Не менее обширны применения радиоактивных изотопов в промышленности. Одним из примеров этого может служить следующий способ контроля износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Облучая поршневое кольцо нейтронами, вызывают в нем ядерные реакции и делают его радиоактивным. При работе двигателя частички материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла после определенного времени работы двигателя, определяют износ кольца. Радиоактивные изотопы позволяют судить о диффузии металлов, процессах в доменных печах и т. д.

Мощное гамма-излучение радиоактивных препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.

Все более широкое применение получают радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве. Облучение семян растений (хлопчатника, капусты, редиса и др.) небольшими дозами гамма-лучей от радиоактивных препаратов приводит к заметному увеличению урожайности. Большие дозы "радиации вызывают мутации у растений и микроорганизмов, что в отдельных случаях приводит к появлению мутантов с новыми ценными свойствами (радиоселекция). Так выведены ценные сорта пшеницы, фасоли и других культур, а также получены высоко продуктивные микроорганизмы, применяемые в производстве антибиотиков. Гамма-излучение радиоактивных изотопов используется также для борьбы с вредными насекомыми и для консервации пищевых продуктов. Широкое применение получили «меченые атомы» в агротехнике. Например, чтобы выяснить, какое из фосфорных удобрений лучше усваивается растением, помечают различные удобрения радиоактивным фосфором 15 32P. Исследуя затем растения на радиоактивность, можно определить количество усвоенного ими фосфора из разных сортов удобрения.

Интересным применением радиоактивности является метод датирования археологических и геологических находок по концентрации радиоактивных изотопов. Наиболее часто используется радиоуглеродный метод датирования. Нестабильный изотоп углерода

Список использованной литературы

1. Учение о радиоактивности. История и современность. М. Наука, 1973 2. Ядерные излучения в науке и технике. М. Наука, 1984 Фурман В. И. 3. Альфа-распад и родственные ядерные реакции. М. Наука, 1985

4. Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики. Том III. – М.: Наука, 19865. Селезнев Ю. А. Основы элементарной физики. –М.: Наука, 1964.6. CD ROM «Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия», 1997.

7. Кюри М., Радиоактивность, пер. с франц., 2 изд., М. - Л., 1960

8. Мурин А.Н., Введение в радиоактивность, Л., 1955

9. Давыдов А.С., Теория атомного ядра, М., 1958

10. Гайсинский М.Н., Ядерная химия и ее приложения, пер. с франц., М., 1961

11. Экспериментальная ядерная физика, под ред. Э. Сегре, пер. с англ., т. 3, М., 1961; Средства сети INTERNET

Изотопы, особенно радиоактивные, имеют многочисленные применения. В табл. 1.13 указаны отдельные примеры некоторых промышленных применений изотопов. Каждая методика, упоминаемая в этой таблице, используется также и в других отраслях промышленности. Например, методика определения утечки вещества с помощью радиоизотопов используется: в производстве напитков для определения утечки из накопительных баков и трубопроводов; в строительстве инженерных сооружений для

Таблица 1.13. Некоторые применения радиоизотопов

определения утечки из подземных водоводов; в энергетической промышленности для определения утечки из теплообменников на электростанциях; в нефтяной промышленности для определения утечки из подземных нефтепроводов; в службе контроля сточных и канализационных вод для определения утечки из магистральных коллекторов.

Изотопы также широко используются в научных исследованиях. В частности, они используются для определения механизмов химических реакций. В качестве примера укажем использование воды, меченной устойчивым изотопом кислорода 180, для изучения гидролиза сложных эфиров, подобных этилацетату (см. также разд. 19.3). С использованием масс-спектрометрии для обнаружения изотопа 180 было установлено, что при гидролизе атом кислорода из молекулы воды переходит в уксусную кислоту, а не в этанол

Радиоизотопы широко используются в роли меченых атомов в биологических исследованиях. Для того чтобы прослеживать метаболические пути в живых системах, используют радиоизотопы углерод-14, тритий, фосфор-32 и сера-35. Например, усвоение фосфора растениями из обработанной удобрениями почвы можно проследить, пользуясь удобрениями, которые содержат примесь фосфора-32.

Радиационная терапия.

Ионизирующее излучение способно разрушать живые ткани. Ткани злокачественных опухолей более чувствительны к облучению, чем здоровые ткани. Это позволяет лечить раковые заболевания при помощи -лучей, испускаемых из источника, в качестве которого используется радиоактивный изотоп кобальт-60. Излучение направляют на пораженный опухолью участок тела больного; сеанс лечения длится несколько минут и повторяется ежедневно в течение 2-6 недель. Во время сеанса все остальные части тела больного должны быть тщательно закрыты непроницаемым для излучения материалом, чтобы предотвратить разрушение здоровых тканей.

