Использование радиоактивных изотопов в медицине и радиометрия. Презентация на тему: "Получение и применение радиоактивных изотопов" Применение изотопов в медицине сообщение

Содержание статьи

ИЗОТОПЫ –разновидности одного и того же химического элемента, близкие по своим физико-химическим свойствам, но имеющие разную атомную массу. Название «изотопы» было предложено в 1912 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.

Атом любого химического элемента состоит из положительно заряженного ядра и окружающего его облака отрицательно заряженных электронов. Положение химического элемента в периодической системе Менделеева (его порядковый номер) определяется зарядом ядра его атомов. Изотопами называются поэтому разновидности одного и того же химического элемента, атомы которых имеют одинаковый заряд ядра (и, следовательно, практически одинаковые электронные оболочки), но отличаются значениями массы ядра. По образному выражению Ф.Содди, атомы изотопов одинаковы «снаружи», но различны «внутри».

В 1932 был открыт нейтрон – частица, не имеющая заряда, с массой, близкой к массе ядра атома водорода – протона, и создана протонно-нейтронная модель ядра. В результате в науке установилось окончательное современное определение понятия изотопов: изотопы – это вещества, ядра атомов которых состоят из одинакового числа протонов и отличаются лишь числом нейтронов в ядре. Каждый изотоп принято обозначать набором символов , где X – символ химического элемента, Z – заряд ядра атома (число протонов), А – массовое число изотопа (общее число нуклонов – протонов и нейтронов в ядре, A = Z + N). Поскольку заряд ядра оказывается однозначно связанным с символом химического элемента, часто для сокращения используется просто обозначение A X.

Из всех известных нам изотопов только изотопы водорода имеют собственные названия. Так, изотопы 2 H и 3 H носят названия дейтерия и трития и получили обозначения соответственно D и T (изотоп 1 H называют иногда протием).

В природе встречаются как стабильные изотопы, так и нестабильные – радиоактивные, ядра атомов которых подвержены самопроизвольному превращению в другие ядра с испусканием различных частиц (или процессам так называемого радиоактивного распада). Сейчас известно около 270 стабильных изотопов, причем стабильные изотопы встречаются только у элементов с атомным номером Z Ј 83. Число нестабильных изотопов превышает 2000, подавляющее большинство их получено искусственным путем в результате осуществления различных ядерных реакций. Число радиоактивных изотопов у многих элементов очень велико и может превышать два десятка. Число стабильных изотопов существенно меньше, Некоторые химические элементы состоят лишь из одного стабильного изотопа (бериллий, фтор, натрий, алюминий, фосфор, марганец, золото и ряд других элементов). Наибольшее число стабильных изотопов – 10 обнаружено у олова, у железа, например, их – 4, у ртути – 7.

Открытие изотопов, историческая справка.

В 1808 английский ученый натуралист Джон Дальтон впервые ввел определение химического элемента как вещества, состоящего из атомов одного вида. В 1869 химиком Д.И.Менделеевым была открыт периодический закон химических элементов. Одна из трудностей в обосновании понятия элемента как вещества, занимающего определенное место в клетке периодической системы, заключалась в наблюдаемой на опыте нецелочисленности атомных весов элементов. В 1866 английский физик и химик – сэр Вильям Крукс выдвинул гипотезу, что каждый природный химический элемент представляет собой некоторую смесь веществ, одинаковых по своим свойствам, но имеющих разные атомные масс, однако в то время такое предположение не имело еще экспериментального подтверждения и поэтому прошло мало замеченным.

Важным шагом на пути к открытию изотопов стало обнаружение явления радиоактивности и сформулированная Эрнстом Резерфордом и Фредериком Содди гипотеза радиоактивного распада:радиоактивность есть не что иное, как распад атома на заряженную частицу и атом другого элемента, по своим химическим свойствам отличающийся от исходного. В результате возникло представление о радиоактивных рядах или радиоактивных семействах, в начале которых есть первый материнский элемент, являющийся радиоактивным, и в конце – последний стабильный элемент. Анализ цепочек превращений показал, что в их ходе в одной клеточке периодической системы могут оказываться одни и те же радиоактивные элементы, отличающиеся лишь атомными массами. Фактически это и означало введение понятия изотопов.

Независимое подтверждение существования стабильных изотопов химических элементов было затем получено в экспериментах Дж. Дж. Томсона и Астона в 1912–1920 с пучками положительно заряженных частиц (или так называемых каналовых лучей) , выходящих из разрядной трубки.

В 1919 Астон сконструировал прибор, названный масс-спектрографом (или масс-спектрометром). В качестве источника ионов по-прежнему использовалась разрядная трубка, однако Астон нашел способ, при котором последовательное отклонение пучка частиц в электрическом и магнитном полях приводило к фокусировке частиц с одинаковым значением отношения заряда к массе (независимо от их скорости) в одной и той же точке на экране. Наряду с Астоном масс-спектрометр несколько другой конструкции в те же годы был создан американцем Демпстером. В результате последующего использования и усовершенствования масс-спектрометров усилиями многих исследователей к 1935 году была составлена почти полная таблица изотопных составов всех известных к тому времени химических элементов.

