Aplicații ale izotopilor. Cum se folosesc izotopii radioactivi Aplicarea radioizotopilor elementelor nemetalice

Secolul XX și începutul secolului XXI sunt un timp al progresului științific și tehnologic, al diferitelor nanotehnologii și al echipamentului tehnic al societății, ceea ce înseamnă că acesta este un moment foarte dificil în relația dintre om și mediu. Aceste relații de influență a societății asupra naturii pun o serie de probleme noi, extrem de acute pentru umanitate, în primul rând cele de mediu. Astăzi, situația mediului din lume poate fi descrisă ca fiind aproape critică. Consecința acestui fapt este o creștere a morbidității și mortalității populației, ca urmare a deteriorării mediului de viață (rata de mortalitate a copiilor prematuri și anormali a crescut; cancerul se observă la nou-născuți; boli ale sângelui, plămânilor, țesutului osos). , etc. au devenit mai frecvente în populaţia adultă). „Contribuția” factorului de mediu la deteriorarea sănătății oamenilor este estimată la 10–30%, în timp ce pentru cancer este de aproximativ 50%.

Oricât de trist ar fi, tendința de creștere a ratelor cancerului continuă. Nici în lume și nici în Rusia nu există metode extrem de eficiente pentru tratarea cancerului, bolilor pulmonare, țesutului osos și altele. După cum arată practica, aici izotopii radioactivi sau, așa cum sunt numiți și atomii marcați, pot oferi asistență eficientă unei persoane. Mai ales în stadiul diagnosticului precoce.

Ideea utilizării izotopilor radioactivi în scopuri medicale a fost concepută pentru prima dată de inventatorul ciclotronului, Ernest Lawrence, care a lucrat cu fratele său mai mic John, medic și director al Laboratorului de Biofizică Berkeley. La 24 decembrie 1936, J. Lawrence a folosit un izotop radioactiv de fosfor, obținut artificial la un ciclotron, pentru a trata un pacient de 28 de ani care suferea de leucemie cronică. În plus, John Lawrence a folosit cu succes izotopi pentru a trata bolnavii de cancer, inclusiv mama sa, care a avut un caz de cancer inoperabil. După cursul tratamentului, ea a trăit încă 20 de ani (!). Așa că John Lawrence a devenit părintele medicinei nucleare, iar Berkeley leagănul noii științe.

Metoda atomilor marcați (izotopi radioactivi) în medicină.

Metoda atomului marcat face posibilă utilizarea în practică a proprietăților elementelor radioactive. Această metodă profită de faptul că, în multe proprietăți chimice și fizice, un izotop radioactiv nu se distinge de izotopii stabili ai aceluiași element. În același timp, un izotop radioactiv poate fi ușor identificat prin radiația sa (folosind, de exemplu, un contor de descărcare de gaz). Adăugând un izotop radioactiv la elementul studiat și captând ulterior radiația acestuia, putem urmări calea acestui element în organism. Atomii marcați, de regulă, sunt nuclizi radioactivi, mai rar stabili, care sunt utilizați în compoziția unor substanțe simple sau complexe pentru a studia procese chimice, biologice și alte procese folosind metode speciale.

Metoda atomilor marcați și-a găsit o aplicare foarte largă în medicină. Oamenii de știință ruși au adus o contribuție semnificativă la dezvoltarea metodelor de diagnosticare precoce a bolilor prin introducerea atomilor marcați în organism. Astfel, G. E. Vladimirov (1901-1960), un biochimist celebru, a fost unul dintre primii care au folosit izotopi radioactivi (compuși marcați) pentru a studia procesele metabolice din țesuturile nervoase și musculare. Primele experimente privind aplicarea practică a acestei metode au fost efectuate de biologii V. M. Klechkovsky și V. I. Spitsyn. În prezent, metoda de scanare este utilizată pe scară largă - o metodă de diagnosticare a radioizotopilor folosind scanere sau detectoare de radiații în mișcare, care oferă o imagine (sub formă de „linii”) a izotopilor radioactivi distribuiți în organism printr-o „linie cu linie”. ” examinarea întregului corp sau a unei părți a acestuia. Cel mai frecvent utilizat izotop radioactiv este 99 Ts , care este utilizat în diagnosticul tumorilor cerebrale și în studiul hemodinamicii centrale și periferice. În cazuri speciale, se folosesc și izotopi de aur 198 Au (pentru studiul tumorilor canceroase în situații critice), iod (pentru diagnosticul bolilor tiroidiene).

Pentru diagnosticarea radioizotopilor se folosesc nuclizi extrem de de scurtă durată: Carbon-11 ( 11 CU) , T = 20,4 min.; Azot-13 ( 13 N) , T = 10,0 min; Oxigen-15 ( 15 O) , T = 2,1 min; Fluor-18 ( 18 F) , T = 109 min.; Rubidiu-82 ( 82 Rb) , T = 1,25 min. si altii.

Studiile radioizotopilor sunt efectuate pentru a atinge două scopuri: 1) obținerea de imagini ale organelor în timpul tulburărilor lor inflamatorii, tumorale; 2) pentru a evalua funcția unui anumit organ sau sistem și modificările acestuia în diferite boli.

Metode de diagnostic cu radioizotopi se bazează pe faptul că izotopii radioactivi sunt introduși în sânge, tractul respirator și tractul digestiv - substanțe care au proprietățile radiațiilor radioactive (cel mai adesea acestea sunt raze gamma). Acești izotopi sunt amestecați cu substanțe care se acumulează predominant într-unul sau altul organ. Prin urmare, izotopii radioactivi sunt un fel de markeri, prin care se poate judeca deja prezența anumitor medicamente în organ.

Izotopii sunt varietăți de elemente chimice în care nucleele atomilor diferă ca număr de neutroni, dar conțin același număr de protoni și, prin urmare, ocupă același loc în Tabelul Periodic al Elementelor al lui Mendeleev. Există izotopi stabili (stabili) și radioactivi. Termenul „izotopi” a fost propus pentru prima dată în 1910. Frederick Soddy (1877-1956), celebru radiochimist englez, laureat al Premiului Nobel în 1921, care a demonstrat experimental formarea radiului din uraniu.

Izotopii radioactivi sunt utilizați pe scară largă nu numai în energia nucleară, ci și într-o varietate de instrumente și echipamente pentru a determina densitatea, omogenitatea unei substanțe, higroscopicitatea acesteia etc. Cu ajutorul indicatorilor radioactivi este posibilă monitorizarea mișcării compușilor chimici în procese fizice, tehnologice, biologice și chimice, pentru care în obiectul studiat se introduc indicatori radioactivi (atomi etichetați) ai anumitor elemente și apoi se efectuează mișcarea acestora. observat. Această metodă face posibilă studierea mecanismelor de reacție în timpul transformării substanțelor în condiții dificile, de exemplu la temperaturi ridicate, într-un furnal sau în mediul agresiv al unui reactor chimic, precum și studierea proceselor metabolice în organismele vii. Izotopul de oxigen-18 ajută la clarificarea mecanismului de respirație al organismelor vii.

Metoda radioactivă de analiză a unei substanțe face posibilă determinarea conținutului de diferite metale din ea, de la calciu la zinc, în concentrații extrem de mici - până la 1 -10 g (sunt necesare doar 10 -12 g de substanță). Medicamentele radioactive sunt utilizate pe scară largă în practica medicală pentru a trata multe boli, inclusiv tumorile maligne. Izotopii plutoniului-238 și curium-224 sunt utilizați pentru a produce baterii de putere redusă pentru stabilizatorii ritmului cardiac. Pentru funcționarea lor continuă timp de 10 ani, sunt suficiente doar 150-200 mg de plutoniu (bateriile convenționale durează până la patru ani).