Определение возраста образцов при помощи радиоуглерода.

Небольшая часть того диоксида углерода, который находится в атмосфере, содержит радиоактивный изотоп . Растения поглощают этот изотоп в процессе фотосинтеза. Поэтому ткани всех

растений и животных также содержат этот изотоп. Живые ткани обладают постоянным уровнем радиоактивности, потому что его убывание из-за радиоактивного распада компенсируется постоянным поступлением радиоуглерода из атмосферы. Однако, как только наступает смерть растения или животного, прекращается поступление радиоуглерода в его ткани. Это приводит к постепенному снижению уровня радиоактивности мертвых тканей.

Радиоактивность изотопа обусловлена -распадом

Радиоуглеродный метод геохронологии разработал в 1946 г. У.Ф. Либби, получивший за него Нобелевскую премию по химии в 1960 г. Этот метод широко используется в настоящее время археологами, антропологами и геологами для датировки образцов, имеющих возраст вплоть до 35000 лет. Точность этого метода приблизительно 300 лет. Наилучшие результаты получаются при определении возраста шерсти, семян, ракушек и костей. Для определения возраста образца измеряют активность p-излучения (число распадов в минуту) в расчете на 1 г содержащегося в нем углерода. Это позволяет установить возраст образца при помощи кривой радиоактивного распада для изотопа .

Период полураспада для равен 5700 лет. Живая ткань, находящаяся в активном контакте с атмосферой, имеет активность 15,3 расп./мин в расчете на 1 г углерода. По этим данным необходимо:

а) определить постоянную распада для

б) построить кривую распада для

в) вычислить возраст Кратер Лейк Орегон в США), имеющего вулканическое происхождение. Установлено, что дерево, перевернутое во время

извержения, в результате которого появилось озеро, имеет -активность 6,5 расп./мин в расчете на 1 г углерода.

а) Постоянную распада можно найти из уравнения

б) Кривая распада представляет собой график зависимости активности от времени. Данные, необходимые для построения этой кривой, можно вычислить, зная период полураспада и начальную активность образца (активность живой ткани); эти данные приведены в табл. 1.14. Кривая распада показана на рис. 1.32.

в) Возраст озера можно определить при помощи кривой распада (см. штриховые линии на рис. 1.32). Этот возраст равен 7000 лет.

Таблица 1.14. Данные для построения кривой радиоактивного распада углерода, используемой при определении возраста образцов

Рис. 1.32. Кривая радиоактивного распада изотопа

Многие горные породы на Земле и Луне содержат радиоизотопы с периодами полураспада порядка лет. Измеряя и сравнивая относительное содержание этих радиоизотопов с относительным содержанием продуктов их распада в образцах таких горных порол, можно установить их возраст. Три наиболее важных метода геохронологии основаны на определении относительного содержания изотопов (период полураспада лет). (период полураспада лет) и (период полураспада лет).

Метод датировки по калию и аргону.

Такие минералы, как слюда и некоторые разновидности полевого шпата, содержат небольшое количество радиоизотопа калий-40. Он распадается, претерпевая электронный захват и превращаясь в аргон-40:

Возраст образца определяется на основе вычислений, в которых используются данные об относительном содержании в образце калия-40 по сравнению с аргоном-40.

Метод датировки по рубидию и стронцию.

Некоторые из наиболее древних горных пород на Земле, например граниты с западного побережья Гренландии, содержат рубидий. Приблизительно третья часть всех атомов рубидия приходится на долю радиоактивного рубидия-87. Этот радиоизотоп распадается, превращаясь в устойчивый изотоп стронций-87. Вычисления, основанные на использовании данных об относительном содержании в образцах изотопов рубидия и стронция, позволяют устанавливать возраст таких горных пород.

Метод датировки по урану и свинцу.

Изотопы урана распадаются, превращаясь в изотопы свинца. Возраст таких минералов, как апатиты, которые содержат примеси урана, можно определять, сравнивая содержание в их образцах определенных изотопов урана и свинца.

Все три описанных метода использовались для датировки земных горных пород. Полученные в результате данные указывают, что возраст Земли равен лет. Указанные методы использовались также для определения возраста лунных горных пород, доставленных на Землю из космических экспедиций. Возраст этих пород составляет от 3,2 до лет.