Методы разделения изотопов.

Для изучения свойств изотопов и особенно для их применения в научных и прикладных целях требуется их получение в более или менее заметных количествах. В обычных масс-спектрометрах достигается практически полное разделение изотопов, однако количество их ничтожно мало. Поэтому усилия ученых и инженеров были направлены на поиски других возможных методов разделения изотопов. В первую очередь были освоены физико-химические методы разделения, основанные на различиях в таких свойствах изотопов одного итого же элемента, как скорости испарения, константы равновесия, скорости химических реакций и т.п. Наиболее эффективными среди них оказались методы ректификации и изотопного обмена, которые нашли широкое применение в промышленном производстве изотопов легких элементов: водорода, лития, бора, углерода, кислорода и азота.

Другую группу методов образуют так называемые молекулярно-кинетические методы: газовая диффузия, термодиффузия, масс-диффузия (диффузия в потоке пара), центрифугирование. Методы газовой диффузии, основанные на различной скорости диффузии изотопных компонентов в высокодисперсных пористых средах, были использованы в годы второй мировой войны при организации промышленного производства разделения изотопов урана в США в рамках так называемого Манхэттенского проекта по созданию атомной бомбы. Для получения необходимых количеств урана, обогащенного до 90% легким изотопом 235 U – главной «горючей» составляющей атомной бомбы, были построены заводы, занимавшие площади около четырех тысяч гектар. На создание атомного центра с заводами для получения обогащенного урана было ассигновано более 2-х млрд. долл. После войны в СССР были разработать и построены заводы по производству обогащенного урана для военных целей, также основанные на диффузионном методе разделения. В последние годы этот метод уступил место более эффективному и менее затратному методу центрифугирования. В этом методе эффект разделения изотопной смеси достигается за счет различного действия центробежных сил на компоненты изотопной смеси, заполняющей ротор центрифуги, который представляет собой тонкостенный и ограниченный сверху и снизу цилиндр, вращающийся с очень высокой скоростью в вакуумной камере. Сотни тысяч соединенных в каскады центрифуг, ротор каждой из которых совершает более тысячи оборотов в секунду, используются в настоящее время на современных разделительных производствах как в России, так и в других развитых странах мира. Центрифуги используются не только для получения обогащенного урана, необходимого для обеспечения работы ядерных реакторов атомных электростанций, но и для производства изотопов примерно тридцати химических элементов средней части периодической системы. Для разделения различных изотопов используются также установки электромагнитного разделения с мощными источниками ионов, в последние годы получили распространение также лазерные методы разделения.

Применение изотопов.

В научных исследованиях стабильные и радиоактивные изотопы широко применяются в качестве изотопных индикаторов (меток) при изучении самых различных процессов, происходящих в природе.

В сельском хозяйстве изотопы («меченые» атомы) применяются, например, для изучения процессов фотосинтеза, усвояемости удобрений и для определения эффективности использования растениями азота, фосфора, калия, микроэлементов и др. веществ.

Изотопные технологии находят широкое применение в медицине. Так в США, согласно статистическим данным, проводится более 36 тыс. медицинских процедур в день и около 100 млн. лабораторных тестов с использованием изотопов. Наиболее распространены процедуры, связанные с компьютерной томографией. Изотоп углерода C 13 , обогащенный до 99% (природное содержание около 1%), активно используется в так называемом «диагностическом контроле дыхания». Суть теста очень проста. Обогащенный изотоп вводится в пищу пациента и после участия в процессе обмена веществ в различных органах тела выделяется в виде выдыхаемого пациентом углекислого газа СО 2 , который собирается и анализируется с помощью спектрометра. Различие в скоростях процессов, связанных с выделением различных количеств углекислого газа, помеченных изотопом С 13 , позволяют судить о состоянии различных органов пациента. В США число пациентов, которые будут проходить этот тест, оценивается в 5 млн. человек в год. Сейчас для производства высоко обогащенного изотопа С 13 в промышленных масштабах используются лазерные методы разделения.

Владимир Жданов

Изучение радиометра «Альфарад» и

исследование активности радона-222 в воздухе»

Приборы и принадлежности: радиометр РРА-01М-01.

Задачи и ход выполнения работы:

1. Ознакомиться с учебным материалом по использованию радиоактивных изотопов в медицине и назначением радиометрии.

2. Используя паспорт и руководство по эксплуатации радиометра,

· Выявить его технические характеристики;

· Изучить устройство и принцип работы радиометра, особенности его эксплуатации;

· Подготовить прибор к работе и выполнить пробные измерения в режимах 1-air; 3-Integral; 4-Ffon.

3. Выполнить экспериментальные исследования по определению активности (режим 1-air) сначала в воздухе аудитории, а затем наружного воздуха (забор воздуха на подоконнике открытого окна); результаты измерений оформить в виде таблицы. Опыт повторить не менее трёх раз.

