Радиоизотопы в медицине и сельском хозяйстве. Использование радиоактивных изотопов и ионизирующих излучений для диагностики и лечения болезней. Применение радиоактивных изотопов

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.

Действие радиоактивного излучения на человека

Радиоактивное излучение всех видов (альфа, бета, гамма, нейтроны), а также электромагнитная радиация (рентгеновское излучение) оказывают очень сильное биологическое воздействие на живые организмы, которое заключается в процессах возбуждения и ионизации атомов и молекул, входящих в состав живых клеток. Под действием ионизирующей радиации разрушаются сложные молекулы и клеточные структуры, что приводит к лучевому поражению организма . Поэтому при работе с любым источником радиации необходимо принимать все меры по радиационной защите людей, которые могут попасть в зону действия излучения.

Однако человек может подвергаться действию ионизирующей радиации и в бытовых условиях. Серьезную опасность для здоровья человека может представлять инертный, бесцветный, радиоактивный газ радон.он является продуктом распада радия и имеет период полураспада T = 3,82 сут. Радий в небольших количествах содержится в почве, в камнях, в различных строительных конструкциях. Несмотря на сравнительно небольшое время жизни, концентрация радона непрерывно восполняется за счет новых распадов ядер радия, поэтому радон может накапливаться в закрытых помещениях. Попадая в легкие, радон испускает -частицы и превращается в полоний который не является химически инертным веществом. Далее следует цепь радиоактивных превращений серии урана. По данным Американской комиссии радиационной безопасности и контроля, человек в среднем получает 55% ионизирующей радиации за счет радона и только 11% за счет медицинских обслуживаний. Вклад космических лучей составляет примерно 8%. Общая доза облучения, которую получает человек за жизнь, во много раз меньшепредельно допустимой дозы (ПДД), которая устанавливается для людей некоторых профессий, подвергающихся дополнительному облучению ионизирующей радиацией.

Применение радиоактивных изотопов

Одним из наиболее выдающихся исследований, проведенных с помощью «меченых атомов», явилось исследование обмена веществ в организмах. Было доказано, что за сравнительно небольшое время организм подвергается почти полному обновлению. Слагающие его атомы заменяются новыми. Лишь железо, как показали опыты по изотопному исследованию крови, является исключением из этого правила. Железо входит в состав гемоглобина красных кровяных шариков. При введении в пищу радиоактивных атомов железа было установлено, что свободный кислород, выделяемый при фотосинтезе, первоначально входил в состав воды, а не углекислого газа. Радиоактивные изотопы применяются в медицине как для постановки диагноза, так и для терапевтических целей. Радиоактивный натрий, вводимый в небольших количествах в кровь, используется для исследования кровообращения, йод интенсивно отлагается в щитовидной железе, особенно при базедовой болезни. Наблюдая с помощью счетчика за отложением радиоактивного йода, можно быстро поставить диагноз. Большие дозы радиоактивного йода вызывают частичное разрушение аномально развивающихся тканей, и поэтому радиоактивный йод используют для лечения базедовой болезни. Интенсивное гамма-излучение кобальта используется при лечении раковых заболеваний (кобальтовая пушка).

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 -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.

Применение радиоактивности .

1. Биологические действия. Радиоактивные излучения гибельно действуют на живые клетки. Механизм этого действия связан с ионизацией атомов и разложением молекул внутри клеток при прохождении быстрых заряженных частиц. Особенно чувствительны к воздействию излучений клетки, находящиеся в состоянии быстрого роста и размножения. Это обстоятельство используется для лечения раковых опухолей.

Для целей терапии употребляют радиоактивные препараты, испускающие g-излучение, так как последние без заметного ослабления проникают внутрь организма. При не слишком больших дозах облучения раковые клетки гибнут, тогда, как организму больного не причиняется существенного ущерба. Следует отметить, что радиотерапия рака, так же как и рентгенотерапия, отнюдь не является универсальным средством, всегда приводящим к излечению.

Чрезмерно большие дозы радиоактивных излучений вызывают тяжелые заболевания животных и человека (так называемая лучевая болезнь) в могут привести к смерти. В очень малых дозах радиоактивные излучения, главным образом a-излучение, оказывают, напротив, стимулирующее действие на организм. С этим связан целебный эффект радиоактивных минеральных вод, содержащих небольшие количества радия или радона.

2. Светящиеся составы, Люминесцирующие вещества светятся под действием радиоактивных излучений (ср. § 213). Прибавляя к люминесцирующему веществу (например, сернистому цинку) очень небольшое количество соли радия, приготовляют постоянно светящиеся краски. Эти краски, будучи нанесены на циферблаты и стрелки часов, прицельные приспособления и т. п., делают их видимыми в темноте.