9. Применение радиоактивных изотопов

Одним из наиболее выдающихся исследований, проведенных с помощью «меченых атомов», явилось исследование обмена веществ в организмах. Было доказано, что за сравнительно небольшое время организм подвергается почти полному обновлению. Слагающие его атомы заменяются новыми. Лишь железо, как показали опыты по изотопному исследованию крови, является исключением из этого правила. Железо входит в состав гемоглобина красных кровяных шариков. При введении в пищу радиоактивных атомов железа было установлено, что свободный кислород, выделяемый при фотосинтезе, первоначально входил в состав воды, а не углекислого газа. Радиоактивные изотопы применяются в медицине как для постановки диагноза, так и для терапевтических целей. Радиоактивный натрий, вводимый в небольших количествах в кровь, используется для исследования кровообращения, йод интенсивно отлагается в щитовидной железе, особенно при базедовой болезни. Наблюдая с помощью счетчика за отложением радиоактивного йода, можно быстро поставить диагноз. Большие дозы радиоактивного йода вызывают частичное разрушение аномально развивающихся тканей, и поэтому радиоактивный йод используют для лечения базедовой болезни. Интенсивное гамма-излучение кобальта используется при лечении раковых заболеваний (кобальтовая пушка).

Не менее обширны применения радиоактивных изотопов в промышленности. Одним из примеров этого может служить следующий способ контроля износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Облучая поршневое кольцо нейтронами, вызывают в нем ядерные реакции и делают его радиоактивным. При работе двигателя частички материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла после определенного времени работы двигателя, определяют износ кольца. Радиоактивные изотопы позволяют судить о диффузии металлов, процессах в доменных печах и т. д.

Мощное гамма-излучение радиоактивных препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.

Все более широкое применение получают радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве. Облучение семян растений (хлопчатника, капусты, редиса и др.) небольшими дозами гамма-лучей от радиоактивных препаратов приводит к заметному увеличению урожайности. Большие дозы радиации вызывают мутации у растений и микроорганизмов, что в отдельных случаях приводит к появлению мутантов с новыми ценными свойствами (радиоселекция). Так выведены ценные сорта пшеницы, фасоли и других культур, а также получены высоко продуктивные микроорганизмы, применяемые в производстве антибиотиков. Гамма-излучение радиоактивных изотопов используется также для борьбы с вредными насекомыми и для консервации пищевых продуктов. Широкое применение получили «меченые атомы» в агротехнике. Например, чтобы выяснить, какое из фосфорных удобрений лучше усваивается растением, помечают различные удобрения радиоактивным фосфором 15 32P. Исследуя затем растения на радиоактивность, можно определить количество усвоенного ими фосфора из разных сортов удобрения.

Интересным применением радиоактивности является метод датирования археологических и геологических находок по концентрации радиоактивных изотопов. Наиболее часто используется радиоуглеродный метод датирования. Нестабильный изотоп углерода возникает в атмосфере вследствие ядерных реакций, вызываемых космическими лучами. Небольшой процент этого изотопа содержится в воздухе наряду с обычным стабильным изотопом.Растения и другие организмы потребляют углерод из воздуха, и в них накапливаются оба изотопа в той же пропорции, как и в воздухе. После гибели растений они перестают потреблять углерод и нестабильный изотоп в результате?-распада постепенно превращается в азот с периодом полураспада 5730 лет. Путем точного измерения относительной концентрации радиоактивного углерода в останках древних организмов можно определить время их гибели.

Задача осуществления прививочной полимеризации тетрафторэтилена

Тетрафторэтилен используют в качестве мономера в производстве политетрафторэтилена (тефлона). Часть тефлон называют «пластмассовой платиной». Тефлон - линейный полимер. Поперечные химические связи в нем отсутствуют...

Источники радиоактивного излучения делят на закрытые и открытые. Закрытые -- должны быть герметичны. Открытые -- любые негерметичные источники излучения, которые могут создавать радиоактивное загрязнение воздуха, аппаратуры...

Методы анализа основанные на радиоактивности

Метод основан на осаждении ионов определяемого элемента в виде нерастворимого осадка избытком осадителя (реагента) известной концентрации, меченного радиоактивным изотопом. Удельная активность осадителя (реагента) должна быть известна...

Методы анализа основанные на радиоактивности

Многие химические элементы являются радиоактивными, т.е. все их изотопы радиоактивны. К ним относятся технеций, прометий и все естественные и искусственные элементы, стоящие в периодической системе элементов после висмута. Кроме того...

Превращения вольфрамат–антимонатов калия и цезия

РАО классифицируют по различным признакам (рис. 1): по агрегатному состоянию, по составу (виду) излучения, по времени жизни (периоду полураспада Т1/2), по удельной активности (интенсивности излучения). Однако...

Применение радиоактивных изотопов в технике

Когда в руках исследователей появились мощные источники радиации, в миллионы раз более сильные, чем уран (это были препараты радия, полония, актиния), можно было более подробно ознакомиться со свойствами радиоактивного излучения...

Ртуть

Мировое производство ртути в последнее десятилетие составляло около 8600 т/год. Потребление ртути (т/год): ь США -- 1800-2000; ь Япония -- 600-900; ь Германия -- 600; ь Италия -- 550; ь Испания -- 400; ь Великобритания -- 350; ь Франция -- 300...