4. Построить графики зависимости объёмной активности от времени.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАБОТЫ

Использование радиоактивных изотопов в медицине и радиометрия

Медицинские приложения радиоактивных изотопов можно представить двумя группами. Одна группа – это методы, использующие изотопные индикаторы (меченые атомы) с диагностическими и исследовательскими целями. Другая группа методов основана на применении ионизирующего излучения радиоактивных изотопов для биологического действия с лечебной целью. К этой же группе можно отнести бактерицидное действие излучения.

Метод меченых атомов заключается в том, что в организм вводят радиоактивные изотопы и определяют их местонахождение и активность в органах и тканях. Так, например, для диагностирования заболевания щитовидной железы в организм вводят радиоактивный йод или , часть которого концентрируется в железé. Счётчиком, расположенным поблизости от неё, фиксируют накопление йода. По скорости увеличения концентрации радиоактивного йода можно делать диагностический вывод о состоянии железы.

Рак щитовидной железы может давать метастазы в разных органах. Накопление радиоактивного йода в них может дать информацию о метастазах.

Для обнаружения распределения радиоактивных изотопов в разных органах тела используют гамма-топограф (сцинтиграф), который автоматически регистрирует распределение интенсивности радиоактивного препарата. Гамма-топограф представляет собой сканирующий счётчик, который постепенно проходит большие участки над телом больного. Регистрация излучения фиксируется, например, штриховой отметкой на бумаге. На рис. 1,а схематически показан путь счётчика, а на рис. 1,б – регистрационная карта.

Применяя изотопные индикаторы, можно проследить за обменом веществ в организме. Объёмы жидкостей в организме трудно измерить непосредственно, метод меченых атомов позволяет решить эту задачу. Так, например, вводя определённое количество радиоактивного изотопа в кровь и выдержав время для его равномерного распределения по кровеносной системе, можно по активности единицы объёма крови найти её общий объём.

Гамма-топограф даёт сравнительно грубое распределение ионизирующего излучения в органах. Более детальные сведения можно получить методом авторадиографии.

В живой организм радиоактивные атомы вводятся в таком небольшом количестве, что ни они, ни продукты их распада практически не оказывают вреда организму.

Известно лечебное применение радиоактивных изотопов, испускающих в основном g-лучи (гамма-терапия). Гамма-установка состоит из источника, обычно , и защитного контейнера, внутри которого помещён источник; больной размещается на столе.

Применение гамма-излучения высокой энергии позволяет разрушать глубоко расположенные опухоли, при этом поверхностно расположенные органы и ткани подвергаются меньшему губительному действию.

Таким образом, биологическое действие ионизирующих излучений состоит в разрушении внутримолекулярных связей и как следствие прекращении жизнедеятельности клеток организма. Наиболее подвержены разрушению клетки в фазе деления, когда спирали молекул ДНК обособлены и незащищены. С одной стороны, это используется в медицине для прекращения деления клеток злокачественных опухолей; с другой – это приводит к нарушению наследственных признаков организма, переносимых половыми клетками.

Развитие ядерной энергетики, широкое внедрение источников ионизирующих излучений в различных областях науки, техники и медицины создали потенциальную угрозу радиационной опасности для человека и загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами. Растёт число лиц, имеющих прямой профессиональный контакт с радиоактивными веществами. Некоторые процессы производства и применение атомной энергии и мощных ускорителей создают опасность поступления радиоактивных отходов в окружающую среду, что может загрязнять воздух, водоисточники, почву, быть причиной неблагоприятного воздействия на организм.

К ионизирующим излучениям относятся потоки электронов, позитронов, нейтронов и других элементарных частиц, α-частиц, а также гамма- и рентгеновское излучения. При взаимодействии ионизирующего излучения с молекулами органических соединений образуются высокоактивные возбуждённые молекулы, ионы, радикалы. Взаимодействуя с молекулами биологических систем, ионизирующие излучения вызывают разрушение клеточных мембран и ядер и, следовательно, приводят к нарушению функций организма.

Одной из задач медицины является защита человека от ионизирующих излучений. Врачи должны уметь контролировать степень радиоактивного загрязнения производственных помещений и объектов внешней среды, рассчитывать защиту от радиоактивных излучений.

Задачей радиометрии является измерение активности радиоактивных источников. Приборы, измеряющие активность, называют радиометрами.

Не менее обширны применения радиоактивных изотопов в промышленности. Одним из примеров этого может служить следующий 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 гамма-излучение радиоактивных препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью 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 от радиоактивных препаратов приводит к заметному увеличению 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 высоко продуктивные 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 15 32P. Исследуя затем растения на радиоактивность, можно определить количество усвоенного ими фосфора из разных сортов удобрения.