Ca rezultat al reacțiilor chimice de radiație, ozonul se formează din oxigen, iar din parafine gazoase se formează hidrogen și compuși complecși ai olefinelor cu greutate moleculară mică. Iradierea polietilenei, clorurii de polivinil și a altor polimeri duce la creșterea rezistenței și rezistenței lor la căldură. Există multe exemple de utilizare practică a izotopilor și radiațiilor radioactive. În ciuda acestui fapt, atitudinile oamenilor față de radiații, în special în ultimele decenii, s-au schimbat dramatic. De-a lungul a aproximativ o sută de ani de istorie, sursele radioactive au parcurs un drum lung de la elixirul vieții la un simbol al răului. Concepte de științe naturale moderne: manual. manual pentru universități / A.A. Gorelov.- M.: VLADOS., 2000.- P. 285-288.

După descoperirea razelor X, mulți au crezut că radiațiile pot vindeca toate bolile și pot rezolva toate problemele. La acea vreme, oamenii nu voiau să vadă pericolele expunerii la radiații. Când Wilhelm Roentgen (1845-1923) a descoperit un nou tip de iradiere în 1895, un val de încântare a cuprins întreaga lume civilizată. Descoperirea nu numai că a zdruncinat bazele fizicii clasice. Promitea posibilități nelimitate - în medicină au început imediat să-l folosească pentru diagnostic și puțin mai târziu - pentru tratamentul unei largi varietăți de boli. Diagnosticarea cu raze X și radioterapia au salvat viețile multor oameni. Medicii, cu toate acestea, după ceva timp au început să limiteze numărul permis de raze X pentru un pacient, dar nimeni nu a acordat serios atenție arsurilor care apar după radiografii. Fizicianul francez A. Becquerel, de exemplu, avea obiceiul să poarte un dispozitiv cu radiu în buzunarul pantalonilor. După ceva timp, a observat o inflamație la picior. Pentru a se asigura că dispozitivul a fost cauza bolii, l-a mutat într-un alt buzunar. Dar nici ulcerul care a apărut pe celălalt picior nu l-a putut sobra pe om de știință, care, ca și restul, era euforic de noua descoperire. Radiațiile radioactive la acea vreme erau considerate un agent vindecător universal, elixirul vieții. Radiul s-a dovedit eficient în tratamentul tumorilor benigne, iar „popularitatea” sa a crescut dramatic. Pe piața publică au apărut pernele cu radiu, pasta de dinți radioactivă și produsele cosmetice.

Cu toate acestea, primele semne de avertizare au apărut curând. În 1911 S-a descoperit că medicii din Berlin care s-au ocupat de radiații au dezvoltat adesea leucemie. Mai târziu, fizicianul german Max von Laue (1879-1960) a demonstrat experimental că radiațiile radioactive afectează negativ organismele vii, iar în 1925-1927. A devenit cunoscut faptul că sub influența radiațiilor apar modificări ale substanței ereditare - mutații.

Îngrijorarea completă a venit după bombardarea atomică de la Hiroshima și Nagasaki. Aproape toți supraviețuitorii exploziei nucleare au fost expuși la doze mari de radiații și au murit de cancer, iar copiii lor au moștenit unele tulburări genetice cauzate de radiații. Acest lucru a fost discutat pentru prima dată în mod deschis în 1950, când numărul bolnavilor de leucemie printre victimele exploziilor atomice a început să crească catastrofal. După accidentul de la Cernobîl, neîncrederea în radiații a devenit o adevărată isterie nucleară.

Astfel, dacă la începutul secolului al XX-lea. oamenii cu încăpățânare nu au vrut să vadă răul de la radiații, apoi la sfârșitul acesteia au început să se teamă de radiații chiar și atunci când nu reprezintă un pericol real. Cauza ambelor fenomene este aceeași - ignoranța umană. Se poate doar spera că în viitor o persoană va învăța să adere la mijlocul de aur și să transforme cunoștințele despre fenomenele naturale în propriul beneficiu.

Utilizarea izotopilor radioactivi ca indicatori (atomi marcați).În prezent, în biologie, biochimie și fiziologie, izotopii radioactivi sunt folosiți pe scară largă ca substanțe care permit cercetarea la nivel molecular. Ei au făcut posibilă studierea mișcărilor corpurilor mici submicroscopic, precum și a moleculelor, atomilor și ionilor individuali dintre felul lor în organism, fără a perturba funcționarea normală a acestuia. Au fost propuse mai multe metode de cercetare.

Metoda de indicare radio(metoda atomului marcat) se bazează pe utilizarea compușilor chimici în structura cărora sunt incluse elemente radioactive ca etichetă. În cercetarea biologică, se folosesc de obicei izotopi radioactivi ai elementelor care alcătuiesc corpul și participă la metabolismul acestuia - 3 H, „C, 24 Na, 32 P, 35 S, 42 K, 45 Ca, 51 Cr, 59 Fe, 125 I, 131 I etc. Radionuclizii introduși în organism se comportă în sistemele biologice la fel ca izotopii lor stabili. Această împrejurare face posibilă urmărirea soartei nu numai a izotopilor radioactivi, ci și a diverșilor compuși organici și anorganici marcați și controlul transformarea lor în timpul procesului de schimb.

Marele avantaj al acestei metode este sensibilitatea sa mare, care permite utilizarea în cercetare a unor cantități neglijabile (în termeni de greutate) din compusul marcat, care nu poate influența sau modifica cursul normal al proceselor de viață. Astfel, dacă metodele analitice convenționale pot determina izotopi care cântăresc 10 -6 g, atunci instrumentele radiometrice moderne fac posibilă măsurarea izotopilor radioactivi a căror masă este de 10 -18 -10 -20 g. Utilizarea metodei trasorului radioactiv în studiul diferitelor procesele biochimice și fiziologice a făcut posibilă descrierea lor în limbajul formulelor și al ecuațiilor matematice, adică trecerea de la o descriere calitativă a proceselor la exprimarea lor cantitativă exactă.

Controlul distribuției și depunerii radionuclizilor în diferite organe poate fi efectuat prin radiometrie externă a animalelor de experiment (de exemplu, înregistrarea radiațiilor gamma 131 I în glanda tiroidă) sau biomateriale pregătite în consecință (sânge, țesut de organ, urină, fecale, etc.). Metoda autoradiografiei este utilizată pe scară largă în aceste scopuri.

Autoradiografia este o metodă de obținere a imaginilor fotografice ca urmare a acțiunii radiațiilor din elementele radioactive situate în obiectul studiat pe o emulsie fotografică. Pentru prima dată, autoradiografia a fost folosită pentru a studia organismele animale de către omul de știință rus E. S. London în 1904 r£J3a în ultimele trei decenii, datorită dezvoltării și utilizării emulsiilor nucleare speciale, tehnica de autoradiografie a fost semnificativ îmbunătățită și cu ea ajută mari succese au fost obținute în studiul proceselor metabolice, precum și în studiul distribuției și localizării substanțelor radioactive în celulele și țesuturile animalelor și plantelor.

Autoradiografia este împărțită în macroautoradiografie și microautoradiografie. Macroautoradiografia (contact, contrast) oferă o imagine a distribuției izotopilor radioactivi în macrostructurile unui obiect biologic (aprecierea cantitativă a concentrației radioizotopilor), din care se poate aprecia natura schimbului și organotropiei radionuclidului. Microautoradiografia (histoautoradiografia) vă permite să studiați localizarea intracelulară a unei substanțe radioactive, precum și structurile celulare și procesele biochimice complexe din acestea (sinteza proteinelor, enzimelor etc.).

a) la administrarea preliminară a unei anumite cantități dintr-un izotop radioactiv unui animal de experiment;

b) prelevarea de la el anumite organe și preparate făcute din acestea (histosecțiuni, secțiuni subțiri, sânge etc.) pentru autoradiografie;

c) crearea, pentru o anumită perioadă de timp, a unui contact strâns între preparatul fabricat care conţine un element radioactiv şi emulsia fotografică;

d) dezvoltarea și fixarea materialului fotografic, așa cum se face în fotografia obișnuită.

Ca material fotografic pentru macroradioautografie se folosesc filme cu raze X și fotografice foarte sensibile; pentru historadiografie se folosesc emulsii speciale lichide și nucleare amovibile (tip „P”, „K”, „MR”, etc.), care acoperă preparatele histologice. în studiu.

Autoradiografele sunt un grup de granule negre de argint redus într-o emulsie fotografică, indicând locația unei substanțe radioactive în materialul studiat.

Macroradioautografele sunt analizate vizual și, atunci când sunt evaluate cantitativ pentru radioactivitate, densitometria densității optice de înnegrire a fotoemulsiei de radioautograme este efectuată în comparație cu densitatea de înnegrire a fotoemulsiei unei surse de radiații cu radioactivitate cunoscută.

Historadioautografele sunt studiate la microscop simultan cu specimenul histologic. La cuantificarea acestora, boabele de argint redus sau urmele de particule alfa sau beta din emulsie sunt numărate la o mărire mare la microscop folosind un micrometru pentru ocular cu o grilă.

A.D. Belov (1959) a dezvoltat tehnica „radioautografului dublu”, care, spre deosebire de metodele existente, permite obținerea de radioautograme separate de la doi izotopi radioactivi localizați simultan în același obiect studiat. Această tehnică se bazează pe luarea în considerare a diferenței de energie de radiație și „durata de viață” a izotopilor. Astfel, atunci când se studiază metabolismul fosfor-calciu în oase folosind 32 P și 45 Ca, este posibil să se obțină radioautografe separate pentru acești izotopi atunci când sunt administrați simultan unui animal de experiment. Luând în considerare energia de radiație relativ mare și timpul scurt de înjumătățire al lui 32 R, se obține mai întâi un autoradiografie 32 R. Pentru a face acest lucru, se plasează un filtru între obiectul studiat și emulsia fotografică, absorbind radiația beta moale de 45. Ca. Autoradiografia pentru 4b Ca se obține după dezintegrarea lui 32 R.

Tehnica „radioautografului dublu” permite nu numai utilizarea animalelor experimentale de două ori mai economic, ci și obținerea de date mai fiabile, deoarece devine posibilă compararea acumulării și distribuției a două substanțe marcate pe același animal și evitarea dificultăților care apar la comparare. astfel de indicatori obținuți de la diferite animale. Folosind tehnica „autoradiografiei duble”, dinamica metabolismului proteino-mineral în țesutul osos al diferitelor specii de animale (câini, oi, porci, viței) a fost studiată în mod normal, în timpul vindecării fracturilor și cu diverse metode de osteosinteză și stimulare a osteogenezei. în comparație cu tabloul morfologic cu raze X și activitatea histochimică fosfatazele alcaline și acide din oase. S-a constatat că metabolismul proteinelor și fosfor-calcului în oasele normale și în fracturi este direct dependent unul de celălalt și de activitatea enzimatică a fosfatazelor alcaline și acide. Cea mai mare intensitate a metabolismului proteinelor și fosfor-calcului are loc în acele zone ale organului osos (periost, endost, măduvă osoasă, pereții canalelor Havers și partea spongioasă a epifizelor, precum și țesuturile calusului), unde enzimatice. activitatea fosfatazelor, creșterea, dezvoltarea și restructurarea țesutului osos sunt mai pronunțate.țesăturile.

Cu ajutorul radioizotopilor care emit gamma 24 Na, 131 1, 42 K și alții introduși în organism, au fost date fundamental noi despre măsurarea vitezei fluxului sanguin, a masei sanguine, a stării funcționale a glandei tiroide și a altor organe și sisteme ale animalelor. obţinut prin radiometrie intravitală externă. Aceste studii cu radioizotopi au devenit ferm stabilite în practica clinică.

Pentru studiul intravital al metabolismului în diferite organe și țesuturi folosind izotopi cu emisie 3 cu capacitate de penetrare slabă, A. D. Belov (1968) a propus o metodă de cercetare experimentală cu implantarea preliminară a senzorilor radiometrici de dimensiuni mici de tip SBI-9. , această metodă a fost completată de implantarea simultană a senzorilor de înregistrare a temperaturii (microtermistori) pentru studiul intravital sincron al metabolismului și reacției la temperatură în condiții de experiență cronică. Utilizarea unei metode de cercetare radiotermometrică a făcut posibilă stabilirea ratei de schimb și a temperaturii. reacții în ficat, oase, mușchi și alte organe, precum și pentru a identifica modificările lor corelative în condiții normale și în patologia osoasă la diferite specii de animale.Cu studiul simultan al diferitelor procese fizice, chimice și fiziologice, acele interrelații ale fenomenelor sunt relevate, se descoperă acele interacțiuni corelative ale proceselor, nevoia despre care a vorbit I. P. Pavlov ca sarcină de „fiziologie sintetică”. În consecință, metoda trasoarelor radioactive a deschis perspective imense pentru cercetarea intravitală a metabolismului - un fel de biochimie vitală.

O realizare foarte importantă a biochimiei moderne, obținută cu ajutorul substanțelor radioactive, poate fi considerată ideea stării dinamice constante a proceselor metabolice într-un organism viu, interconvertibilitatea multor substanțe, dezintegrarea și resinteza continuă, reînnoirea continuă a compușilor chimici ai celulelor vii, care are loc chiar și într-o stare de echilibru a proceselor metabolice. Proteinele, nucleoproteinele, cromoproteinele, grăsimile, carbohidrații, compușii minerali sunt într-o stare de descompunere și sinteză constantă. Natura schimbului și direcția acestuia depind adesea de predominanța proceselor de sinteză sau dezintegrare. Astfel, la studierea tumorilor maligne, s-a constatat că creșterea lor nu se datorează sintezei crescute, ci unei întârzieri în descompunerea substanțelor proteice tumorale. Datorită trasoarelor radioizotopi, a fost posibilă determinarea ratei de reînnoire a diferitelor componente ale țesuturilor și organelor. S-a dovedit că proteinele musculare sunt înlocuite mai lent decât altele, iar ficatul, plasma sanguină, în special mucoasa intestinală, au o rată mare de reînnoire. S-au obținut, de asemenea, dovezi directe ale schimbului între proteine ​​în mușchi, plasmă, ficat și alte organe.

În combinație cu alte metode de cercetare, metodele cu radioizotopi au jucat un rol uriaș în dezvoltarea biologiei moleculare și au făcut posibil să se apropie de rezolvarea multor probleme importante din biologie. Acestea includ, în special, mecanismele de acumulare și utilizare a energiei în organismele vii, căile de biosinteză a proteinelor, fotosinteza biologică, contracția musculară, excitația nervoasă, reproducerea și

ereditate.

Cu ajutorul multor compuși chimici marcați cu izotopi radioactivi (aminoacizi marcați, acizi grași și nucleici, glucoză, fosfatide, săruri minerale), a fost posibil să se clarifice aspecte atât de importante precum influența substanțelor alimentare asupra productivității animalelor, problemele intermediare. metabolismul și interconvertibilitatea compușilor, precum și căile de descompunere și sinteza substanțelor chimice într-un corp animal viu, determină structura compușilor chimici etc. S-a dovedit interconvertibilitatea acizilor palmitic și stearic, conversia ornitinei în arginină, a fenilalaninei în tirozină , formarea creatinei datorită grupărilor metil sintetizate din metionină sau colină, crearea glicinei din arginină (în timpul descompunerii proteinelor și amidinei), adrenalinei din fenilalanină, lanțului de carbon al cistinei din serină, formarea fosfolipidelor hepatice din sânge fosfați plasmatici etc. Metoda de radioindicare a permis clarificarea caracteristicilor schimbului și rolului sintetic al microflorei rumenului și a altor părți ale tractului gastrointestinal al rumegătoarelor, care nu au putut fi determinate prin alte metode. De mare interes este stabilirea posibilității de a sintetiza aminoacizi din amoniac, ceto și hidroxiacizi în rumenul rumegătoarelor și aprovizionarea organismului cu astfel de compuși, în special glanda mamară, în legătură cu formarea laptelui. Împreună cu aceasta, a fost posibil să se studieze o altă zonă interesantă a proceselor metabolice din organismul animal - rolul tractului digestiv și al glandelor digestive în circulația substanțelor în sisteme: sânge - pereții tractului digestiv ; glandele digestive - conținutul canalului digestiv. La determinarea absorbției, așa-numita digestibilitate, s-au găsit modalități de eliminare a erorilor introduse de factorii endogeni - amestecarea constantă a substanțelor secretate de glandele digestive și bilă în conținutul intestinal.

