Искусственная радиоактивность была открыта в 1934 году Ирен и Фредериком Кюри. Они обнаружили, что если долго облучать некоторые вещества α - частицами, то эти вещества сами становятся радиоактивными.
Радиоактивные изотопы (радионуклиды) можно получить при бомбардировке протонами, нейтронами, α - частицами, при поглощении γ - квантов большой энергии. Радиоактивные изотопы изготавливают на ядерных реакторах и в ускорителях заряженных частиц. В настоящее время получены радиоактивные изотопы всех химических элементов, встречающихся в природе. Они активно используются в науке и технике.
Различают 3 основных метода:
1. Метод меченых атомов - использует радиоактивность как сигнал о присутствии данного изотопа. В качестве "метки" используют радионуклиды, которые можно легко обнаружить и измерить, зная их период полураспада, тип и энергию излучения. В качестве радиоактивных меток применяют: 3Н, 14С, 32Р, 35Са, 59Fe, 131I, 95Nb, 60Co, 24Na
2. Методы, использующие большую проникающую способность радиоактивного излучения - определение структуры молекул.
3. Методы, использующие действие самого излучения - используют для изучения распределения веществ в системе и пути их перемещения, для выяснения механизма химической реакции, для количественного анализа.
Медицинское применение.
В медицине широко используются радиоактивные изотопы, т.к. они довольно быстро выводятся из организма, относительно недороги и обладают необходимой избирательностью действия. Применяются в диагностике, исследовании и лечении некоторых заболеваний.
1. Радиоизотопная диагностика - это физический метод применения радиоактивных изотопов для распознавания болезней и изучения функций организма.
Особенности:
A. Очень высокая чувствительность (10-19 гр. вещества)
Б. Высокая специфичность метода (при анализе нельзя спутать 2 изотопа, каждый имеет свой спектр).
B. Возможность применения малых доз изотопа.
Г. Не разрушаемость живого организма.
Д. Простота и точность регистрации.
Виды методов:
1. Метод разведения. Суть: вводят изотоп в организм в определённой концентрации, берут пробы, сравнивают активность пробы с активностью введённого препарата и судят о разведении изотопа в организме.
2. Метод изучения скорости введения изотопа. После введения изотопа через некоторое время берут пробы и сравнивают активность; делают вывод, например, о выделительной функции почек.
3. Метод распределения изотопов (метод меченых атомов). Основан на избирательном скоплении изотопов в отдельных тканях. С помощью специальной аппаратуры определяют топографию и особенности щитовидной железы (131I), определяют скорость кровотока (24Na) и т.д.
2. Радиоизотопная терапия - совокупность методов лечения заболеваний радиоактивными изотопами. В её основе лежит биологическое действие радиоактивного излучения и избирательное накопление изотопов при их введении внутрь.
A. Для лечения злокачественных опухолей:
60Сo помещается в излучатель специальной формы, и излучение направляется на участок, подлежащий лечению.
198Au вводится в виде коллоидного раствора непосредственно в опухоль. Золото не вступает в биохимическую реакцию с тканями и облучение тканевых клеток продолжается до тех пор, пока сохраняется активность препарата. Лучевого поражения при этом не возникает, т.к. Т = 2,7 суток.
Б. Для лечения болезней крови.
32Р концентрируется в трубчатых костях и, распадаясь, излучает β - лучи, которые облучают костный мозг, что во многих случаях восстанавливает функцию кроветворения.
B. Для лечения кожных и глазных заболеваний.
32Р и 90Sr - фильтрованную бумагу пропитывают раствором радиоактивного изотопа и в целлофановом конверте накладывают на поражённый участок. При распаде изотопы излучают β - лучи, которые не проникают глубоко в организм и не повреждают здоровые ткани.
Г. Для лечения органов пищеварения, дыхания, воздействия на кожу.
222Rn вводится внутрь с помощью иглы, распадаясь, излучает α - лучи. Дополнительные пути воздействия - через ванны, питьё, ингаляции.
7. Активность. Её виды, единицы измерения и количественная оценка. Формула активности.
На практике основное значение имеет общее число распадов, приходящихся в источнике радиоактивного излучения в единицу времени => количественно меру распада определяют активностью радиоактивного вещества.
Активность (А) зависит от относительной скорости распада "λ" и от наличного числа ядер (т.е. от массы изотопа).
"А" - характеризует абсолютную скорость распада изотопа в данном источнике.
3 варианта записи формулы активности:
А. Из закона радиоактивного распада в дифференциальной форме следует:
dN = – λ Ntdt Þ – dN/dt = λ Nt Þ A = λ Nt Þ A = – dN/dt
(абсолютная скорость
р/акт. распада)
Б. Из закона радиоактивного распада в интегральной форме следует:
Nt = N0 · e-λt
1. A = λ Nt
} λ Nt/A = λ N0 e-λt/A0
2. λ N0 = A0 исходная активность при t = 0
3. A =A0 · e-λt убыль активности идет по экспоненциальному закону
В. При использовании формулы связи постоянной распада "λ" с периодом полураспада "Т" следует:
T = ln2/λ
1. λ = ln2/T Þ Nt λ/A = Nt ln2/T
2. A = Nt ln2/T
Единицы измерения активности:
А. Системные единицы измерения.
A = dN/dt
1[расп/с] = 1[Бк] – беккерель
1Мрасп/с =106 расп/с = 1 [Рд] - резерфорд
Б. Внесистемные единицы измерения.
[Ки] - кюри (соответствует активности 1г радия).
1[Ки] = 3,7 · 1010[расп/с] - в 1г радия за 1с распадается 3,7· 106 радиоактивных ядер.
Виды активности:
1. Удельная - это активность единицы массы вещества.
Ауд. = dA/dm [Бк/кг].
Её используют для характеристики порошкообразных и газообразных веществ.
2. Объёмная - это активность в единице объёма вещества или среды.
Аоб = dA/dV [Бк/м3]
Её используют для характеристики жидких веществ.
На практике убыль активности измеряется с помощью специальных радиометрических приборов. Например, зная активность препарата и продукта, образующегося при распаде 1 ядра, можно вычислить, сколько частиц каждого вида испускает препарат за 1 секунду.
Если при делении ядра образуется нейтронов"n", то за 1с испускается поток нейтронов "N". N = n · А.