Интересным применением радиоактивности является метод датирования археологических и геологических находок по концентрации радиоактивных изотопов. Наиболее часто используется радиоуглеродный метод датирования. Нестабильный изотоп углерода

возникает в атмосфере вследствие ядерных реакций, вызываемых космическими лучами. Небольшой процент этого изотопа содержится в воздухе наряду с обычным стабильным изотопом .Растения и другие организмы потребляют углерод из воздуха, и в них накапливаются оба изотопа в той же пропорции, как и в воздухе. После гибели растений они перестают потреблять углерод и нестабильный изотоп в результате β-распада постепенно превращается в азот с периодом полураспада 5730 лет. Путем точного измерения относительной концентрации радиоактивного углерода в останках древних организмов можно определить время их гибели.

Список использованной литературы

1. Учение о радиоактивности. История и современность. М. Наука, 1973 2. Ядерные излучения в науке и технике. М. Наука, 1984 Фурман В. И. 3. Альфа-распад и родственные ядерные реакции. М. Наука, 1985

4. Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики. Том III. – М.: Наука, 19865. Селезнев Ю. А. Основы элементарной физики. –М.: Наука, 1964.6. CD ROM «Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия», 1997.

7. Кюри М., Радиоактивность, пер. с франц., 2 изд., М. - Л., 1960

8. Мурин А.Н., Введение в радиоактивность, Л., 1955

9. Давыдов А.С., Теория атомного ядра, М., 1958

10. Гайсинский М.Н., Ядерная химия и ее приложения, пер. с франц., М., 1961

11. Экспериментальная ядерная физика, под ред. Э. Сегре, пер. с англ., т. 3, М., 1961; Средства сети INTERNET

Разнообразные изотопы химических элементов находят широкое применение в научных исследованиях, в различных областях промышленности и сельского хозяйства, в ядерной энергетике, современной биологии и медицине, в исследованиях окружающей среды и других областях. Стабильные изотопы нашли наибольшее применение в химии (для изучения механизма химических реакций, процессов горения, катализа, синтеза химических соединений, в спектрометрии), в биологии, физиологии, биохимии и агрохимии (для изучения процессов обмена веществ в живых организмах, превращения белков, жирных и аминокислот, процессов фотосинтеза в растениях, движения воды от корня по стеблю к листьям и плодам). Они также используются в ядерно-физической аппаратуре для изготовления счетчиков нейтронов, что позволяет увеличить эффективность счета более чем в 5 раз, в ядерной энергетике как замедлители и поглотители нейтронов. Перечисленное, однако, далеко не исчерпывает все существующие и возможные области использования изотопов. Более того, сфера их использования как эффективных помощников в решении целого ряда научных и прикладных проблем расширяется с каждым годом. Поэтому-то, безусловно, несмотря на уменьшающийся с каждым годом и ставший практически ничтожным объем государственного финансирования изотопного производства, работа над его развитием в последние 10 лет продолжается. В научных исследованиях (например, в химическом анализе) требуются, как правило, небольшие количества редких изотопов различных элементов, исчисляемые граммами и даже миллиграммами в год. Вместе с тем, для ряда изотопов, широко используемых в ядерной энергетике, медицине и других отраслях, потребность в их производстве может составлять многие килограммы и даже тонны. Так, в связи с использованием тяжелой воды D 2 O в ядерных реакторах ее общемировое производство к началу 1990-х прошлого века составляло около 5000 т в год. Входящий в состав тяжелой воды изотоп водорода дейтерий, концентрация которого в природной смеси водорода составляет всего 0,015%, наряду с тритием станет в будущем, по мнению ученых, основным компонентом топлива энергетических термоядерных реакторов, работающих на основе реакций ядерного синтеза. В этом случае потребность в производстве изотопов водорода окажется огромной.