Studiul metabolismului în organism prin utilizarea metodei de indicare a radioizotopilor a confirmat poziția reversibilității multor procese metabolice intermediare, posibila variabilitate a căilor metabolice intermediare în diferite condiții biologice ale organismului și atunci când condițiile de mediu se schimbă. Labilitatea mediului intern și a proceselor metabolice servește drept bază pentru adaptarea organismului la un mediu extern în schimbare. Trasorii radioizotopi fac posibilă detectarea modificărilor adaptative ale metabolismului la un organism animal și deschid noi perspective în acest sens.

Izotopii radioactivi au făcut posibilă studierea metabolismului macro și microelementelor fără a introduce substanțe în exces în dietă, fără a perturba conținutul natural al substanțelor studiate din organism. Drept urmare, a fost posibilă stabilirea în mod fiabil a ratei de acumulare a mineralelor în diferite organe și țesuturi și eliminarea acestora din organism, precum și studierea compușilor chimici în care elementul este fixat în timpul procesului de transfer sau localizare. . Un alt rezultat important al utilizării izotopilor radioactivi în studiul metabolismului mineral este stabilirea ratei de reînnoire a compoziției minerale a organelor și a unor compuși ai țesutului osos. Până în prezent, s-au obținut multe date privind schimbul și acumularea în țesuturi de izotopi radioactivi ai unor elemente precum calciu, fosfor, cobalt, cupru, zinc, mangan, beriliu, bariu, stronțiu, iod etc. Rezultatul general al acestor studii confirmă faptul că pătrunderea în țesutul individual a substanțelor minerale, de exemplu, oligoelemente, este controlată nu doar de legile difuziei, ci în primul rând de metabolismul celular asociat cu procese chimice specifice în celulă, în funcție de acțiunea enzimelor.

Metoda de indicare a radioizotopilor în studiul metabolismului substanțelor minerale a făcut posibilă pătrunderea în procesele de metabolism intermediar care au loc cu participarea substanțelor minerale, inclusiv oligoelemente (131 I, 60 Co, 64 Cu etc.).

De la introducerea metodei electroforetice în biologie și medicină pentru separarea proteinelor serice umane și animale, s-au acumulat o mulțime de date care indică o reacție nespecifică în schimbările formulei proteice în diferite condiții ale corpului. Cu toate acestea, anumite modificări cantitative ale proteinelor serice sunt interpretate diferit de autori diferiți. Acest lucru se datorează faptului că o metodă de separare electroforetică a proteinelor ne permite să stabilim doar schimbări cantitative în formula proteinelor, dar nu este capabilă să dezvăluie aspectele intime ale dinamicii metabolismului proteinelor, rolul și semnificația diferitelor proteine. fracții, intensitatea sintezei și defalcării lor într-o anumită boală. Cu ajutorul izotopilor radioactivi, a devenit posibilă urmărirea acestor procese. În acest scop, A.D. Belov (1972) a propus o metodă de autoradiografie cantitativă a proteinelor din serul sanguin supuse electroforezei (metoda autoradioelectroforezei), precum și principiul prelucrării matematice a radioautogramelor pentru a determina viteza de biosinteză și descompunerea proteinelor și funcționalitatea acestora. abilitate. Pentru a determina sinteza proteinelor, se folosesc aminoacizi marcați (35 S-metionină, 14 C-glicină etc.) și capacitatea funcțională - 32 P, 45 Ca etc. Această tehnică a permis autorului să obțină nu numai un document vizual ( radioautogramă) care caracterizează intensitatea includerii substanțelor marcate într-una sau alta fracțiune proteică, dar și pentru a cuantifica biosinteza, descompunerea și capacitatea funcțională a fiecărei fracțiuni proteice folosind indicatori de activitate specifică relativă, pentru a descifra aspectele intime ale mecanismului deplasărilor cantitative. în formula proteică a serului sanguin la animale în condiții normale și cu patologie osoasă.

Folosind 51 Cr inclus în molecula de hemoglobină și 75 Se în compoziția metioninei, a fost determinată durata de viață a eritrocitelor din sângele periferic al diferitelor animale de fermă.

Izotopul radioactiv 32 P a fost folosit pentru a identifica rata de maturare a spermatozoizilor, momentul mișcării lor prin tractul reproducător al bărbaților și modificările acestor momente sub diferite sarcini sexuale.

În ultimul deceniu, metodele de cercetare in vitro a radioizotopilor, în care substanțele radioactive nu sunt introduse în organism, au suferit o dezvoltare rapidă. Această împrejurare a extins semnificativ posibilitatea utilizării metodei de radioindicație în practica de laborator și clinică. Metodele in vitro sunt utilizate pe scară largă în endocrinologie și imunologie. Sunt în curs de dezvoltare promițătoare pentru utilizarea lor în studiul altor sisteme. Când se studiază starea hormonală la oameni și animale, se utilizează o metodă radioimună (radiocompetitivă), bazată pe capacitatea unui hormon nemarcat din proba de ser de sânge studiată de a concura cu hormonul marcat pentru anticorpi și, prin urmare, blochează legarea hormonului marcat. . În cele din urmă, se determină procentul de legare a antigenului total marcat la anticorpi, care este invers proporțional cu cantitatea de antigen nemarcat, adică cantitatea de hormon din proba de testat. Metoda se caracterizează prin specificitate și sensibilitate ridicate. În prezent, se determină astfel insulina, hormonul de creștere, ACTH, peptida și mulți alți hormoni. În ultimii ani, testele truselor standard (balenele) special pregătite pentru determinarea hormonilor au fost utilizate pe scară largă în diagnosticul in vitro.

E. A. Nezhikova (1979) a fost prima care a folosit o metodă radioimunologică pentru a urmări dinamica hormonilor gonadotropi hipofizari - hormonul luteinizant (LH) și hormonul foliculostimulant (FSH) în serul sanguin al vacilor, în funcție de luna de sarcină și anotimpurile anului. . Influența acestor hormoni nu numai asupra stării fiziologice a animalelor, ci și asupra productivității a fost dezvăluită. Astfel, dacă la vacile cu productivitate medie toamna cantitatea de LH în prima lună de sarcină ajunge la 32,1 ng/ml, atunci la cele foarte productive este de 24,77 ng/ml. Același model poate fi observat și în alte perioade de sarcină. În același timp, există o dependență clară a nivelului LH de luna de sarcină și sezonul anului. Astfel, la vacile în luna a treia de sarcină primăvara, nivelul LH este de 4,33 ng/ml, vara - 30,9 ng/ml, toamna - 34,8 ng/ml iar iarna - 63,2 ng/ml.

Metoda radioizotopului pentru studierea stării funcționale a glandei tiroide la animale în timpul examenului clinic merită o atenție serioasă, precum și pentru determinarea dozei de suplimente de iodură de potasiu în zonele cu deficit de iod, prevenirea tulburărilor metabolice și creșterea productivității. Cu deficit de iod, se observă un ciclu anovulator la vaci, la porci - nașterea purceilor morți, fără păr sau slab viabili, la pui - o scădere bruscă a producției de ouă. Pentru practica zootehniei și medicina veterinară, cel mai mare interes îl reprezintă metodele in vitro de studii radioizotopice bazate pe determinarea includerii triiodotironinei marcate cu 125 I sau 131 I în eritrocite sau pe gradul de legare a tiroxinei marcate cu iod radioactiv de proteine. fracțiuni de ser sanguin. Aceste metode fac posibilă determinarea indirectă a cantității de hormon secretat de glanda tiroidă și, prin urmare, evaluarea activității sale funcționale.

