Радиоактивные изотопы что это такое Журнал; Фармацевт Практик

НЕВИДИМЫЕ ПОМОЩНИКИ: радиоактивные изотопы

Промышленность и технологический контроль, сельское хозяйство и медицина, средства связи и научные исследования — охватить весь спектр применения радиоактивных изотопов практически невозможно

Одинаковые снаружи, разные внутри

Пожалуй, точкой отсчета в истории изучения радиоактивных изотопов следует считать 1900 год, когда английский химик Фредерик Содди стал ассистент-профессором химии в университете Мак-Гилла в Монреале (Канада). В 1901–1902 гг. будущие Нобелевские лауреаты Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди создали теорию распада радиоактивных элементов, согласно которой несколько самых тяжелых элементов становятся устойчивыми, выбрасывая из своих ядер небольшие, но в достаточной степени разрозненные единицы массы, заряда и энергии в виде альфа-, бета- и гамма-частиц. Оказалось, что в процессе радиоактивного распада образуются другие элементы. В частности, Содди доказал, что в результате радиоактивного распада радия образуется гелий. Это был первый документально подтвержденный случай образования одного элемента из другого.

Далее, проведя ряд экспериментов, Содди пришел к выводу, что радий образуется в результате постепенного распада атомов урана, и высказал предположение, что в ходе этого превращения должен образоваться промежуточный элемент.

В 1913 г. была выдвинута концепция изотопов — атомов одного и того же элемента, идентичных по химическим свойствам, но отличающихся друг от друга физическими характеристиками. Все изотопы одного элемента занимают в периодической таблице Менделеева одно и то же место (греч. «изо» — одинаковый, «топ» — место), но имеют разную атомную массу. Содди говорил, что изотопы одинаковы «снаружи», но отличаются «внутри».

В 1920 г. ученый предположил, что изотопы можно использовать для определения геологического возраста горных пород и окаменелостей, поскольку известна скорость их радиоактивного распада. Это предположение стало основой развития современной технологии радиоактивного датирования.

В 1921 г. Фредерик Содди получил Нобелевскую премию «За вклад в химию радиоактивных веществ и за проведенное исследование происхождения и природы изотопов».

В конце ХХ в. было рекомендовано термин «изотоп» заменить на «нуклид» и соответственно «радиоактивный изотоп» на «радионуклид». Однако широкого распространения это нововведение не получило, и оба термина используются в научной литературе как синонимы.

На службе у человека

В настоящее время радиоактивные изотопы и соединения, меченные радиоактивными изотопами, широко применяются в самых разных областях человеческой деятельности. В атомной энергетике и оборонной промышленности используют обогащение урана (235U), являющегося основным ядерным топливом, без которого невозможно получение оружейного плутония, необходимого для создания ядерного и термоядерного оружия.

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 в целях 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 радиоактивных препаратов способствует значительному повышению урожайности. Большие дозы радиации вызывают мутации у растений и микроорганизмов, что в отдельных случаях обусловливает появление мутантов с новыми ценными свойствами (радиоселекция). Так были выведены ценные сорта пшеницы, фасоли и других культур, а также получены высокопродуктивные микроорганизмы, применяемые в производстве антибиотиков. Гамма-излучение радиоактивных изотопов используют также для борьбы с вредными насекомыми и для консервации пищевых продуктов.

Широкое применение получили меченые атомы и в агротехнике. Например, чтобы выяснить, какое из фосфорных удобрений лучше усваивается растением, удобрения помечают радиоактивным фосфором. Исследуя затем растения на радиоактивность, можно определить количество усвоенного ими фосфора из того или иного вида удобрений.

Интересное применение для определения возраста древних предметов органического происхождения (дерева, древесного угля, тканей и т.д.) получил метод радиоактивного углерода. На основе определения его процентного содержания в органических остатках можно установить их возраст. Именно так узнают возраст египетских мумий, останков доисторических животных, растений и др.

Читайте также:  Центр планирования семьи и репродукции ICLINIC ВКонтакте

Ядерная медицина

Впервые идею использовать радиоактивные изотопы в медицинских целях высказал изобретатель циклотрона американский физик Эрнест Лоуренс, который вместе со своим младшим братом Джоном руководил биофизической лабораторией в Беркли (Калифорнийский университет, США).