Свойства и получение хлорида кальция

Хлорид кальция используют в производстве хлорида бария, некоторых красителей, для коагуляции латекса, в химико-фармацевтической промышленности, при обработке сточных вод, в системах для кондиционирования воздуха, при экстракции масел и др...

Свойства и применение кальция

Кальций находит все возрастающее.применение в различных отраслях производства. В последнее время он приобрел большое значение как восстановитель при получении ряда металлов. Чистый металлический...

Свойства нитрата кальция

1) В сельском хозяйстве. Кальциевая селитра является физиологическим щелочным удобрением, пригодным для всех почв и прежде всего для закисленных почв. В сельском хозяйстве применяют как азотное удобрение...

Синтез бихромата аммония

Удобный исходный реагент для получения высокочистого оксида хрома (III) (стойкий зеленый пигмент и составная часть некоторых катализаторов и известной смеси для полировки оптики - пасты ГОИ). Кроме того...

Хроматографический анализ различных классов веществ

Ряд работ посвящен разделению изотопов других элементов: неона, азота, кислорода, криптона и ксенона. Стоит немного сказать о трудноразделяемых парах. Применение молекулярных сит разрешило проблему разделения смеси кислорода и азота...

Разнообразные изотопы химических элементов находят широкое применение в научных исследованиях, в различных областях промышленности и сельского хозяйства, в ядерной энергетике, современной биологии и медицине, в исследованиях окружающей среды и других областях. Стабильные изотопы нашли наибольшее применение в химии (для изучения механизма химических реакций, процессов горения, катализа, синтеза химических соединений, в спектрометрии), в биологии, физиологии, биохимии и агрохимии (для изучения процессов обмена веществ в живых организмах, превращения белков, жирных и аминокислот, процессов фотосинтеза в растениях, движения воды от корня по стеблю к листьям и плодам). Они также используются в ядерно-физической аппаратуре для изготовления счетчиков нейтронов, что позволяет увеличить эффективность счета более чем в 5 раз, в ядерной энергетике как замедлители и поглотители нейтронов. Перечисленное, однако, далеко не исчерпывает все существующие и возможные области использования изотопов. Более того, сфера их использования как эффективных помощников в решении целого ряда научных и прикладных проблем расширяется с каждым годом. Поэтому-то, безусловно, несмотря на уменьшающийся с каждым годом и ставший практически ничтожным объем государственного финансирования изотопного производства, работа над его развитием в последние 10 лет продолжается. В научных исследованиях (например, в химическом анализе) требуются, как правило, небольшие количества редких изотопов различных элементов, исчисляемые граммами и даже миллиграммами в год. Вместе с тем, для ряда изотопов, широко используемых в ядерной энергетике, медицине и других отраслях, потребность в их производстве может составлять многие килограммы и даже тонны. Так, в связи с использованием тяжелой воды D 2 O в ядерных реакторах ее общемировое производство к началу 1990-х прошлого века составляло около 5000 т в год. Входящий в состав тяжелой воды изотоп водорода дейтерий, концентрация которого в природной смеси водорода составляет всего 0,015%, наряду с тритием станет в будущем, по мнению ученых, основным компонентом топлива энергетических термоядерных реакторов, работающих на основе реакций ядерного синтеза. В этом случае потребность в производстве изотопов водорода окажется огромной.

В биологии изотопы применяют для решения как фундаментальных, так и прикладных биологических проблем, изучение которых другими методами затруднено или невозможно. Существенное для биологии преимущество метода меченых атомов состоит в том, что использование изотопов не нарушает целостности организма и его основных жизненных отправлений. С применением изотопов связаны многие крупные достижения современной биологии, определившие расцвет биологических наук во 2-й половине XX в. С помощью стабильных и радиоактивных изотопов водорода (2 H и 3 H), углерода (13 C и 14 C), азота (15 N), кислорода (18 O), фосфора (32 P), серы (35 S), железа (59 Fe), йода (131 I) и др. были выяснены и детально изучены сложные и взаимосвязанные процессы биосинтеза и распада белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров и др. биологически активных соединений, а также химические механизмы их превращений в живой клетке. Использование изотопов привело к пересмотру прежних представлений о природе фотосинтеза, а также о механизмах, обеспечивающих усвоение растениями неорганических веществ карбонатов, нитратов, фосфатов и др. С помощью изотопов выполнено огромное число исследований в самых разнообразных направлениях биологии и биохимии. Одно из направлений включает работы по изучению динамики и путей перемещения популяций в биосфере и отдельных особей внутри данной популяции, миграции микробов, а также отдельных соединений внутри организма. Вводя в организмы с пищей или путём инъекций метку, удалось изучить скорость и пути миграции многих насекомых (москитов, мух, саранчи), птиц, грызунов и др. мелких животных и получить данные о численности их популяций. В области физиологии и биохимии растений с помощью изотопов решен ряд теоретических и прикладных проблем: выяснены пути поступления минеральных веществ, жидкостей и газов в растения, а также роль различных химических элементов, в том числе микроэлементов, в жизни растений. Показано, в частности, что углерод поступает в растения не только через листья, но и через корневую систему, установлены пути и скорости передвижения ряда веществ из корневой системы в стебель и листья и из этих органов к корням. В области физиологии и биохимии животных и человека изучены скорости поступления различных веществ в их ткани (в том числе скорость включения железа в гемоглобин, фосфора в нервную и мышечные ткани, кальция в кости). Важная группа работ охватывает исследования механизмов химических реакций в организме. Так, во многих случаях удалось установить связь между исходными и вновь образующимися молекулами, проследить за "судьбой" отдельных атомов и химических групп в процессах обмена веществ, а также выяснить последовательность и скорость этих превращений. Полученные данные сыграли решающую роль при построении современных схем биосинтеза и метаболизма (метаболических карт), путей превращения пищи, лекарственных препаратов и ядов в живых организмах. К работам этой группы относится выяснение вопроса о происхождении кислорода, выделяемого в процессе фотосинтеза: оказалось, что его источником является вода, а не двуокись углерода. С другой стороны, применение 14 CO 2 позволило выяснить пути превращений двуокиси углерода в процессе фотосинтеза. Использование "меченой" пищи привело к новому представлению о скоростях всасывания и распространения пищевых веществ, об их "судьбе" в организме и помогло проследить за влиянием внутренних и внешних факторов (голодание, асфиксия, переутомление и т. д.) на обмен веществ. Метод изотопов позволил изучить процессы обратимого транспорта веществ через биологические мембраны. Было показано, что концентрации веществ по обе стороны мембраны остаются постоянными с сохранением градиентов концентрации, характерных для каждой из разделённых мембранами сред. Метод нашёл применение в исследовании процессов, решающую роль в которых играет передача информации в организме (проводимость нервных импульсов, инициация и рецепция раздражения и др.) Эффективность метода изотопов в работах этого рода обусловлена тем, что исследования проводятся на целостных, интактных организмах, сохраняющих неповрежденной всю сложную систему нервных и гуморальных связей. Наконец, группа работ включает исследования статических характеристик биологических структур, начиная с молекулярного уровня (белки, нуклеиновые кислоты) и кончая надмолекулярными структурами (рибосомы, хромосомы и др. органеллы). Например, исследования относительной устойчивости белков и нуклеиновых кислот в 1 H 2 O, 2 H 2 O и в H 2 18 O способствовали выяснению природы сил, стабилизирующих структуру биополимеров, в частности роли водородных связей в биологических системах. Важное значение при выборе изотопа имеет вопрос о чувствительности метода изотопного анализа, а также о типе радиоактивного распада и энергии излучения. Преимущество стабильных изотопов (2 H, 18 O, 15 N и др.) - отсутствие излучений, часто оказывающих побочное воздействие на исследуемую живую систему. В то же время, сравнительно низкая чувствительность методов их определений (масс-спектроскопия, денситометрия), а также необходимость выделения меченого соединения ограничивают применение стабильных изотопов в биологии. Высокая чувствительность регистрации гамма-активных изотопов (59 Fe, 131 I и др.) позволила в живом организме измерить скорость кроветока, определить количество крови и время её полного кругооборота, исследовать работу желёз внутренней секреции.

Использование изотопов в медицине. С помощью изотопов были раскрыты механизмы развития (патогенез) ряда заболеваний; их применяют также для изучения обмена веществ и диагностики многих заболеваний. Изотопы вводят в организм в крайне малых количествах, не способных вызвать какие-либо патологические сдвиги. Различные элементы неравномерно распределяются в организме. Аналогично им распределяются и изотопы. Излучение, возникающее при распаде изотопа, регистрируют радиометрическими приборами, скенированием, авторадиографией и др. Так, состояние большого и малого круга кровообращения, сердечного кровообращения, скорости кроветока, изображение полостей сердца определяют с помощью соединений, включающих 24 Na, 131 I, 99 Tc; для изучения лёгочной вентиляции и заболеваний спинного мозга применяют 99 Tc, 133 Xe; макроагрегаты альбумина человеческой сыворотки с 131 I используют для диагностики различных воспалительных процессов в легких, их опухолей и при различных заболеваниях щитовидной железы. Концентрационную и выделительную функции печени изучают при помощи краски бенгал-роз с 131 I, 198 Au; функцию почек при ренографии c 131 I-гиппураном и скенированием после введения неогидрина, меченого 203 Hg или 99 Tc. Изображение кишечника, желудка получают, используя 99 Tc, селезёнки применяя эритроциты с 99 Tc или 51 Сr; с помощью 75 Se диагностируют заболевания поджелудочной железы. Диагностическое применение имеют также 85 Sr и 85 P.