В биологии изотопы применяют для решения как фундаментальных, так и прикладных биологических проблем, изучение которых другими методами затруднено или невозможно. Существенное для биологии преимущество метода меченых атомов состоит в том, что использование изотопов не нарушает целостности организма и его основных жизненных отправлений. С применением изотопов связаны многие крупные достижения современной биологии, определившие расцвет биологических наук во 2-й половине XX в. С помощью стабильных и радиоактивных изотопов водорода (2 H и 3 H), углерода (13 C и 14 C), азота (15 N), кислорода (18 O), фосфора (32 P), серы (35 S), железа (59 Fe), йода (131 I) и др. были выяснены и детально изучены сложные и взаимосвязанные процессы биосинтеза и распада белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров и др. биологически активных соединений, а также химические механизмы их превращений в живой клетке. Использование изотопов привело к пересмотру прежних представлений о природе фотосинтеза, а также о механизмах, обеспечивающих усвоение растениями неорганических веществ карбонатов, нитратов, фосфатов и др. С помощью изотопов выполнено огромное число исследований в самых разнообразных направлениях биологии и биохимии. Одно из направлений включает работы по изучению динамики и путей перемещения популяций в биосфере и отдельных особей внутри данной популяции, миграции микробов, а также отдельных соединений внутри организма. Вводя в организмы с пищей или путём инъекций метку, удалось изучить скорость и пути миграции многих насекомых (москитов, мух, саранчи), птиц, грызунов и др. мелких животных и получить данные о численности их популяций. В области физиологии и биохимии растений с помощью изотопов решен ряд теоретических и прикладных проблем: выяснены пути поступления минеральных веществ, жидкостей и газов в растения, а также роль различных химических элементов, в том числе микроэлементов, в жизни растений. Показано, в частности, что углерод поступает в растения не только через листья, но и через корневую систему, установлены пути и скорости передвижения ряда веществ из корневой системы в стебель и листья и из этих органов к корням. В области физиологии и биохимии животных и человека изучены скорости поступления различных веществ в их ткани (в том числе скорость включения железа в гемоглобин, фосфора в нервную и мышечные ткани, кальция в кости). Важная группа работ охватывает исследования механизмов химических реакций в организме. Так, во многих случаях удалось установить связь между исходными и вновь образующимися молекулами, проследить за "судьбой" отдельных атомов и химических групп в процессах обмена веществ, а также выяснить последовательность и скорость этих превращений. Полученные данные сыграли решающую роль при построении современных схем биосинтеза и метаболизма (метаболических карт), путей превращения пищи, лекарственных препаратов и ядов в живых организмах. К работам этой группы относится выяснение вопроса о происхождении кислорода, выделяемого в процессе фотосинтеза: оказалось, что его источником является вода, а не двуокись углерода. С другой стороны, применение 14 CO 2 позволило выяснить пути превращений двуокиси углерода в процессе фотосинтеза. Использование "меченой" пищи привело к новому представлению о скоростях всасывания и распространения пищевых веществ, об их "судьбе" в организме и помогло проследить за влиянием внутренних и внешних факторов (голодание, асфиксия, переутомление и т. д.) на обмен веществ. Метод изотопов позволил изучить процессы обратимого транспорта веществ через биологические мембраны. Было показано, что концентрации веществ по обе стороны мембраны остаются постоянными с сохранением градиентов концентрации, характерных для каждой из разделённых мембранами сред. Метод нашёл применение в исследовании процессов, решающую роль в которых играет передача информации в организме (проводимость нервных импульсов, инициация и рецепция раздражения и др.) Эффективность метода изотопов в работах этого рода обусловлена тем, что исследования проводятся на целостных, интактных организмах, сохраняющих неповрежденной всю сложную систему нервных и гуморальных связей. Наконец, группа работ включает исследования статических характеристик биологических структур, начиная с молекулярного уровня (белки, нуклеиновые кислоты) и кончая надмолекулярными структурами (рибосомы, хромосомы и др. органеллы). Например, исследования относительной устойчивости белков и нуклеиновых кислот в 1 H 2 O, 2 H 2 O и в H 2 18 O способствовали выяснению природы сил, стабилизирующих структуру биополимеров, в частности роли водородных связей в биологических системах. Важное значение при выборе изотопа имеет вопрос о чувствительности метода изотопного анализа, а также о типе радиоактивного распада и энергии излучения. Преимущество стабильных изотопов (2 H, 18 O, 15 N и др.) - отсутствие излучений, часто оказывающих побочное воздействие на исследуемую живую систему. В то же время, сравнительно низкая чувствительность методов их определений (масс-спектроскопия, денситометрия), а также необходимость выделения меченого соединения ограничивают применение стабильных изотопов в биологии. Высокая чувствительность регистрации гамма-активных изотопов (59 Fe, 131 I и др.) позволила в живом организме измерить скорость кроветока, определить количество крови и время её полного кругооборота, исследовать работу желёз внутренней секреции.

Использование изотопов в медицине. С помощью изотопов были раскрыты механизмы развития (патогенез) ряда заболеваний; их применяют также для изучения обмена веществ и диагностики многих заболеваний. Изотопы вводят в организм в крайне малых количествах, не способных вызвать какие-либо патологические сдвиги. Различные элементы неравномерно распределяются в организме. Аналогично им распределяются и изотопы. Излучение, возникающее при распаде изотопа, регистрируют радиометрическими приборами, скенированием, авторадиографией и др. Так, состояние большого и малого круга кровообращения, сердечного кровообращения, скорости кроветока, изображение полостей сердца определяют с помощью соединений, включающих 24 Na, 131 I, 99 Tc; для изучения лёгочной вентиляции и заболеваний спинного мозга применяют 99 Tc, 133 Xe; макроагрегаты альбумина человеческой сыворотки с 131 I используют для диагностики различных воспалительных процессов в легких, их опухолей и при различных заболеваниях щитовидной железы. Концентрационную и выделительную функции печени изучают при помощи краски бенгал-роз с 131 I, 198 Au; функцию почек при ренографии c 131 I-гиппураном и скенированием после введения неогидрина, меченого 203 Hg или 99 Tc. Изображение кишечника, желудка получают, используя 99 Tc, селезёнки применяя эритроциты с 99 Tc или 51 Сr; с помощью 75 Se диагностируют заболевания поджелудочной железы. Диагностическое применение имеют также 85 Sr и 85 P.

Использование изотопов в сельском хозяйстве (3 H, 14 C, 22 Na, 32 P, 35 S, 42 K, 45 Ca, 60 Co, 65 Zn, 99 Mo и др.) широко используются для определения физических свойств почвы и запасов в ней элементов пищи растений, для изучения взаимодействия почвы и удобрений, процессов усвоения растениями питательных элементов из минеральных туков, поступления в растения минеральной пищи через листья и других вопросов почвоведения и агрохимии. Пользуются изотопами для выявления действия на растительный организм пестицидов, в частности гербицидов, что позволяет установить концентрацию и сроки обработки ими посевов. Применяя метод изотопов, исследуют важнейшие биологические свойства с/х культур (при оценке и отборе селекционного материала) урожайность, скороспелость, хладостойкость. В животноводстве изучают физиологические процессы, протекающие в организме животных, проводят анализ кормов на содержание токсичных веществ (малые дозы которых трудно определить химическими методами) и микроэлементов. При помощи изотопов разрабатывают приёмы автоматизации производственных процессов, например отделение корнеплодов от камней и комков почвы при уборке комбайном на каменистых и тяжёлых почвах.

Применение радиоактивных изотопов в промышленности, науке и сельском хозяйстве (по данным печати) // Атомная энергия. Том 2, вып. 1. - 1957. - С. 85-88.

ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ, НАУКЕ И СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

(ПО ДАННЫМ ПЕЧАТИ)

Черная металлургия

На Сталинском металлургическом заводе при помощи радиокобальта, заключенного в небольшом контейнере, производили просвечивание сварных швов кожуха доменной печи непосредственно в процессе ее монтажа, т. е. в условиях полной невозможности рентгеносъемки. Применяя подобные контейнеры, дефектоскописты обнаруживают внутренние дефекты в стенках паровых котлов, труб газопроводов и т. д.

Продолжительность плавки в мартеновских печах и очищение стали от серы и фосфора на ранней стадии плавки во многом зависят от порядка завалки и количества твердых материалов. С помощью радиоизотопов на ряде заводов «метят» шихтовые материалы-известь или руду-и по измерениям радиоактивности проб металла или шлака определяют скорость формирования активного шлака. Таким способом выявляется зависимость скорости растворения

известняка и руды от технологических факторов. Подобным же образом определяют скорость плавления скрапа. Для этого «метят» металлическую часть шихты. Такие исследования в настоящее время проводятся на заводах «Азовсталь», Сталинском, Макеевском и на Магнитогорском и Кузнецком комбинатах.

После выпуска стали на мартеновской печи далеко не всегда можно оценить состояние наварки подины путем обычного осмотра.Между тем необнаруженный дефект может привести к серьезной аварии в последующих плавках. Для предупреждения этого служат радиоизотопы. На заводе «Азов сталь» радиофосфор в магнезитовых ампулах закладывали в различных местах подины. Появление радиоактивности в пробах шлака, отбиравшихся по ходу плавок, указывало на разрушение наварки.

В области аналитической химии применительно к задачам металлургии наметилось два направления исследований с помощью радиоактивных изотопов. Первое-это проверка и уточнение обычных методов химического анализа, например на фосфор. В этом случае при растворении навески стали или руды добавляют малое количество радиофосфора. По ходу анализа, на различных его стадиях, определяется интенсивность радиоактивного излучения проб раствора. При отсутствии потерь сумма радиоактивностей растворов, взятых на всех стадиях анализа, должна быть равной радиоактивности исходного раствора.

Второе направление-это разработка методов экспресс-анализа стали и шлака на какой-либо один, наиболее важный при данной технологии элемент путем введения радиоактивных изотопов непосредственно в сталеплавильные печи. Так, для технологии передела чугуна с высоким содержанием фосфора на заводе «Азовсталь» разработан метод экспрессного определения пятиокиси фосфора в шлаках. Установлено, что при расходе 0,04-0,05 мкюри радиоактивного изотопа фосфора на тонну металла достигается достаточная точность анализа при значительно меньшей его продолжительности по сравнению с анализом химическим. Этот метод позволяет контролировать шлаковый режим плавки и более точно сортировать шлак как удобрение. Подобный метод разработан и для определения фосфора в металле по ходу продувки передельного чугуна в конвертере. Он может с успехом применяться при отработке новой технологии металлургического передела и в исследованиях, где быстрота определения содержания фосфора в металле или шлаке влияет на ход процесса. (Промышленно-экономическая газета, 9 сент. 1956 г.)

В борьбе за технический прогресс Металлурги Украины все шире применяют меченые атомы радиоактивных элементов. С помощью радиоактивного кобальта без остановки домны определяется состояние ее стенок, выложенных из огнеупорного кирпича.

Пользуясь радиоактивными изотопами, мартеновцы устанавливают, с какой скоростью происходит кристаллизация стальных слитков, определяют содержание фосфора в мартеновском шлаке во много раз быстрее, чем прежде, наблюдают за процессом шлакообразования, фиксируют момент окончания процесса расплавления железной руды и известняка во время плавки.

Пользуясь мечеными атомами, металлурги определяют содержание в руде кремнезема в несколько раз быстрее, чем химическим методом. Широко применяются радиоактивные изотопы для определения мощности и характера залегания пластов железной руды и для управления рядом производственных процессов на дробильно-сортировочных и обогатительных фабриках. (Правда Украины, 4 авг. 1956 г.)

#На Запорожском заводе «Днепроспецсталь» вступила в строй лаборатория физических методов исследования, оборудованная новейшей аппаратурой. В этой лаборатории проводятся исследования процесса выплавки электростали радиоактивными изотопами. В частности, с помощью радиоактивного кальция изучается причина загрязнения шарикоподшипниковой стали печным шлаком. (Правда, 21 сент. 1956 г.)

Машиностроение

Исследования, проведенные в Научно-исследовательском институте HAT И, показывают, что, только применяя радиоактивные изотопы, можно было установить влияние смазки, мощности двигателя, числа оборотов коленчатого вала, запыленности воздуха, перерыва в работе (испытания) на скорость износа двигателя, определить перенос металла с одной трущейся поверхности на другую. Установлено, например, что уменьшение нагрузки не приводит к резкому сокращению скорости изнашивания деталей.

С помощью радиоактивных изотопов можно измерять износ изделий с точностью до одной десятимиллионной грамма.

Опыты, проведенные в Институте машиностроения Академии наук СССР и в других организациях, дали интересные результаты. Выяснилось, что с помощью радиоактивных изотопов можно глубоко и точно изучать явления износа инструмента, не прекращая процесса резания. В частности, можно устанавливать зависимость износа от скорости подачи, глубины резания, времени, смазывающе-охла- ждающих жидкостей и обрабатываемого материала.

Можно также установить, как распределяются продукты износа резца при разных условиях резания, сколько их переходит в стружку, изделие и смазывающе-охлаждающую жидкость, сколько отделяется в виде пыли. Все это имеет большое значение при определении режимов резания. (Промышленно-экономическая газета, 26 октября 1956 г.)

Около пяти лет на заводе транспортного машиностроения существует лаборатория радиоактивных изотопов.

Среди вопросов, решаемых лабораторией, следует назвать определение кальция в шлаке по ходу плавки в кислой электродуговой печи, износа некоторых подшипниковых сплавов, идущих на тепловоз ТЭ-3. Проводятся исследования влияния на износ шестерен термической обработки, сорта смазки и чистоты поверхности, распределения легирующих элементов в стали в зависимости от скорости охлаждения и т. п. (Красное Знамя, г. Харьков, 7 окт. 1956 г.)

Нефтяная промышленность

В Арчединском нефтепромысловом управлении широко применяют радиокароттаж. Он вошел в обязательный комплекс измерительных работ, проводимых по скважинам. Радиоактивные изотопы используются при выявлении негерметичности эксплуатационных колонн. Так, с помощью изотопа кобальта была определена глубина нарушения герметичности колонн в скважинах № 39 и 27.

Посредством тех же изотопов были значительно ускорены работы по разведочной девонской скважине № 93. В ней выявился новый нефтеносный пласт. (Сталинградская правда, 19 авг. 1956 г.)

Сварка металлов

Применение радиоактивных изотопов в сварке в настоящее время идет по трем направлениям: в дефектоскопии сварных швов, в использовании изотопов в схемах автоматического регулирования

И контроля технологических процессов и, наконец, в изучении при помощи радиоактивных изотопов ряда металлургических особенностей сварки металлов.

Для дефектоскопии сварных швов широкое распространение получил радиоактивный изотоп кобальта-60 со сравнительно жестким гамма-излучением, а также изотопы европия-154, иридия-192, цезия-137 и туллия-170 с более мягким излучением.

В Институте электросварки имени Е. Патона Академии наук УССР разработан метод автоматического регулирования уровня металлической ванны при электрошлаковой сварке с применением радиоактивного изотопа кобальта-60. Разница в коэффициентах поглощения гамма-излучения шлака и металла позволила построить автоматический регулятор уровня ванны, то есть автоматизировать процесс варки металлов больших толщин. (Промышленно- экономическая газета, 10 окт. 1956 г.)

Приборная техника

Коллективом сотрудников Центральной научно-исследовательской лаборатории Госгортехнадзора СССР создан специальный прибор-разностенномер.

Вариант разностенномера «Р-3», представленный на Всесоюзной промышленной выставке, портативен, небольшого веса, просто управляется. Применяемые же сейчас в производстве способы проверки разностенности труб сложны, громоздки, неточны.

Большие перспективы открываются перед разностенномером в различных отраслях промышленности: в черной металлургии для быстрого, точного измерения стенок только что отлитых труб, при ремонте паровых котлов, труб водопровода, канализации.

Разностенномер был представлен на Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии и получил там высокую оценку.

Сейчас прибор испытывается в производственных условиях на одном из Ленинградских судостроительных заводов. Вчера в адрес лаборатории пришла телеграмма из Ленинграда. «Испытания разностенномера проходят на стальных и медных трубах. Результаты хорошие».

Разностенномер-не единственный атомный прибор, изобретенный инженером Ю. Г. Кардашем. Его «гамма-пульпомер» можно было видеть на всех земснарядах при строительстве Куйбышевской, Сталинградской, Каховской и других гидроэлектростанций. Он определяет процентное содержание грунта в пульпе-смеси грунта и воды. Без него машинист земснаряда работает вслепую.

Сейчас сотрудники ЦНИЛ Госгортехнадзора работают над тем, чтобы использовать атомную энергию для обеспечения безопасных условий труда шахтеров. (Комсомольская правда, 10 окт. 1956 г.)

# Научно-исследовательский институт теплоэнергетических приборов НИИ Теплоприбор ведет научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию различных автоматических приборов, основанных на применении радиоактивных изотопов.

За последнее время создан целый ряд новых приборов, часть из которых успешно прошла испытания и внедряется в производство.

Радиоактивный плотномер жидкости ПЖР-1 предназначен для автоматического измерения плотности любых жидкостей в диапазоне плотности от 0,1 до 2 граммов на кубический сантиметр. (Промышленно-экономическая газета, 14 окт. 1956 г.)

Пищевая промышленность

Всесоюзный научно-исследовательский институт консервной промышленности закончил расчеты установки для лучевой обработки пищевых продуктов. Установка предназначается для стерилизации пищевых продуктов, дозой облучения до 3-Ю 6 рентгена в течение 20-30 минут, а также дезинсекции, пастеризации, дегельминтизации дозами от 10 4 рентген до 10 6 рентген.

Вопросы непосредственного использования энергии ядерных процессов в химии активно разрабатываются коллективом Московского научно- исследовательского физико-химического института имени Л. Я. Карпова.

В настоящее время на химических заводах с помощью марганцовокислого калия производится окисление парафинов, в результате которого получается жирная кислота-исходное сырье для изготовления различных моющих средств.

Проведенные в институте исследования показали, что окислять парафины можно без катализатора, с помощью радиоактивных излучений. Получаемая в результате этого жирная кислота обладает более высокими качествами. Энергия ядерных процессов позволяет производить в данном случае более полное окисление.

Одним из исходных продуктов для изготовления пластмасс служит фенол, получаемый при окислении бензола с помощью катализатора. Обычно чтобы приготовить 1 кг фенола, требуется окислить 2 кг бензола. Лабораторные исследования в институте выявили возможность получения с помощью радиоактивных излучений из одного килограмма бензола одного килограмма фенола. Советские ученые достигли выхода вещества на затраченную энергию, в три раза большего, чем зарубежные ученые.

В сельском хозяйстве широко применяется гексахлоран. Чтобы изготовить этот продукт, производится хлорирование бензола. В результате этого процесса получается четыре изомера, из которых лишь один (^-изомер) обладает необходимыми качествами. Обычно наличие гамма-изомера составляет 12-15%. Использование радиоактивных излучений дало возможность увеличить содержание ^-изомера до 25%.

Установлено, что энергия атома способна воздействовать и на скорость процесса полимеризации.

Перспективна работа над синтезом ряда новых веществ. Ученые установили, что бензол при облучении в смеси с аммиаком дает прямо и непосредственно анилин. Работники института вносят значительный вклад в развитие радиационной химии. Среди них профессоры В. Веселовский и М. Проскурнин, кандидаты химических наук В. Карпов и А. Зимин, старшие научные сотрудники А. Балелко, В. Орехов и др. (Промышленно-экономическая газета, 4 нояб. 1956 г.)

Агротехника

Сотрудники лаборатории микробиологии и физиологии Научно-исследовательского института сельского хозяйства Юго-Востока СССР кандидаты наук А. Е. Фомин и Н. К. Астахова установили, что подкормка пшеницы и кукурузы органическим фосфором ускоряет их созревание. Это открытие имеет большое значение для Юго-Востока страны, где растение при более ранних сроках цветения может уйти от вредного действия засухи. Новый агротехнический прием будет также способствовать продвижению южных сортов на север.

Ученые института сельского хозяйства Юго- Востока СССР расширяют круг исследований с помощью метода меченых атомов. (Советская Россия, 16 сент. 1956 г.)

Всесоюзный научно-исследовательский институт зерна совместно с институтом биофизики Академии наук СССР разработал предварительный проект мощной установки для облучения зерна.

Установка предназначается для уничтожения насекомых, находящихся в зерне, с целью увеличения срока его хранения.

Проведены расчеты по выбору наиболее выгодных конфигураций облучателя, так как конфигурация облучателя в значительной мере влияет на производительность установки. В качестве источника -(-излучения предполагается использовать продукты деления, являющиеся отходами производства.

Установка сможет перерабатывать не менее 20 т зерна в час при дозе около 30 000 р. Предполагается, что установка будет транспортабельной.