24 декабря 1936 г. Джон Лоуренс использовал радиоактивный изотоп фосфора, искусственно полученный на циклотроне, для лечения 28-летней пациентки с хроническим лейкозом. Ученый также с успехом применял изотопы для лечения пациентов с онкологическими заболеваниями, в том числе своей матери.

В настоящее время радиоактивные изотопы используют в медицине как для установления диагноза, так и с целью лечения. Методы диагностики и лечения на основе радиоактивных изотопов получили название ядерной медицины. С помощью радионуклидов изучают пути и способы выведения из организма отравляющих веществ, усвоение и выведение лекарственных препаратов, поведение микроорганизмов.

Одним из первых методов ядерной медицины является сцинтиграфия. Суть исследования состоит в том, что пациенту вводят радиофармпрепарат (радиоиндикатор) — лекарственное средство, состоящее из молекулы-вектора и радиоактивного маркера (изотопа). Молекулу-вектор поглощается в определенных тканях или накапливается в жидкостях. Радиоактивная метка служит «передатчиком» — испускает гамма-лучи, которые регистрирует гамма-камера.

От традиционных лекарственных средств радиофармацевтические препараты отличаются отсутствием какого-либо фармакодинамического воздействия на организм человека, что обусловлено введением меченого химического соединения в низких дозах. В основе диагностического использования радиофармпрепаратов лежат особенности их фармакокинетики, что позволяет получать изображение органа и определять его анатомо-топографические характеристики либо оценивать функциональное состояние органа или системы, не нарушая физических условий его работы.

Действие лечебных радиофармпрепаратов обусловлено не влиянием химического соединения, а излучением входящего в его структуру радионуклида.

Сегодня в мире производят более тысячи радиоактивных изотопов, однако в медицине применяются лишь несколько десятков из них. Это обусловлено тем, что в организм человека можно вводить только радиоактивные элементы с очень коротким периодом полураспада, так как длительное воздействие излучаемой энергии может спровоцировать в организме нежелательные реакции.

Подготовила Александра Демецкая, канд. биол. наук

Мнение эксперта
Наталья Илясова, врач-радиолог:

В настоящее время технологии ядерной медицины можно применять в различных областях и, например, для диагностики болезней внутренних органов, в частности, в таких областях медицины как неврология, эндокринология, нефрология, пульмонология, гастроэнтерология, кардиология, кардиохирургия, онкология, и др.

Одним из современных методов ядерной медицины является позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — метод исследования внутренних органов и тканей тела, позволяющий оценить в них интенсивность обмена и транспорта веществ.

Современное диагностическое оборудование позволяет комбинировать ПЭТ с компьютерной томографией (КТ) — так называемое ПЭТ/КТ-исследование. По данным КТ можно получить детальную анатомическую картину исследуемой зоны, a на основании результатов ПЭТ — оценить наличие в ней патологических функциональных процессов (например, опухолевый рост).

Данный метод основан на внутривенном введении радиоактивного индикатора (радиофармпрепарата), который попадает в органы с повышенным обменом веществ (например, в клетки опухоли). При этом, в отличие от сцинтиграфии, ПЭТ позволяет получать подробные трехмерные изображения интересующих врача участков тела.

Одной из основных задач ПЭТ является обнаружение опухоли или ее метастазов не только до появления клинических признаков заболевания, но и тогда, когда другие методы диагностики бессильны. Кроме того, с помощью ПЭТ с высокой достоверностью можно дифференцировать доброкачественные опухоли от злокачественных. ПЭТ также используют для диагностики заболеваний сердца (участки сердечной мышцы, в которых нарушено кровоснабжение) и головного мозга (эпилепсия, болезнь Альцгеймера, последствия травм, ишемические нарушения).

Необходимо отметить, что при проведении как сцинтиграфии, так и ПЭТ возможно получение так называемых ложноположительных результатов (болезни нет, а результат исследования «положительный»). Это связано с тем, что радиофармпрепараты накапливаются в тех местах, где имеется воспалительный процесс (в следствие травмы, хронических заболеваний и др.). Поэтому результаты диагностического исследования должен тщательно изучить лечащий врач

Как радиоактивные изотопы используются в медицине

Впервые радионуклиды в медицине были применены в 1936 году. Их использовали для лечения хронического лейкоза. Хотя лейкоз остается заболеванием тяжело поддающимся лечению и по сей день, это положило начало новому разделу медицины.

Читайте также:  Гормон АТ-ТПО - что это такое, все про анализы, что делать при повышеном уровне

Сейчас радиоизотопы используют для диагностики и лечения различных заболеваний, в основном онкологических. Такие методы называют ядерной медициной. Радионуклиды позволяют изучить усвоение и выведение из организма лекарственных препаратов, способ выведение токсичных веществ, поведение болезнетворных микроорганизмов.
Ядерная медицина началась с метода, получившим название «сцинтиграфия». Пациенту вводят смесь, состоящую из радиоактивного изотопа и молекулы-вектора, которая всасывается в определенных тканях. Гамма камера регистрирует движение радиоизотопов, давая врачам представление о поведении вещества молекулы-вектора в организме.
Препараты на основе радиоактивных изотопов не оказывают никакого значимого фармакологического воздействия на организм. Весь эффект основан на излучении радионуклида. Химическое соединение, используемое в качстве молекулы-вектора содержится в столь малых количествах, что его влияние не принимается в расчет.

В лечении онкологических заболеваний применяют брахитерапию, так же известную под названием внутренняя (контактная) лучевая терапия. Источник излучения при брахитерапию располагается как можно ближе у опухоли, а лучше внутри самой опухоли. Это позволяет свести к минимуму повреждения окружающих очаг заболевания здоровых тканей.

На настоящий момент производят более тысячи радиоактиных изотопов, но в медицине используют только несколько десятков, поскольку для медицинского применения годятся только радионуклиды с коротким периодом полураспада, которые не нанесут вреда организму пациента.

Использование радиоактивных изотопов в медицине

«Физика — 11 класс»

В атомной индустрии всевозрастающую ценность для человечества представляют радиоактивные изотопы.

Элементы, не существующие в природе

С помощью ядерных реакций можно получить радиоактивные изотопы всех химических элементов, встречающихся в природе только в стабильном состоянии.
Элементы под номерами 43, 61, 85 и 87 вообще не имеют стабильных изотопов и впервые получены искусственно.
Так, например, элемент с порядковым номером Z = 43, названный технецием, имеет самый долгоживущий изотоп с периодом полураспада около миллиона лет.

С помощью ядерных реакций получены также трансурановые элементы.
О нептунии и плутонии вы уже знаете.
Кроме них, получены еще следующие элементы: америций (Z = 95), кюрий (Z = 96), берклий (Z = 97), калифорний (Z = 98), эйнштейний (Z = 99), фермий (Z = 100), менделевий (Z = 101), нобелий (Z = 102), лоуренсий (Z = 103), резерфордий (Z = 104), дубний (Z = 105), сиборгий (Z = 106), борий (Z = 107), хассий (Z = 108), мейтнерий (Z = 109), а также элементы под номерами 110, 111 и 112, не имеющие пока общепризнанных названий.
Элементы, начиная с номера 104, впервые синтезированы либо в подмосковной Дубне, либо в Германии.

Меченые атомы

В настоящее время как в науке, так и в производстве все более широко используются радиоактивные изотопы различных химических элементов.
Наибольшее применение имеет метод меченых атомов.

Метод основан на том, что химические свойства радиоактивных изотопов не отличаются от свойств нерадиоактивных изотопов тех же элементов.

Обнаружить радиоактивные изотопы можно очень просто — по их излучению.
Радиоактивность является своеобразной меткой, с помощью которой можно проследить за поведением элемента при различных химических реакциях и физических превращениях веществ.
Метод меченых атомов стал одним из наиболее действенных методов при решении многочисленных проблем биологии, физиологии, медицины и т. д.

Радиоактивные изотопы — источники излучений

Радиоактивные изотопы широко применяются в науке, медицине и технике как компактные источники γ-лучей.
Главным образом используется радиоактивный кобальт

Получение радиоактивных изотопов

Получают радиоактивные изотопы в атомных реакторах и на ускорителях элементарных частиц.
В настоящее время производством изотопов занята большая отрасль промышленности.

Радиоактивные изотопы в биологии и медицине

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 обнаружено, что они почти не поступают в кровь.
Только в том случае, когда запасы железа в организме иссякают, железо начинает усваиваться организмом.

Читайте также:  Цетрин антибиотик против аллергии Все о гайморите

Если не существует достаточно долго живущих радиоактивных изотопов, как, например, у кислорода и азота, меняют изотопный состав стабильных элементов.
Так, добавлением к кислороду избытка изотопа было установлено, что свободный кислород, выделяющийся 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.

Иод интенсивно отлагается в щитовидной железе, особенно при базедовой болезни.
Наблюдая с помощью счетчика за отложением радиоактивного иода, можно быстро поставить диагноз.
Большие дозы радиоактивного иода вызывают частичное разрушение аномально развивающихся тканей, и поэтому радиоактивный иод используют для лечения базедовой болезни.

Интенсивное γ-излучение кобальта используется при лечении раковых заболеваний (кобальтовая пушка).

Радиоактивные изотопы в промышленности

Не менее обширна область применения радиоактивных изотопов в промышленности.
Одним из примеров может служить 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 γ-излучение радиоактивных препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.

Радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве

Все более широкое применение получают радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве.
Облучение семян растений (хлопчатника, капусты, редиса и др.) небольшими дозами γ-лучей от радиоактивных препаратов приводит к заметному повышению 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 высокопродуктивные 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
Исследуя затем растения на радиоактивность, можно определить количество усвоенного ими фосфора из разных сортов удобрения.

Радиоактивные изотопы в археологии

Интересное применение для определения возраста древних предметов органического происхождения (дерева, древесного угля, тканей и т. д.) получил метод радиоактивного углерода.
В растениях всегда имеется β-радиоактивный изотоп углерода с периодом полураспада Т = 5700 лет.
Он образуется в атмосфере Земли в небольшом количестве из азота под действием нейтронов.
Последние же возникают за счет ядерных реакций, вызванных быстрыми частицами, которые поступают в атмосферу из космоса (космические лучи).

Соединяясь с кислородом, этот изотоп углерода образует углекислый газ, поглощаемый растениями, а через них и животными.
Один грамм углерода из образцов молодого леса испускает около пятнадцати β-частиц в секунду.

После гибели организма пополнение его радиоактивным углеродом прекращается.
Имеющееся же количество этого изотопа убывает за счет радиоактивности.
Определяя процентное содержание радиоактивного углерода в органических остатках, можно определить их возраст, если он лежит в пределах от 1000 до 50 000 и даже до 100 000 лет.
Таким методом узнают возраст египетских мумий, остатков доисторических костров и т. д.

Радиоактивные изотопы широко применяются в биологии, медицине, промышленности, сельском хозяйстве и даже в археологии.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Физика атомного ядра. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Ссылка на основную публикацию
Пятна на коже с красным ободком — фото, все причины, лечение
Появились пятна на коже с красным ободком — это лишай или грибок? Последнее время участились визиты к доктору по поводу...
Пурпурные бактерии — МИКРОБИОЛОГИЯ ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
Пурпурные бактерии Пурпурные бактерии — это грамотрицательные микроорганизмы, входящие в классы Alpha-, Beta- и Gammaproteobacteria (рис. 7.42) и осуществляющие аноксигенный...
Пустула причины появления и методы лечения
Что такое пустула, почему появляется и как выглядит Пустула – первичный элемент сыпи, который появляется при развитии гнойного процесса в...
Пять возможных причин синяков под глазами; Новости Барановичей, Бреста, Беларуси, Мира
Черные круги под глазами, причины болезни у женщины Довольно часто женщины сталкиваются с неприятной особенностью кожи лица — темными кругами...
Adblock detector