Использование изотопов в сельском хозяйстве (3 H, 14 C, 22 Na, 32 P, 35 S, 42 K, 45 Ca, 60 Co, 65 Zn, 99 Mo и др.) широко используются для определения физических свойств почвы и запасов в ней элементов пищи растений, для изучения взаимодействия почвы и удобрений, процессов усвоения растениями питательных элементов из минеральных туков, поступления в растения минеральной пищи через листья и других вопросов почвоведения и агрохимии. Пользуются изотопами для выявления действия на растительный организм пестицидов, в частности гербицидов, что позволяет установить концентрацию и сроки обработки ими посевов. Применяя метод изотопов, исследуют важнейшие биологические свойства с/х культур (при оценке и отборе селекционного материала) урожайность, скороспелость, хладостойкость. В животноводстве изучают физиологические процессы, протекающие в организме животных, проводят анализ кормов на содержание токсичных веществ (малые дозы которых трудно определить химическими методами) и микроэлементов. При помощи изотопов разрабатывают приёмы автоматизации производственных процессов, например отделение корнеплодов от камней и комков почвы при уборке комбайном на каменистых и тяжёлых почвах.

Применение радиоактивных изотопов в медицине.

Радиоактивные изотопы в медицине.

Двадцатый век и начало двадцать первого века – это время научно-технического прогресса, различных нано технологий, технической вооружённости общества, а значит это очень непростое время отношений человека и окружающей среды. Эти отношения воздействия общества на природу ставят перед человечеством целый ряд новых, чрезвычайно острых проблем, в первую очередь - экологическую. Сегодня экологическую ситуацию в мире можно охарактеризовать как близкую к критической. Следствие этого - рост заболеваемости и смертности населения, обусловленный ухудшением среды обитания (возросла смертность недоношенных и аномальных детей; у новорожденных отмечаются раковые заболевания; у взрослого населения участились болезни крови, лёгких, костных тканей и др.). "Вклад" экологического фактора в ухудшение здоровья людей оценивается на уровне 10 - 30%, при этом по онкологическим заболеваниям - около 50%.

Как это ни печально, но тенденция роста показателей онкологических заболеваний сохраняется. Ни в мире, ни в России нет высокоэффективных методик лечения онкологических заболеваний, болезни легких, костных тканей и других. Как показывает практика, здесь эффективную помощь человеку могут оказать радиоактивные изотопы или, как их ещё называют, меченые атомы. Особенно на стадии ранней диагностики.

Впервые идея использования радиоактивных изотопов в медицинских целях пришла в голову изобретателю циклотрона Эрнесту Лоуренсу, который работал вместе со своим младшим братом Джоном, медиком и директором Биофизической лаборатории в Беркли. 24 декабря 1936 года Дж. Лоуренс использовал радиоактивный изотопом фосфора, искусственно полученный на циклотроне, для лечения 28 летней пациентки страдающей хроническим лейкозом. Помимо этого, Джон Лоуренс с успехом использовал изотопы для лечения раковых больных, в том числе своей матери, у которой был неоперабельный случай заболевания раком. После курса лечения она прожила еще 20 лет (!). Так Джон Лоуренс стал отцом ядерной медицины, а Беркли – колыбелью новой науки.

Метод меченых атомов (радиоактивных изотопов) в медицине.

Метод меченых атомов позволяет на практике использовать свойства радиоактивных элементов. Этот метод использует тот факт, что по химическим и многим физическим свойствам радиоактивный изотоп неотличим от устойчивых изотопов того же элемента. В то же время радиоактивный изотоп легко может быть опознан по своему излучению (с помощью, например, газоразрядного счетчика). Добавляя к исследуемому элементу радиоактивный изотоп и улавливая в дальнейшем его излучение, мы можем проследить путь этого элемента в организме. Меченые атомы, как правило, представляют собой радиоактивные, реже стабильные, нуклиды, которые используются в составе простых или сложных веществ для изучения химического, биологического и других процессов с помощью специальных методов.

Метод меченых атомов нашел весьма широкое применение в медицине. Значительный вклад в разработку методов ранней диагностики заболеваний с помощью введения в организм меченых атомов внесли российские ученые. Так, Г. Е. Владимиров (1901- 1960), известный биохимик, одним из первых применил радиоактивные изотопы (меченые соединения) для изучения обменных процессов в нервной и мышечной тканях. Первые опыты по практическому применению данного метода были осуществлены биологами В. М. Клечковским и В. И. Спицыным. В настоящее время широко используется метод сканирования - метод радиоизотопной диагностики с применением сканеров, или подвижных детекторов излучения, дающих изображение (в виде “штрихов”) распределенных в организме радиоактивных изотопов посредством “построчного” обследования всего тела или его части. В качестве радиоактивного изотопа чаще всего применяют изотоп 99 Тс , который используют в диагностике опухолей головного мозга, при исследовании центральной и периферической гемодинамики. В частных случаях также используют изотопы золота 198 Au (для исследования раковых опухолей в критических ситуациях), йода (для диагностики заболеваний щитовидной железы).

