Використання мічених атомів

У медицині метод мічених атомів дає змогу лікарям швидко і точно

поставити діагноз деяких складних захворювань і призначити пацієнтові

правильне індивідуальне лікування. Наприклад, для виявлення пухлин можна

використати ізотопи: йод-131, фосфор-32 або золото-198. Що ж до лікування

виявлених пухлин, то тут на допомогу медикам приходить інший ізотоп – бор-10. Виявилось, що введений в організм бор більше концентрується в клітинахпухлини, ніж у навколишній здоровій тканині. Після того як у клітинахпухлини нагромадиться достатня кількість бору-10, пухлину пронизують пучком нейтронів. При зіткненні з нейтронами ядро бору-10 розлітається на два осколки. Потік цих «короткопробігових» іонів за кілька хвилин руйнує клітини пухлини.

У добрій пригоді стали ізотопи й геологам. Застосування методів, що

ґрунтуються на реєстрації природної або викликаної радіоактивності гірських

порід, дає змогу геологам значно швидше (а державі – значно дешевше) добути інформацію про елементний і ізотопний склад досліджуваних геологічних пластів.

У методі природної радіоактивності гірських порід використовується

здатність кожного радіоактивного ізотопу випромінювати тільки точно визначений, характерний спектр γ-випромінювання. Такий спектр, наче паспорт, повністю відображає індивідуальність будь-якого ізотопу. Якщо тепер опустити лічильник γ-випромінювання в свердловину, в якій є суміш радіоактивних ізотопів, то ми дістанемо загальний спектр – своєрідний «паспортний стіл» – усіх радіоізотопів, що «живуть» у цій свердловині.

Зробивши відповідні приладові поправки, за цим спектром можна обчислити концентрацію певного ізотопу в товщі гірської породи, зробити висновок – чи має ця свердловина промислове значення. Деякі різновиди цього методу дають змогу робити пряму оцінку концентрації урану в рудному тілі.

У верстатобудівній промисловості в різних апаратах для γ- дефектоскопії використовують як джерела γ-випромінювання кобальт-60, цезій-137, церій-144, європій-155, тулій-170. Компактні й надійні, ці апарати дають змогу швидко вибраковувати деталі, що мають усередині тріщини та інші дефекти.

Застосування методів радіоізотопії в археології дало в руки вчених ряд дуже цінних, сенсаційних історико-наукових знахідок. Ідеться про «радіовуглецевий годинник», а точніше, про ізотоп вуглецю І4С. Уперше цей

метод був запропонований американським фізиком В. Ліббі і завдяки своїй

простоті й ефективності тепер набув дуже великого поширення. Суть його проста. Під дією космічного проміння у верхніх шарах атмосфери невпинно

утворюється радіоактивний ізотоп вуглецю 14С.

Можна використовувати радіоактивні ізотопи в роботі атомних реакторів, для виготовлення надійних, компактних і довговічних нагрівачів.

Отже, використання методу мічених атомів стає необхідним з кожним

днем. Типовими для біологічних і медико-біохімічних досліджень є речовини, мічені радіоактивними ізотопами водню (3Н), вуглецю (14С), фосфору (32Р), сірки (35S) або стабільними ізотопами азоту (15N), кисню (18O).

Реєструють радіоактивність за допомогою методів радіометрії, радіоавтографії, зокрема мікрорадіоавтографії, тощо. Мічені стабільними

ізотопами речовини визначають методом мас-спектрометрії. За допомогою

методу мічених атомів встановлено шляхи біосинтезу багатьох біологічно

важливих речовин, розкрито механізми фотосинтезу, вивчено механізми

багатьох біохімічних циклів та окремих реакцій, досліджено основні молекулярно-біологічні процеси і явища транспорту речовин у клітині.

Застосування у техніці.

Так, дифузію в твердих тілах досліджують за допомогою мічених атомів, наносячи радіоактивні атоми на поверхню цих тіл і нагріваючи до високої температури, при якій дифузія відбувається інтенсивніше. Потім при кімнатній температурі накладають зрізи тіла на фотопластинку, на якій, після проявлення в тих місцях, куди проникли мічені атоми, виявляється почорніння.

Знаючи час дифузії і глибину проникнення мічених атомів, визначають швидкість дифузії мічених атомів застосовують для дослідження спрацювання металевих деталей. Опромінюючи метал нейтронами, можна створити радіоактивні атоми даного металу, частина яких під час тертяпереходить у мастило. Визначений лічильником ступінь радіоактивності цього мастила характеризує швидкість спрацьовування металевої деталі.

Застосування у хімії.

Ефективно застосовують мічені атоми також в аналітичній хімії для визначення вмісту елементів у сполуці. Для цього потужними пучками нейтронів опромінюють досліджувану речовину, внаслідок чого утворюються радіоактивні ізотопи, за активністю яких визначають вміст елементів у сполуці (з точністю до 10^—11 г, а домішки деяких елементів до 10^-20 г). Зазначені та багато інших прикладів застосування мічених атомів поширені в наукових установах, навчальних закладах і народному господарстві України. Зокрема мічені атоми сурми використовують для визначення вмісту сурми в різних речовинах. За співвідношенням продуктів розпаду радіоактивних елементів, які є в породах, визначають вік мінералів та гірських порід. В Інситуті фізичної хімії АН України за останні роки розроблено ряд методів ізотопного аналізуводню і кисню, які тепер застосовуються у нас та в інших країнах.

