а если хорошим кабелем, типа такого, как кабель AMP 57535-5 UTP Cat.5e Box 305m 5YW , то удалось завесить на 117 метрах, ну и свитч, соответственно подороже D-Link.

Организация Electronic Industries Alliance (EIA) рекомендует, стандартизирующую сеть на витой паре использовать стандарт TIA/EIA-568A, а вариант TIA/EIA-568B предусматривает для совместимости с некоторыми типами оборудования.

Между тем, на практике большинство компаний использует стандарт TIA/EIA-568B, поскольку он совпадает с широко распространенным ранее стандартом AT&T 258A. Категории (сокращенно CAT) витой пары определяют расчетную скорость передачи данных. Кроме этого кабель LAN еще разделяют на классы и при построении структурированной кабельной системы их тоже учитывают.

Следует помнить, что витая пара более высокого класса поддерживает технические возможности низшего класса. А вот витая пара по классу ниже не поддерживает технические приложения высшего класса. Чем выше класс тем лучше передаточные характеристики и выше предельная частота работы кабельной линии.

CAT1 (частотная полоса - 0,1 МГц).

Одну пара и используется для передачи голоса и цифровых данных при участии модема. Это стандартный телефонный кабель (у нас был до лапши, чаще всего круглый), который в свое время использовался в «скрученном» виде в США, а в России применяется и сейчас без скручивания. Не подходит для современных систем и имеет большое влияние помех.

CAT2 (частотная полоса - 1 МГц).

Имеет две пары проводников и уже изжил себя. Иногда применяется при построении телефонных сетей.

Обладает скоростью передачи данных до 4 Мбит/с. Не годиться для построения современных сетей.

CAT3 (частотная полоса - 16 МГц. Класс «С»).

Встречается 2-х парный и 4-х парный тип витой пары. Применяется не только для создания телефонных, но и локальных сетей на базе 10BASE-T. Поддерживает скорость передачи данных от 10 до 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4 протяженностью не более 100 метров. В отличии от CAT1 и CAT2 поддерживает стандарт IEEE 802.3.

CAT4 (частотная полоса - 20 МГц).

В свое время этот 4-х парный кабель использовался в технологии 10BASE-T и 100BASE-T4. Возможна скорость передачи данных до 16 Мбит/с. В наши дни не используется.

CAT5 (частотная полоса - 100 МГц. Класс «D»).

Кабель применялся для создания телефонных линий и построения локальных сетей 100BASE-TX, а также в Ethernet (LAN). Поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с.

CAT5e (частотная полоса 125 МГц).

Это усовершенствованная витая пара пятой категории. При использовании 2-х пар поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с и до 1000 Мбит/с в 4-х парном кабеле. Как правило, используется 4-х парный кабель для построения локальной компьютерной сети. Это самый распространенный тип витой пары.

CAT6 (частотная полоса 250 МГц. Класс «E»).

Это распространенный тип кабеля, который применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. В структуре кабеля четыре пары проводников. Поддерживает высокую скорость передачи данных до до 10 Гбит/с протяженностью не более 55 метров. CAT6a (частотная полоса 500 МГц. Класс «EA«). Структура кабеля состоит из четырех пар проводников. Он используется в сетях Gigabit Ethernet и поддерживает скорость до 10 Гбит/с на расстоянии до 100 метров.

CAT7 (частотная полоса 600 - 700 МГц. Класс «F»).

Поддерживает скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Структура кабеля имеет общий внешний экран и фольгированную защиту каждой пары. По типу относиться к S/FTP (ScreenedFullyShieldedTwistedPair).

CAT7a (частотная полоса 1000 -1200 МГц. Класс «FA«).

Скорость витой пары доходит до 40 Гбит/с на расстоянии до 50 метров и до 100 Гбит/с протяженностью до 15 метров.

Если, статья понравилась, лайкните нас - нам будет приятно:) .

03. 12.2017

Блог Дмитрия Вассиярова.

Витая пара — что это за кабель и почему витой?

Привет всем.

Если вы собираетесь прокладывать к себе в дом интернет или уже сделали это, не лишним будет знать, что такое витая пара. Ведь она сейчас чаще всего используется в данных целях. В этой статье я расскажу вам не только, что это, но и каких видов бывает, из чего состоит и как распознавать маркировку.

Определение

Витой парой называется кабель, включающий в себя одну или больше пар изолированных проводников, обвитых друг с другом. Зачем они свиваются? Чтобы улучшить связь между ними и снизить уровень поступающих с внешней стороны помех для сигнала.

Используется, как правило, для проведения интернета, кабельного телевидения, построения локальных сетей. Также может применяться для подключения телефона. К слову, это было его первоначальное назначение, когда Александр Белл придумал его в 1881 году.