Для радиоизотопной диагностики используются чрезвычайно короткоживущие нуклиды: Углерод-11 ( 11 С) , Т = 20,4 мин.; Азот-13 ( 13 N) , T = 10,0 мин.; Кислород-15( 15 O) , T = 2,1 мин.; Фтор-18 ( 18 F) , T = 109 мин.; Рубидий-82( 82 Rb) , T = 1,25 мин. и другие.

Радиоизотопные исследования проводятся для достижения двух целей: 1) для получения изображения органов при их воспалительных, опухолевых нарушениях; 2) для оценки функции того или иного органа или системы и ее изменения при разных болезнях.

Радиоизотопные методы диагностики основаны на том, что в кровь, в дыхательные пути, пищеварительный тракт вводятся радиоактивные изотопы – вещества, обладающие свойством радиоактивного излучения (чаще всего это гамма-лучи). Данные изотопы находятся в смеси с веществами, которые накапливаются преимущественно в том или другом органе. Радиоактивные изотопы, таким образом, являются своего рода метками, по которым уже можно судить о наличии тех или иных препаратов в органе.

Рассмотрим некоторые примеры радиоизотопных исследований:

- Исследование с помощью радиоизотопов функции щитовидной железы позволяет выявить заболевания, протекающие с повышенной (гипертиреоз), пониженной (гипотиреоз) и нормальной (эутиреоз) функцией железы, что крайне важно для диагностики и лечения этих болезней.

Радиоизотопная гепатография выявляет ранние признаки нарушенной функции печеночных клеток. Радиоизотопная ренография определяет, насколько хорошо почки выделяют балластные вещества из организма, при этом можно оценить раздельно функции каждой почки в отдельности.

- Сцинтиграфия сердца проводится с использованием радиоактивного таллия 201 Tl , пирофосфата технеция 99 Тс , радиоактивного галлия 67 Ga . Последний накапливается в воспалительных очагах в сердце, и появляются "горячие очаги" на сцинтиграммах сердца. Метод имеет определенное значение в диагностике воспаления миокарда - миокардита. Сцинтиграфия легких и органов средостения с галлием 67 Ga помогает в распознавании воспалительных и опухолевых заболеваний в этих органах.

- Сцинтиграфии легких: с помощью макроагрегатов альбумина, меченных радиоактивными йодом 111 J или технецием 99 Тс . Данный метод информативен при тромбоэмболии легочной артерии. На сцинтиграммах легких обнаруживаются зоны ишемии – значительного уменьшения накопления изотопов.

- Сцинтиграфия печени . Здесь используются различные вещества, захватываемые и выделяемые печенью, меченные радиоактивными золотом 189 Au , индием 111 In , технецием 97 Тс . При диффузных заболеваниях печени изменений сцинтиграмм может не быть или отмечается диффузное неравномерное накопление изотопа, что бывает при активных гепатитах, циррозах печени, жировом гепатозе. В пользу портальной гипертензии и, возможно, цирроза печени свидетельствует накопление изотопа в селезенке. Основное значение придается сцинтиграфии в разграничении диффузных и очаговых поражений печени. Признаками очаговых изменений являются неровный контур печени, неравномерное увеличение органа, наличие “холодных” узлов, где нет изотопа. Сцинтиграфически можно выявлять объемные образования диметром от 3 мм и более.

- Сцинтиграфия почек . Проводится с помощью диэтилентриаминопентацетата (ДТПА), меченного технецием 99 Тс . Показаниями для проведения сцинтиграфии почек чаще всего является подозрение на опухолевые поражения почек, при туберкулезе почек, некоторых других патологических процессах.

- Сцинтиграфия костей и костного мозга . Изображение костного мозга можно получить с помощью серного коллоида, меченного технецием 99 Тс , который накапливается в клеточных элементах костного мозга. Имеются особенности изображения костного мозга при острых лейкозах, у больных миелосклерозом, при лимфогранулематозе.

- Сцинтиграфия лимфатических узлов (непрямая лимфография). Проводится с помощью коллоидного золота 189 Au . Препарат вводят в межпальцевые промежутки на тыле стопы, откуда он по лимфатическим сосудам транспортируется в лимфоузлы. Таким образом, можно оценить, к примеру, забрюшинные лимфоузлы и степень их поражения при лимфогранулематозе или неходжскинских лимфомах.