V.P. Ostapchuk, A.D. Belov și N.A. Kovalev (1979) au dezvoltat o metodă radioimună pentru diagnosticarea rabiei, care se bazează pe legarea anticorpilor specifici marcați cu radionuclizi cu antigenul rabiei în frotiurile cerebrale ale animalelor bolnave și pe măsurarea radioactivității complexului rezultat. Avantajul acestei metode în comparație cu cele patomorfologice tradiționale este specificitatea ridicată, sensibilitatea, viteza de execuție și capacitatea de a studia materialul patologic învechit, deja descompus, precum și exprimarea cantitativă a rezultatelor cercetării.

Toate metodele de cercetare radioimunologică și radioizotopică de mai sus sunt disponibile pentru o practică largă de laborator în departamentele regionale de radiologie și laboratoarele republicane de radiologie veterinară.

Analiza activarii neutronilor este o metodă promițătoare foarte sensibilă pentru determinarea ultramicrocantităților de izotopi stabili din diverse materiale biologice (sânge, limfa, țesuturi ale diferitelor organe etc.). Constă în faptul că materialul studiat este expus unui flux de neutroni în condiţiile unui reactor nuclear. Ca urmare, se formează produse radioactive (produse de activare), care sunt apoi supuse analizei radiochimice și radiometriei.

O mare varietate de întrebări în biologie, fiziologie, biochimie dinamică și ecologia microorganismelor pot fi rezolvate prin metoda trasoarelor radioactive. Încorporarea compușilor marcați în celula microbiană are loc ca urmare a implicării lor active în metabolism în timpul cultivării microbilor într-un mediu nutritiv care conține radionuclizi. Microbii pot fi chiar marcați cu o etichetă dublă, de exemplu 32 P și 35 S. Aceștia absorb radionuclizii și, atunci când se înmulțesc, îi transmit urmașilor. O cultură patogenă marcată este administrată animalelor, care sunt ucise la anumite intervale de timp, iar viteza și căile de răspândire a microbilor în organism sunt determinate radiometric de activitatea specifică a organelor sale. În acest fel, este posibil să se urmărească soarta microbilor patogeni și a vaccinurilor în corpul animalelor de experiment.

Virușii pot fi marcați și prin introducerea de soluții de izotopi radioactivi 32 P, 35 5-metionină, 35 5-cistină, 14 C-glicină etc., în culturile de țesuturi și alte medii nutritive.Eticheta radioactivă este încorporată activ în componentele virus în timpul reproducerii sale. Trebuie remarcat faptul că 32 P este inclus în ARN și fosfolipidele virusului, iar aminoacizii marcați sunt incluși în învelișul proteic al acestuia.

Metoda trasoarelor radioactive și-a găsit aplicație în entomologie în studierea rutelor și vitezei de migrare, a locurilor de rezervare a muștelor, țânțarilor, căpușelor și a altor insecte purtătoare de microorganisme patogene și a eficacității măsurilor luate pentru combaterea acestora, precum și pentru urmărirea acestora. trecerea insecticidelor la insecte. Organismele sunt marcate prin introducerea unui radioizotop în alimente sau prin creșterea lor în medii adecvate care conțin radioizotopi. Alegerea trasorului radioactiv depinde de sarcina de cercetare.

Utilizarea izotopilor radioactivi pentru diagnosticul și tratamentul animalelor.În prezent, izotopii radioactivi sunt utilizați pe scară largă în medicină pentru boli cardiovasculare, neoplasme maligne, boli de sânge (leucemie mieloidă, leucemie limfocitară, policitomie etc.), sistemul nervos periferic (nevrite, radiculite), piele (eczeme, dermatite, furuncule), tiroida glandelor (tirotoxicoză), precum și pentru a suprima imunitatea la transplant în timpul transplantului de organe etc.

În bolile sistemului cardiovascular, viteza fluxului sanguin se modifică dramatic. Pentru determinarea acestuia se folosesc 24 Na, 131 I, 42 K, 32 R. La persoanele sănătoase în repaus, viteza fluxului sanguin este de 5-6 s în cercul mic, 12-16 s în cercul mare. Utilizarea terapeutică a radioizotopilor și a radiațiilor pentru tumori se bazează pe efectul lor biologic. Celulele tinere, care se reproduc viguros, sunt cele mai afectate de radioterapie. Această împrejurare a făcut posibilă dezvoltarea radioterapiei pentru pacienții cu tumori maligne și benigne și boli ale organelor hematopoietice. În funcție de localizarea tumorii, iradierea gamma externă este efectuată folosind unități terapeutice gama. Aplicați aplicații pe piele pentru acțiune de contact; soluțiile coloidale de medicamente radioactive sunt injectate în grosimea tumorii direct sau sub formă de ace goale umplute cu radioizotopi; radionuclizii de scurtă durată sunt injectați intravenos, acumulându-se selectiv în țesuturile tumorale și în organele critice.

A.D. Belov (1968) a creat un aplicator pentru ochi și a dezvoltat o metodă pentru utilizarea acestuia în bolile oculare la animale. Folosind un aplicator încărcat cu 32 P și 89 Sr, s-au obținut rezultate pozitive pentru conjunctivoceratita ulceroasă și infecțioasă, vascularizarea corneei la viței și câini. O singură doză a fost de 50-100 R, pentru un curs complet de tratament - 200-2000 R. Autorul a folosit cu succes doze mici de fosfor-32 (0,01 μCi/kg greutate animală) pentru a accelera regenerarea țesutului osos și a normaliza mineralele. metabolismul la animalele cu fracturi osoase prin injectarea unei soluții radioactive în zona fracturii.

Efectul stimulator al iradierii cu raze X și gama poate fi folosit pentru a crește calitățile utile din punct de vedere economic ale puiilor (producția de ouă, vitalitatea și creșterea puilor).

Metoda de radioindicație oferă un serviciu de neprețuit în studierea farmacodinamicii medicamentelor, a vitezei și a căilor de penetrare și excreție a acestora din organism în condiții normale și în diferite condiții patologice. S-au obținut date valoroase din testarea medicamentelor puternice, precum și a medicamentelor care anterior erau considerate inofensive.

Sterilizarea cu radiații ionizante. Se folosesc pentru sterilizarea la rece a preparatelor biologice (vaccinuri, seruri, vitamine, medii nutritive etc.), a suturilor chirurgicale si a pansamentelor care nu suporta tratamentul la temperatura.

Metodele de prelucrare non-termică sunt utilizate în industria alimentară pentru conservarea alimentelor. Rezultate bune se obțin cu iradierea gamma cu o doză de 1,8 milioane de ruble.

Sterilizarea este de mare importanță pentru dezinfecția gunoiului de grajd la marile complexe zootehnice, la întreprinderile de prelucrare a materiilor prime din piele și blană, lână, peri, pene și puf. Sterilizarea prin radiații este utilizată în lupta împotriva insectelor dăunătoare (acarieni de hambar, muște înțepătoare etc.).

Cele de mai sus, desigur, departe de a epuiza varietatea de domenii de aplicare a izotopilor radioactivi și a radiațiilor ionizante în biologie, medicina veterinară și creșterea animalelor. Totuși, din exemplele de mai sus reiese clar că izotopii radioactivi și radiațiile ionizante, fiind fundamental noi în studiul naturii, deschid mari oportunități în studiul proceselor vieții, patogeneza bolilor, diagnosticul și terapia animalelor de fermă, ca precum şi în rezolvarea altor probleme economice importante.