Витая пара выигрывает перед своими основными конкурентами тем, что ее легче и дешевле прокладывать в сравнении с оптоволокном, и она обладает лучшей пропускной способностью, нежели коаксиальный кабель.

Структура

Если рассматривать кабель в сечении, мы увидим:

• Проводники. Изготавливаются из цельной медной проволоки диаметром 0,4-0,6 мм или многочисленных тонких проводников. Второй вариант применяется при изготовлении коммутационных шнуров.
• Изоляция проводников. Выполняется чаще всего из поливинилхлорида, более дорогие модели - из полиэтилена или полипропилена, а самые качественные - из вспененного полиэтилена или тефлона. Ее диаметр составляет 0,2 мм.
• Разрывная нить. Делается традиционно из капрона. Она нужна, чтобы можно было легко и без повреждений изоляции разрезать внешнюю оболочку и получить доступ к сердечнику. Также нить обеспечивает дополнительную защиту.
• Внешняя оболочка. Производится зачастую из поливинилхлорида с элементами мела, который делает ее более хрупкой. Это нужно, чтобы точно и без затруднений обрезать кабель острым инструментом. Толщина оболочки варьируется от 0,5 мм до 0,9 мм.

Негласно ее еще различают по цветам: серый - наиболее популярный, черный - для внешней прокладки, оранжевый - говорит о негорючести оболочки. Также может отличаться форма: обычно она круглая, но бывают и плоские кабели, которые удобно прокладывать в доме под ковром или по плинтусам.

• Вспомогательная защита из влагостойкого полиэтилена. Обязательно используется при изготовлении провода для уличной прокладки.

Еще в нем могут быть заполнены пустые места водоотталкивающим гелем, а также может выполняться бронирование посредством стальной проволоки либо гофрированной ленты.

Виды кабелей

Изделия типа витая пара различаются по нескольким критериям.

1. Число жил

Учитывая количество проволок, витая пара бывает:

• Одножильной. Не предназначается для прямого соединения с периферийными устройствами. Используется при прокладке проводов в стенах, коробах и т. п. Дело в том, что жила из меди имеет достаточно большую толщину и, если ее часто сгибать - она сломается. В то время как для врезания в розетки она хорошо подходит.
• Многопроволочной. Такой вид кабеля применяется с точностью до наоборот, в отличие от первого. Затухание сигнала в нем больше, поэтому он годится для изготовления патчкордов, объединяющих розетки с оборудованием.

2. Защита

Одним из отличий является применяемая в изделиях защита самого изделия и передаваемых сигналов от помех. Она бывает:

• Химической (от влияния природных условий). Выполняется из полиэтилена или фольги. Если используется второй вариант, такие изделия обозначаются как «foiled».
• Механической (от физических повреждений). Для этого применяется очень прочная оболочка и оплетка из медной проволоки. Когда используются дополнительные защитные компоненты, кабель называют ««double jacket».
• Экранирование (от электромагнитных перебоев). В данных целях может быть использована фольга из алюминия либо медная оплетка.

3. Экранирование

Отдельно хочу рассказать о конструкциях экрана, так как они бывают разные, из-за чего отличаются и сами кабели:

• Неэкранированное изделие (маркируется как U/UTP).
• Индивидуальный экран (U/FTP). Обматывается фольгой каждая пара в отдельности, чтобы не только не мешали внешние помехи, но и сигналы внутри кабеля не препятствовали друг другу.
• Общий экран (F/UTP, S/UTP, SF/UTP). Как вы догадались, им обволакиваются все пары.
• Индивидуальный и общий экран (F/FTP, S/FTP, SF/FTP). Сочетает в себе принцип защиты двух предыдущих типов.

Категории

Помимо вышеперечисленных разновидностей, провода типа витая пара делятся на категории в зависимости от эффективности частотного диапазона, который пропускают. На данных момент их 12 (вместе с модификациями некоторых категорий). Среди них те, которые уже не используются и те, которые еще не укоренились на нашем рынке. Поэтому не буду засорять вам голову лишней информацией, рассказывая про каждую категорию.

Скажу только, что на сегодня самыми востребованными являются изделия 5-й категории. Они работают на полосе частот в 100 МГц. Применяются для организации локальных сетей по технологиям Fast и Gigabit Ethernet. Скорость передачи данных равняется 100 Мбит/с, если в деле 2 пары, и до 1000 Мбит/с - если 4.

Типы обжима

Не важно, какой кабель вы выберите, его можно будет только двумя способами:

• Прямой - чтобы соединить сетевую карту с коммутатором или концентратором.
• Перекрестный - для прямого коннекта между двумя сетевыми платами или устаревшими концентраторами/коммутаторами.

Подлежит разъем 8P8C, имеющий 8 контактов и фиксатор.

На этом останавливаю свое повествование.

До новых встреч на страницах моего блога.