- Сцинтиграфия щитовидной железы . Проводится с помощью препаратов радиоактивного йода или технеция. Метод используется для распознавания узловых образований в щитовидной железе.

Скеннирование органов и тканей человеческого организма как самый распространенный метод исследования. Радиоизотопное скеннирование является методом визуальной регистрации распределения меченого соединения в организме, избирательного накопления его в отдельных органах человека или животного. Применяемые для этой цели радиоактивные препараты содержат гамма-излучающие изотопы. С помощью специальной радиометрической аппаратуры гамма-излучения могут быть легко обнаружены.

Основной принцип скеннирования заключается в передвижении счетчика сцинтилляций над исследуемой областью или органом, измерении радиоактивности в нем и автоматической графической регистрации результатов.

Счетчик (точнее воспринимающая, чувствительная сцинтилляционная головка счетчика с коллиматором) двигается с постоянной быстротой в горизонтальной плоскости, смещаясь на равные промежутки - строки. Устройство, автоматически регистрирующее импульсы, механически связано со счетчиком. Оно отмечает приходящий импульс на листе белой бумаги в виде штрихов. В некоторых аппаратах имеется приспособление для фотографической регистрации импульсов, а также для получения цветных скеннограмм.

Учёные обнаружили , что один из белков в яде жёлтого скорпиона (Leiurus quinquestriatus) "предпочитает" связываться с клетками опухоли мозга (глиомы). И исследователи, попытавшись найти способ заставить этот белок нести к глиоме что-то разрушающее опухоль, создали синтетическую версию яда. Этим "что-то" стала радиация. В результате белок из скорпионьего яда был в лаборатории соединён с радиоактивным изотопом йода. Получившаяся "микстура" вводится в кровоток пациента.

Подготовительный этап к исследованию . Основой подготовки является отмена приема примерно за 12-24 часа до исследования лекарств, назначенных больному. Обычно при назначении того или иного вида радиоизотопного исследования больному вручается памятка о том, в приеме каких лекарств надо сделать перерыв. Перед исследованием надо снять часы, браслеты и другие украшения, которые могут помешать регистрации результатов исследования.

Опасности и осложнения радиоизотопных

исследований .

Во время исследования больной получает определенную дозу радиации. Эта доза не превышает тех уровней радиоактивного излучения, которым подвергается организм при рентгенографии грудной клетки, компьютерной томографии. Следует также знать, что применяемые в исследованиях радиоактивные изотопы быстро выводятся из организма и не оказывают, таким образом, повреждающего действия.

В ряде государств изготавливаются радиофармацевтические препараты, используе6мые для протонно-ионной и бор-нейтронно захватной терапии и ранней диагностики онкологических и других заболеваний, а также в качестве анестетиков.

Итак , радиоактивные изотопы нашли своё применение в медицине вообще и в хирургии в частности. Причем, спектр используемых радиоактивных изотопов достаточно широк, и применение их в различных областях хирургии многообразно. Сегодня достаточно широко радиоактивные изотопы используются как для многообразных методов диагностики (для обнаружения, распознавания и локализации внутренних злокачественных образований), так и для терапии болезней человека. РДИ имеют свои достоинства, среди которых следует выделить увеличение экономической и экологической безопасности, снижение стоимости и улучшение эксплуатационных характеристик, в том числе при использовании новейших методов, позитронно-эмиссионной томографии с использованием ультра короткоживущих радиоизотопов 11 С, 13 N, 17 О и 18 F, периоды полураспада которых составляют несколько часов. Радиоактивные изотопы либо вводятся непосредственно в организм пациента (in vivo), либо смешиваются в пробирках с биологическими реагентами пациента (in vitro). В том и другом случае количество введенного препарата незначительно, но современная аппаратура (гамма-камера) позволяет измерять даже малые количества радиоактивности и с помощью компьютера расшифровывает полученное изображение, точно указывая местонахождение патологического очага. Статистический анализ результативности применения радиоактивных изотопов для диагностики и лечения в хирургии показывает, что использование радиоизотопов в медицине практически безопасно для пациента. Метод использования радиоактивных изотопов для диагностики и лечения в хирургии постоянно совершенствуется и развивается, о чем свидетельствует динамика его использования в крупных городах России, в целом в Российской Федерации и развитых странах.

Литература

1. Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики. Том III. – М.: Наука, 1986

2. Селезнев Ю. А. Основы элементарной физики. – М.: Наука, 1964.

3. “Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия”, 1997.

4. Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия: Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992. 5. Журнал «Атомная стратегия» № 8, декабрь 2003 г.

6. Трифонов Д.Н. «Аномальная» история. Химия, 1996, № 26, 28.

7. Популярная медицинская энциклопедия. 2008