Izotopii, în special izotopii radioactivi, au numeroase utilizări. În tabel 1.13 oferă exemple selectate ale unor aplicații industriale ale izotopilor. Fiecare tehnică menționată în acest tabel este utilizată și în alte industrii. De exemplu, tehnica de determinare a scurgerii unei substanțe folosind radioizotopi este utilizată: în producția de băuturi - pentru a determina scurgerile din rezervoarele de stocare și conducte; în construcţia de structuri inginereşti-Pentru

Tabelul 1.13. Unele utilizări ale radioizotopilor

O muscă tse-tse masculă sterilizată cu o sursă slabă de radiații radioactive este marcată pentru detectarea ulterioară (Burkina Faso). Această procedură face parte dintr-un experiment desfășurat pentru a studia musca tse-tse și pentru a stabili măsuri eficiente de control pentru a preveni apariția pe scară largă a tripanosomiazei (boala somnului). Musca tsetse poartă această boală și infectează oamenii, animalele domestice și animalele sălbatice. Boala somnului este extrem de frecventă în anumite părți ale Africii.

determinarea scurgerilor de la conductele de apă subterană; în industria energetică - pentru a determina scurgerile de la schimbătoarele de căldură din centralele electrice; în industria petrolului - pentru a determina scurgerile de la conductele de petrol subterane; în serviciul de control al apelor uzate și canalizării - pentru determinarea scurgerilor din canalizările principale.

Izotopii sunt, de asemenea, folosiți pe scară largă în cercetarea științifică. În special, ele sunt utilizate pentru a determina mecanismele reacțiilor chimice. Ca exemplu, subliniem utilizarea apei marcate cu izotopul stabil de oxigen 18O pentru a studia hidroliza esterilor precum acetatul de etil (vezi, de asemenea, Secțiunea 19.3). Folosind spectrometria de masă pentru a detecta izotopul 18O, s-a descoperit că în timpul hidrolizei, un atom de oxigen dintr-o moleculă de apă este transferat în acid acetic și nu în etanol.

Radioizotopii sunt utilizați pe scară largă ca atomi marcați în cercetarea biologică. Pentru a urmări căile metabolice * în sistemele vii, se folosesc radioizotopi carbon-14, tritiu, fosfor-32 și sulf-35. De exemplu, absorbția de fosfor de către plantele din solul tratat cu îngrășăminte poate fi monitorizată folosind îngrășăminte care conțin un amestec de fosfor-32.

Terapie cu radiatii. Radiațiile ionizante pot distruge țesutul viu.Țesuturile tumorale maligne sunt mai sensibile la radiații decât țesuturile sănătoase. Acest lucru face posibilă tratarea cancerului cu ajutorul razelor y emise dintr-o sursă, care utilizează izotopul radioactiv cobalt-60. Radiația este direcționată către zona corpului pacientului afectată de tumoră; Sedinta de tratament dureaza cateva minute si se repeta zilnic timp de 2-6 saptamani. În timpul ședinței, toate celelalte părți ale corpului pacientului trebuie acoperite cu grijă cu material impermeabil la radiații pentru a preveni distrugerea țesutului sănătos.

Determinarea vârstei probelor folosind radiocarbon. O mică parte din dioxidul de carbon care se află în atmosferă conține izotopul radioactiv „bC. Plantele absorb acest izotop în timpul fotosintezei. Prin urmare, țesuturile tuturor

* Metabolismul este totalitatea tuturor reacțiilor chimice care au loc în celulele organismelor vii. Ca rezultat al reacțiilor metabolice, nutrienții sunt transformați în energie utilă sau în componente celulare. Reacțiile metabolice apar de obicei în mai mulți pași simpli - etape. Secvența tuturor etapelor unei reacții metabolice se numește cale metabolică (mecanism).

Radioizotopii sunt utilizați pentru a monitoriza mecanismele de depunere a sedimentelor în estuare, porturi și docuri.

Utilizarea radioizotopilor pentru a obține o imagine fotografică a camerei de ardere a unui motor cu reacție la instalația de testare fără avarie de la aeroportul Heathrow din Londra. (Afișele scriu: Radiații. Stai departe.) Radioizotopii sunt folosiți pe scară largă în industrie pentru testarea nedaunătoare.

Țesuturile vii au un nivel constant de radioactivitate deoarece scăderea acestuia datorită dezintegrarii radioactive este compensată de aportul constant de radiocarbon din atmosferă. Cu toate acestea, de îndată ce are loc moartea unei plante sau a unui animal, fluxul de radiocarbon în țesuturile sale se oprește. Acest lucru duce la o scădere treptată a nivelului de radioactivitate în țesutul mort.

Datarea cu radiocarbon a arătat că probele de cărbune de la Stonehenge au o vechime de aproximativ 4.000 de ani.

Metoda de geocronologie cu radiocarbon a fost dezvoltată în 1946 de către U.F. Libby, care a primit Premiul Nobel pentru Chimie pentru aceasta în 1960. Această metodă este acum utilizată pe scară largă de arheologi, antropologi și geologi pentru a data probe de până la 35.000 de ani. Precizia acestei metode este de aproximativ 300 de ani. Cele mai bune rezultate se obțin la determinarea vârstei lânii, semințelor, scoicilor și oaselor. Pentru a determina vârsta unei probe, activitatea de radiație p (numărul de descompunere pe minut) este măsurată la 1 g de carbon conținut în ea. Acest lucru vă permite să determinați vârsta probei utilizând curba de dezintegrare radioactivă pentru izotopul 14C.

Câți ani au Pământul și Luna?

Multe roci de pe Pământ și Lună conțin radioizotopi cu timpi de înjumătățire de ordinul 10-9-10-10 ani. Măsurând și comparând abundența relativă a acestor radioizotopi cu abundența relativă a produselor lor de descompunere în mostre de astfel de roci, se poate determina vârsta lor. Cele mai importante trei metode de geocronologie se bazează pe determinarea abundenței relative a izotopilor K (timp de înjumătățire 1,4-109 ani). „Rb (timp de înjumătățire 6 1O10 ani) și 2I29U (timp de înjumătățire 4,50-109 ani).

Metoda de datare cu potasiu și argon. Minerale precum mica și unii feldspați conțin cantități mici de radioizotop potasiu-40. Se descompune prin captarea electronilor și transformarea în argon-40:

Vârsta unei probe este determinată pe baza calculelor care utilizează date privind conținutul relativ de potasiu-40 din eșantion în comparație cu argon-40.

Metoda de datare pentru rubidiu și stronțiu. Unele dintre cele mai vechi roci de pe Pământ, cum ar fi granitele de pe coasta de vest a Groenlandei, conțin rubidiu. Aproximativ o treime din toți atomii de rubidiu sunt rubidiu-87 radioactiv. Acest radioizotop se descompune în izotopul stabil stronțiu-87. Calculele bazate pe utilizarea datelor privind conținutul relativ de izotopi de rubidiu și stronțiu din probe fac posibilă determinarea vârstei unor astfel de roci.

Metoda de datare cu uraniu și plumb. Izotopii de uraniu se descompun în izotopi de plumb. Vârsta mineralelor precum apatita, care conțin impurități de uraniu, poate fi determinată prin compararea conținutului anumitor izotopi de uraniu și plumb din probele acestora.

Toate cele trei metode descrise au fost folosite pentru datarea rocilor terestre. Datele rezultate indică faptul că vârsta Pământului este de 4,6-109 ani. Aceste metode au fost folosite și pentru a determina vârsta rocilor lunare aduse pe Pământ din misiunile spațiale. Vârsta acestor rase variază de la 3,2 la 4,2 *10 9 ani.

fisiunea nucleară și fuziunea nucleară

Am menționat deja că valorile experimentale ale maselor izotopilor se dovedesc a fi mai mici decât valorile calculate ca sumă a maselor tuturor particulelor elementare incluse în nucleu. Diferența dintre masa atomică calculată și cea experimentală se numește defect de masă. Defectul de masă corespunde energiei necesare pentru a depăși forțele de respingere dintre particulele cu aceeași sarcină din nucleul atomic și pentru a le lega într-un singur nucleu; din acest motiv se numește energie de legare. Energia de legare poate fi calculată prin defectul de masă folosind ecuația Einstein

unde E este energia, m este masa și c este viteza luminii.

Energia de legare este de obicei exprimată în megaelectronvolți (1 MeV = 106 eV) per particulă subnucleară (nucleon). Un electronvolt este energia pe care o particulă cu o sarcină elementară unitară (egale în valoare absolută cu sarcina unui electron) o câștigă sau o pierde atunci când se deplasează între puncte cu o diferență de potențial electric de 1 V (1 MeV = 9,6 * 10 10 J /mol).

De exemplu, energia de legare per nucleon într-un nucleu de heliu este de aproximativ 7 MeV, iar într-un nucleu de clor-35 este de 8,5 MeV.

Cu cât energia de legare per nucleon este mai mare, cu atât stabilitatea nucleului este mai mare. În fig. Figura 1.33 arată dependența energiei de legare de numărul de masă al elementelor. Trebuie remarcat faptul că cele mai stabile sunt elementele cu un număr de masă apropiat de 60. Aceste elemente includ 56Fe, 59Co, 59Ni și 64Cu. Elementele cu numere de masă mai mici pot, cel puțin din punct de vedere teoretic, să își mărească stabilitatea ca urmare a creșterii numărului lor de masă. În practică, totuși, pare posibilă creșterea numărului de masă doar a celor mai ușoare elemente, cum ar fi hidrogenul. (Heliul are o stabilitate anormal de mare; energia de legare a nucleonilor dintr-un nucleu de heliu nu se potrivește cu curba prezentată în Fig. 1.33.) Numărul de masă al unor astfel de elemente crește într-un proces numit fuziune nucleară (vezi mai jos).

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

postat pe http://www.allbest.ru/

Instituție de învățământ autonomă de stat

invatamant secundar profesional -

Colegiul de Stat de Științe Umaniste și Tehnologie Novokuybyshevsk

Eseu

dupa disciplina:"Chimie"

subiect: „Utilizarea izotopilor radioactivi în tehnologie”

Grazhdankina Daria Igorevna

Elevii anul I grupa 16

specialitatea 230115

2013

1. Ce sunt izotopii și producția lor

Bibliografie

detectarea defectelor atomului izotop radioactiv

1. Ce sunt izotopii?

Izotopii sunt varietăți ale oricărui element chimic din tabelul periodic D.I. Mendeleev, având greutăți atomice diferite. Diferiți izotopi ai oricărui element chimic au același număr de protoni în nucleu și același număr de electroni pe învelișurile atomului, au același număr atomic și ocupă anumite locuri în tabelul D.I., caracteristic unui element chimic dat. Mendeleev. Diferența de greutate atomică dintre izotopi se explică prin faptul că nucleele atomilor lor conțin un număr diferit de neutroni.

Izotopii radioactivi sunt izotopi ai oricărui element din tabelul periodic al lui D.I. Mendeleev, atomii cărora au nuclee instabile și trec într-o stare stabilă prin dezintegrare radioactivă însoțită de radiație. Pentru elementele cu numere atomice mai mari de 82, toți izotopii sunt radioactivi și se descompun prin descompunere alfa sau beta. Aceștia sunt așa-numiții izotopi radioactivi naturali, găsiți de obicei în natură. Atomii formați în timpul dezintegrarii acestor elemente, dacă au un număr atomic peste 82, suferă la rândul lor dezintegrare radioactivă, ai căror produse pot fi și radioactivi. Se dovedește a fi un lanț secvenţial sau o așa-numită familie de izotopi radioactivi. Sunt cunoscute trei familii radioactive naturale, numite după primul element al seriei, familiile de uraniu, toriu și actinouraniu (sau actiniu). Familia uraniului include radiul și radonul. Ultimul element al fiecărei serii se transformă ca urmare a descompunerii într-unul dintre izotopii stabili ai plumbului cu numărul de serie 82. Pe lângă aceste familii, sunt cunoscuți și anumiți izotopi radioactivi naturali ai elementelor cu numere de serie mai mici de 82. Aceștia sunt potasiu- 40 și alții. Dintre acestea, potasiul-40 este important, deoarece se găsește în orice organism viu.

Izotopii radioactivi ai tuturor elementelor chimice pot fi obținuți artificial.

Există mai multe modalități de a le obține. Izotopii radioactivi ai elementelor precum stronțiul, iodul, bromul și altele, care ocupă locurile mijlocii în tabelul periodic, sunt produse de fisiune ai nucleului uraniului. Dintr-un amestec de astfel de produse obținute într-un reactor nuclear, aceștia sunt izolați folosind metode radiochimice și alte metode. Izotopii radioactivi ai aproape tuturor elementelor pot fi produși într-un accelerator de particule prin bombardarea anumitor atomi stabili cu protoni sau deuteroni. O metodă comună de producere a izotopilor radioactivi din izotopi stabili ai aceluiași element este iradierea acestora cu neutroni într-un reactor nuclear. Metoda se bazează pe așa-numita reacție de captare a radiațiilor. Dacă o substanță este iradiată cu neutroni, aceștia din urmă, neavând încărcătură, se pot apropia liber de nucleul unui atom și, parcă, se pot „lipi” de el, formând un nou nucleu al aceluiași element, dar cu un neutron în plus. În acest caz, o anumită cantitate de energie este eliberată sub formă de radiații gamma, motiv pentru care procesul se numește captarea radiațiilor. Nucleii cu un exces de neutroni sunt instabili, deci izotopul rezultat este radioactiv. Cu rare excepții, izotopii radioactivi ai oricărui element pot fi obținuți în acest mod.

Când un izotop se descompune, se poate forma un izotop care este și radioactiv. De exemplu, stronțiul-90 se transformă în ytriu-90, bariul-140 în lantan-140 etc.

Au fost obținute artificial elemente transuraniu necunoscute în natură cu un număr de serie mai mare de 92 (neptuniu, plutoniu, americiu, curiu etc.), toți izotopii fiind radioactivi. Una dintre ele dă naștere unei alte familii radioactive - familia neptunium.

În timpul funcționării reactoarelor și acceleratoarelor, în materialele și părțile acestor instalații și echipamentele din jur se formează izotopi radioactivi. Această „activitate indusă”, care persistă mai mult sau mai puțin îndelungată după ce instalațiile au încetat să funcționeze, reprezintă o sursă nedorită de radiații. Activitatea indusă apare și într-un organism viu expus la neutroni, de exemplu în timpul unui accident sau a unei explozii atomice.

Activitatea izotopilor radioactivi se măsoară în unități de curie sau derivați ai săi - milicurie și microcurie.

În ceea ce privește proprietățile chimice și fizico-chimice, izotopii radioactivi nu se deosebesc practic de elementele naturale; amestecul lor cu orice substanță nu își schimbă comportamentul într-un organism viu.

Este posibilă înlocuirea izotopilor stabili din diverși compuși chimici cu astfel de atomi marcați. Proprietățile acestora din urmă nu se vor schimba ca urmare, iar dacă sunt introduse în organism, se vor comporta ca substanțe obișnuite, neetichetate. Cu toate acestea, datorită radiațiilor, este ușor de detectat prezența lor în sânge, țesuturi, celule etc. Izotopii radioactivi din aceste substanțe servesc astfel ca indicatori, sau indicatori, ai distribuției și destinului substanțelor introduse în organism. De aceea se numesc „trasori radioactivi”. O varietate de compuși anorganici și organici marcați cu diferiți izotopi radioactivi au fost sintetizați pentru diagnosticarea radioizotopilor și pentru diferite studii experimentale.