Застосування у біології.

Мічені атоми велику допомогу подають у розкритті таємниць фотосинтезу. До останнього часу вважали, що під впливом світла в рослинах розкладається вуглекислота. Радянський вчений О. П. Виноградов застосував мічені атоми кисню і показав, що насправді розкладається вода. Мічені атоми велике значення мають при вивченні діяльності живих організмів та обміну речовин у них. При проведенні таких досліджень в їжу додають невелику кількість радіоактивних речовин. Переміщаючи вздовж тіла лічильник, можна визначити, в які частини організму і з якою швидкістю потрапляє той чи інший хімічний елемент.

Мічені атоми широко застосовують для вивчення життя рослин. Наприклад, за допомогою міченого радіоактивного фосфору можна визначити, як фосфор потрапляє у рослину, як переміщається в ній і в яких місцях зосереджується.

Застосування у медицині.

Властивість хімічних елементів концентруватися в різних тканинах та частинах організму лежить в основі застосування мічених атомів у біології і особливо в медицині. Наприклад, поглинання йоду щитовидною залозою встановлено за допомогою мічених атомів йоду. Мічені атоми заліза дозволяють визначити загальний об'єм крові ворганізмі. Для цього у вену тварини вводять певну кількість крові з радіоактивним залізом. Через деякий час у цієї тварини беруть таку саму кількість крові. Відношенняінтенсивності випромінювань радіоактивним залізом у взятій і введеній крові дорівнює відношенню кількості введеної крові до її загальної кількості. Мічені атоми допомагають визначити розміщення злоякісних пухлин в організмі, що значно полегшує роботу хірургів. Досягнуто перших успіхів у боротьбі з раком різних органів людського організму.

Наукові і медичні установи України широко використовують мічені атоми для дослідження обміну речовин у живих організмах і для лікування хвороб. Так, наприклад, уточнено дані про хімічний склад головного мозку, вивчено окремі етапи обміну речовин у головному мозку тощо. Провадяться досліди над вивченням умов родючості ґрунтів. Досліджено процес фосфорного живлення молодих деревних рослин і встановлено, що фосфор більше поглинається молодим листям, а після осінньоголистопаду частково входить у ґрунт. Застосування мічених атомів взагалі дало можливість визначити, як саме фосфор засвоюється кореневою системою і поверхнею листя рослин. Встановлено, в які періоди розвитку слід вносити підживлення для багатьох сільськогосподарських культур.

Метод мічених атомів знайшов дуже широка використання у медицині. Значний внесок у розробку методів ранньої діагностики захворювань з допомогою запровадження організм мічених атомів внесли наші вчені. Так, Р. Є. Владимиров (1901- 60), відомий біохімік, однією з перших застосував радіоактивні ізотопи (мічені сполуки) з вивчення обмінних процесів в нервової і м'язової тканинах. Перші практичного застосування цього методу було здійснено біологами У. М. Клечковским і У. І. Спіциним.

Нині широко використовується метод сканування - метод радіоізотопної діагностики із застосуванням сканерів, чи рухливих детекторів випромінювання, дають зображення (як «штрихів») розподілених в організмі радіоактивних ізотопів у вигляді «построчного» обстеження всього тіла або його частини. Як радіоактивного ізотопу найчастіше застосовують ізотоп ^99mТс, що використовують у діагностиці пухлин мозку, для дослідження центральної і периферичної гемодинамики. У більшості приватних випадках також використовують ізотопи золота ¹⁹⁸Au (на дослідження ракових пухлин в критичних ситуаціях), йоду (діагностика захворювань щитовидної залози).

Застосування в археології.

Мічені атоми використовують для визначення часу з моменту загибелі тварин та рослин і для визначення віку стародавніх поселень. В атмосфері під дією космічнихнейтронів утворюється радіоактивний вуглець ¹⁴C(¹⁴N+ n→¹⁴C + ¹H). Період напіврозпаду ¹⁴C становить 5 700 років. Співвідношення між стійким ¹²C і радіоактивним ¹⁴C ізотопами вуглецю в організмі таке ж, як і в атмосфері, тобто 1 г вуглецю містить близько 5•10¹⁰ радіоактивних атомів ¹⁴C. В мертвому організмі обмін вуглецем між організмом і атмосферою припиняється. Тому внаслідок розпаду радіоактивних атомів вуглецю відносна кількість у загиблому організмі з часом зменшується. Співвідношення між ізотопами ¹⁴C і ¹²C і період напіврозпаду ¹⁴C дають можливість визначити час загибелі тварин і рослин, а отже, і вік стародавніх поселень.

Мічені атоми дали можливість уточнити значну кількість хімічних реакцій, зокрема при добуванні синтетичного бензину, розв'язати питання про роль каталізаторів, про процеси перегонки, кристалізації, перемішування і багато инших процесів, уточнити і відкрити нові процеси, які відбуваються в живих організмах.

Галузь застосування мічених атомів з кожним днем розширюється.

Для реєстрації радіаційної активності застосовують лічильник Гейгера (названо під назвою Х. Гейгера)

Лічи́льник Ге́йгера або лічильник Гейгера-Мюллера — детектор радіоактивного випромінювання на основі іонізаційної камери.

Поиск по сайту: