Где и как используют радиоактивные изотопы?

Изотопы, выпускаемые ЭХЗ. Считается, что изотопный состав большинства химических элементов во всех материалах одинаков или варьируется в небольшом диапазоне известных значений. Однако, некоторые физические процессы в природе приводят к заметному изменению изотопного состава элементов, и обнаружение таких изменений используется в научных исследованиях. Узнайте, где и как используют радиоактивные изотопы в разных областях науки и промышленности. Читайте статью на NOCFN.

Изотопы, выпускаемые ЭХЗ

Считается, что изотопный состав большинства химических элементов во всех материалах одинаков или варьируется в небольшом диапазоне известных значений. Однако, некоторые физические процессы в природе приводят к заметному изменению изотопного состава элементов, и обнаружение таких изменений используется в научных исследованиях. Более того, в технологической деятельности люди научились изменять изотопный состав химических элементов для получения каких-либо специфических свойств материалов.

Метод «меченых» атомов

Метод «меченых» атомов — это использование стабильных и радиоактивных изотопов в качестве индикаторов для изучения распределения и путей перемещения вещества в разнообразных системах.

В биологии

- исследование процессов биосинтеза, обмена веществ, изучение структуры и функций сложных биологических молекул.

В медицине

- изучение динамики активности тех или иных органов, диагностика заболеваний, радиоимунный анализ, авторадиография, сцинтиграфия и т.д.

В сельском хозяйстве

- изучение процессов фотосинтеза, изучение усвояемости удобрений и определение эффективности использования растениями азота, фосфора, калия, микроэлементов, водных ресурсов; определение солевого режима почв, исследование эффективности применения, переноса и динамики распада агрохимикатов и пестицидов.

В экологии

- определение причин и масштаба загрязнения, исследование глобальных путей переноса, накопления и динамики распада загрязняющих веществ в воде, воздухе и почвах, исследование причин возникновения парникового эффекта.

В гидрогеологии

- изучение подземных и поверхностных вод, определение механизмов подпитки подземных вод, получение данных о литологии, пористости и проницаемости водоносных горизонтов, динамика озёр и водоёмов, утечка через дамбы, измерение расхода рек, перенос донных и взвешенных отложений.

В физике

- исследование кристаллизации веществ, структуры и однородности высокотемпературных сверхпроводников, тонких плёнок, изучение диффузии примесей в полупроводниках.

В химии

- определение качественного и количественного состава веществ, определение растворимости, плотности насыщенных паров, коэффициентов диффузии, исследования в области химической кинетики и электрохимии, изучение гетерогенного катализа, изучение механизмов и кинетики органических реакций.

В промышленности

- определение расхода материалов, скорости и длительности протекания технологических процессов, исследование процессов диффузии, сорбции, фазовых превращений.

В атомной индустрии всевозрастающую ценность для человечества представляют радиоактивные изотопы. Изотопы – разновидности одного и того же химического элемента, близкие по своим физико-химическим свойствам, но имеющие разную атомную массу. Название «изотопы» было предложено в 1910 английским радиохимиком Фредериком Содди, который образовал его из двух греческих слов: isos – одинаковый и topos – место. Изотопы занимают одно и то же место в клетке периодической системы элементов Менделеева. С помощью ядерных реакций можно получить радиоактивные изотопы всех химических элементов, встречающихся в природе только в стабильном состоянии. Но всегда существуют исключения. Такие химические элементы, которые имеют место под номером в таблице Д.И. Менделеева: 43, 61, 85 и 87 не имеют стабильных изотопов и впервые получены искусственно. С помощью ядерных реакций получены трансурановые элементы: нептуний, плутоний. 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), ре-зерфордий (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. 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. 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, в химической реакции, при плавке металла и т. д. Метод меченых атомов стал одним из наиболее действенных методов при решении многочисленных проблем биологии, физиологии, медицины и т. д.

Радиоактивные изотопы — изотопы любого элемента периодической системы Д. И. Менделеева, атомы которых имеют неустойчивые ядра и переходят в устойчивое состояние путем радиоактивного распада, сопровождающегося излучением.

Радионуклиды в медицине

Сегодня радионуклидные методы исследования и лечения широко применяются в различных областях научной и практической медицины - в онкологии, кардиологии, гепатологии, урологии и нефрологии, пульмонологии, эндокринологии, травматологии, неврологии и нейрохирургии, педиатрии, аллергологии, гематологии, клинической иммунологии и др.

Классификация радионуклидов, используемых в ядерной медицине

Радионуклиды для ядерной медицины и соответствующие РФП на их основе с точки зрения области их применения классифицируют по отдельным группам как диагностические и терапевтические.

В РФП диагностического назначения радионуклид является информационным носителем, излучение которого, проникающее за пределы организма, регистрируется внешними детекторами. При этом в зависимости от типа излучения радионуклиды диагностического назначения могут быть отнесены к двум группам:

В РФП терапевтического назначения радионуклид является основным лечебным началом, позволяющим локализовать лечебную дозу излучения непосредственно в органе-мишени или, иногда, в пораженных клетках, и, соответственно, обеспечить минимальное облучение окружающих здоровых клеток органов и тканей. В зависимости от характера и локализации патологического процесса для радиотерапии используют:

Подавляющее большинство диагностических процедур (~80%) при помощи техники ОФЭКТ выполняется в течение последних 30 лет с препаратами 99mTc, который называют «рабочей лошадью ядерной медицины». Широко используются I-123, Tl-201, In-111, в отдельных случаях при необходимости применяются диагностические методики с Cr-51, Ga-67, Kr-81m, I-131 и др. Среди позитрон-излучающих радионуклидов в основном используются C-11, N-13, O-15 и F-18 (применяется наиболее широко).

Интенсивно развивается также лучевая терапия открытыми источниками радионуклидами, которая является эффективным средством как самостоятельного, так и комбинированного лечения больных. Эти методы особенно эффективны в лучевой терапии злокачественных лимфом, рака щитовидной железы, гормонозависимых опухолей, при метастатическом поражении скелета и лимфатической системы, ревматоидных артритах и др.

Многие радиоактивные элементы имеют важное практическое значение. Уран и плутоний используют как делящийся материал в атомных реакторах и в ядерном оружии. Некоторые радиоактивные элементы применяют для изготовления атомных электрических батареек со сроком непрерывной работы до нескольких лет. Долгоживущие изотопы природных радиоактивных элементов используются в геохронологии.

Что нам скажет Википедия?

Многие радиоактивные элементы имеют важное практическое значение. Уран и плутоний используют как делящийся материал в атомных реакторах и в ядерном оружии. Некоторые радиоактивные элементы применяют для изготовления атомных электрических батареек со сроком непрерывной работы до нескольких лет. Долгоживущие изотопы природных радиоактивных элементов используются в геохронологии.