2. Aplicarea izotopilor radioactivi în tehnologie

Unul dintre cele mai remarcabile studii efectuate folosind „atomi marcați” a fost studiul metabolismului în organisme. S-a dovedit că într-un timp relativ scurt organismul suferă o reînnoire aproape completă. Atomii care o alcătuiesc sunt înlocuiți cu alții noi. Doar fierul, așa cum au arătat experimentele cu studiile izotopice ale sângelui, este o excepție de la această regulă. Fierul face parte din hemoglobina celulelor roșii din sânge. Când atomii de fier radioactiv au fost introduși în alimente, sa constatat că oxigenul liber eliberat în timpul fotosintezei a fost inițial parte din apă, nu dioxid de carbon. Domeniul de aplicare al izotopilor radioactivi în industrie este extins. Un exemplu în acest sens este următoarea metodă de monitorizare a uzurii segmentului pistonului la motoarele cu ardere internă. Prin iradierea segmentului pistonului cu neutroni, aceștia provoacă reacții nucleare în el și îl fac radioactiv. Când motorul funcționează, particulele de material inelului intră în uleiul de lubrifiere. Prin examinarea nivelului de radioactivitate din ulei după un anumit timp de funcționare a motorului, se determină uzura inelului. Izotopii radioactivi fac posibilă aprecierea difuziei metalelor, proceselor în furnalele înalte etc.

Radiația gamma puternică de la medicamentele radioactive este utilizată pentru a examina structura internă a pieselor turnate metalice pentru a detecta defectele acestora.

Izotopii radioactivi care emit raze gamma pot fi utilizați în locul unităților voluminoase de raze X pentru produsele transiluminate, deoarece proprietățile razelor gamma sunt similare cu proprietățile razelor X. O sursă de raze gamma este plasată pe o parte a produsului testat, iar filmul fotografic este plasat pe cealaltă parte. Această metodă de testare se numește detectarea defectelor gamma. În acest fel se verifică în prezent piesele turnate feroase și neferoase, produsele finite (produse din oțel cu grosimea de până la 300 mm) și calitatea sudurilor. Cu ajutorul izotopilor radioactivi, este ușor să măsurați grosimea unei benzi metalice sau a foilor de metal laminate din mers și fără contact și să mențineți automat o grosime constantă. O sursă de particule beta este plasată sub cureaua în mișcare care iese de sub rolele mașinii. O modificare a grosimii benzii duce, prin urmare, la o modificare a curentului din contor. Acest curent este amplificat și trimis fie către un dispozitiv de măsurare, fie către o mașină automată, care va apropia instantaneu rolele sau, dimpotrivă, le va împinge separat. Dispozitivele de acest tip sunt folosite și în industria hârtiei, cauciucului și a pielii. Au fost create surse radioizotopice de energie electrică. Ei folosesc căldura generată într-o probă care absoarbe radiația. Cu ajutorul termoelementelor, această căldură este transformată în curent electric. O sursă care cântărește câteva kilograme oferă o putere de câteva zeci de wați pentru 10 ani de funcționare neîntreruptă. Astfel de surse sunt folosite pentru alimentarea balizelor automate și a stațiilor meteo automate care funcționează în zone greu accesibile. Surse mai puternice au fost instalate pe roverele lunare sovietice lansate pe Lună. Au funcționat fiabil la temperaturi de la -140 la +120.

Unul dintre cele mai remarcabile studii efectuate folosind „atomi marcați” a fost studiul metabolismului în organisme. S-a dovedit că într-un timp relativ scurt organismul suferă o reînnoire aproape completă. Atomii care o alcătuiesc sunt înlocuiți cu alții noi. Doar fierul, așa cum au arătat experimentele cu studiile izotopice ale sângelui, este o excepție de la această regulă. Fierul face parte din hemoglobina celulelor roșii din sânge. Când atomii de fier radioactiv au fost introduși în alimente, sa constatat că oxigenul liber eliberat în timpul fotosintezei a fost inițial parte din apă, nu dioxid de carbon. Izotopii radioactivi sunt utilizați în medicină atât pentru diagnostic, cât și în scop terapeutic. Sodiul radioactiv, injectat în cantități mici în sânge, este folosit pentru a studia circulația sângelui; iodul este depus intens în glanda tiroidă, în special în boala Graves. Prin observarea depunerilor de iod radioactiv cu ajutorul unui contor, se poate face un diagnostic rapid. Dozele mari de iod radioactiv provoacă distrugerea parțială a țesuturilor cu dezvoltare anormală și, prin urmare, iodul radioactiv este utilizat pentru a trata boala Graves. Radiația gamma intensă de cobalt este utilizată în tratamentul cancerului (pistol cu ​​cobalt).

Lista literaturii folosite

1. Gaisinsky M.N., Chimia nucleară și aplicațiile sale, trad. din franceză, M., 1961

2. Fizica nucleară experimentală, ed. E. Segre, trad. din engleză, vol. 3, M., 1961; Instrumente INTERNET

Postat pe Allbest.ru

Documente similare

Esența fenomenului radioactivității, istoria descoperirii și studiului acestuia, cunoștințele moderne, semnificația și aplicarea sa în diverse domenii. Tipuri de radiații radioactive, caracteristicile și caracteristicile lor distinctive. Ordinea și etapele dezintegrarii alfa, beta și gamma.

lucrare de curs, adăugată 05.10.2009


Radioactivitatea naturală este cauzată de izotopii radioactivi prezenți în toate straturile pământului. Strămoșii izotopilor radioactivi care fac parte din familiile radioactive sunt radiul și toriu.

lucrare de curs, adăugată 25.11.2008


Legea dezintegrarii radioactive. Determinarea ionilor elementelor chimice. Metoda de titrare radiometrică, diluare izotopică, analiza activării, determinarea conținutului de elemente chimice prin radiația izotopilor lor radioactivi naturali.

prezentare, adaugat 05.07.2016


Determinarea conținutului relativ de izotopi de plutoniu prin analiza spectrelor, raportul cantitativ al conținutului de izotopi de-a lungul liniilor identificate. Evaluarea găsirii scăderilor și secțiunilor liniare ale spectrului. Calculul erorii de conținut.

lucrare curs, adaugat 23.08.2016


Serii radioactive naturale și artificiale. Tipuri de dezintegrare radioactivă. Principala serie radioactivă observată în natură. Caracteristicile seriei de toriu, neptunium, radiu, actiniu. Transformări radioactive ale nucleelor. Lanțuri consecutive de nuclizi.

prezentare, adaugat 30.05.2015


Caracteristicile proprietăților chimice și fizice ale hidrogenului. Diferențele de masă atomică între izotopii hidrogenului. Configurația unui singur strat de electroni al unui atom de hidrogen neutru, neexcitat. Istoria descoperirii, apariția în natură, metodele de producție.

prezentare, adaugat 14.01.2011


Caracteristicile proprietăților chimice ale actinidelor. Determinarea cantitativă a elementelor transplutoniului. Separarea prin precipitare cu reactivi anorganici si organici. Metode de izolare și separare a elementelor de transplutoniu. Obținerea uraniului metalic.

rezumat, adăugat 10.03.2010


Principii generale de clasificare a substanţelor anorganice complexe şi simple. Dimensiunile atomice și relația lor cu poziția în tabelul periodic al elementelor. Conceptul de disociere electrică și soluții electrolitice. Legături de hidrogen și senzori cu membrană.

test, adaugat 02.01.2011


Metode de ionizare și scintilație a radiațiilor radioactive. Determinarea ionilor elementelor chimice în soluție folosind reactivi radioactivi. Timp optim pentru înregistrarea radiațiilor. Metoda de titrare radiometrică și analiză de activare.

lucrare curs, adăugată 05.07.2016


Proprietățile fizico-chimice ale acidului acetic. Caracteristicile procesului de oxidare a aldehidelor. Metodă de producere a acetaldehidei și etanalului. Principii pentru calcularea cantității de produse secundare formate în timpul producerii acidului acetic. Esența metodei Kolbe.