3. Определение возраста Земли. Атомная масса обыкновенного свинца, добываемого из руд, не содержащих радиоактивных элементов, составляет 207,2, атомная масса свинца, образующегося в результате распада урана, равна 206. Атомная масса свинца, содержащегося в некоторых урановых минералах, оказывается очень близкой к 206. Отсюда следует, что эти минералы в момент образования (кристаллизации из расплава или раствора) не содержали свинца; весь наличный в таких минералах свинец накопился в результате распада урана. Используя закон радиоактивного распада, можно по отношению количеств свинца и урана в минерале определить его возраста.

Определенный таким методом возраст минералов различного происхождения, содержащих уран, измеряется сотнями миллионов лет. Возраст древнейших минералов превышает 1,5 миллиарда лет.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ядро радиоактивный изотоп анализ

Радиоактивные изотопы и их применение

Изотопы - разновидности одного и того же химического элемента, близкие по своим физико-химическим свойствам, но имеющие разную атомную массу.

Радиоактивность - превращение атомных ядер в другие ядра, сопровождающееся испусканием различных частиц и электромагнитного излучения.

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 радиоактивного распада). Сейчас известно около 270 стабильных изотопов. 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.

С помощью ядерных реакций можно получить радиоактивные изотопы всех химических элементов. Получают их на ускорителях электронных частиц и атомных реакторах. Их еще называют "меченые атомы".

Радиоизотопная диагностика -- применение радиоактивных изотопов и меченых соединений для исследования органов и систем человека с целью распознавания болезней. Основным методом радиоизотопной диагностики является метод радиоактивной индикации, т. е. способ наблюдения за введенными в организм радиоактивными веществами.

Радиоактивные изотопы ряда химических элементов являются источниками ионизирующих излучений, которые с помощью специальных радиометрических и записывающих устройств могут быть зарегистрированы после введения изотопа в организм человека с большой степенью точности. Современная радиологическая аппаратура позволяет улавливать и изучать крайне малые количества радиоактивных соединений (так наз. индикаторные количества), которые практически безвредны для организма обследуемого. Регистрируя распределение, перемещение, превращение и выведение из организма радиоактивных индикаторов, врач получает возможность судить об участии соответствующих элементов в биохимических и физиологических процессах в организме. Среди многочисленных методов радиоизотопной диагностики наибольшее распространение получили лабораторная радиометрия, клиническая радиометрия, клиническая радиография и сканирование. Радиоизотопное сканирование внутренних органов дает возможность определить расположение в организме исследуемого органа, установить его форму и размеры и выявить наличие в нем ряда патологических изменений. Основным преимуществом радиоизотопных методов исследования является их совершенная безболезненность и практическая безопасность для больного при высокой точности диагностических результатов.

Одним из наиболее выдающихся исследований явилось исследование обмена веществ в организмах. Было доказано, что за сравнительно небольшое время организм подвергается почти полному обновлению. Слагающие его атомы заменяются новыми. Лишь железо, как показали опыты по изотопному исследованию крови, является исключением из этого правила. Радиоактивные изотопы применяются в медицине как для постановки диагноза, так и для терапевтических целей. Радиоактивный натрий, вводимый в небольших количествах в кровь, используется для исследования кровообращения, йод интенсивно отлагается в щитовидной железе, особенно при базедовой болезни. Наблюдая с помощью счетчика за отложением радиоактивного йода, можно быстро поставить диагноз. Большие дозы радиоактивного йода вызывают частичное разрушение аномально развивающихся тканей, и поэтому радиоактивный йод используют для лечения базедовой болезни. Интенсивное гамма-излучение кобальта используется при лечении раковых заболеваний (кобальтовая пушка).

Радиоуглеромдный анамлиз -- физический метод датирования биологических останков, предметов и материалов биологического происхождения путём измерения содержания в материале радиоактивного изотопа 14C по отношению к стабильным изотопам углерода.. Интересным применением радиоактивности является метод датирования археологических и геологических находок по концентрации радиоактивных изотопов. 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?-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. Таким методом узнают возраст египетских мумий, остатков доисторических костров и т. д.

Радиоактивный метод анализа вещества дает возможность определить содержание в нем различных металлов от кальция до цинка, в чрезвычайно малых концентрациях - до 1-10г. (при этом требуется всего лишь 10-12г. вещества). Радиоактивные препараты широко используются в медицинской практике для лечения многих заболеваний, в том числе и злокачественных опухолей. Изотопы плутония-238, кюрия-224 применяются для производства батарей небольшой мощности для стабилизаторов ритма сердца. Для их непрерывной работы в течение 10 лет достаточно всего 150-200 мг плутония (обычные батареи служат до четырех лет).

Радиоизотопные источники энергии -- устройства различного конструктивного исполнения, использующие энергию, выделяющуюся при радиоактивном распаде, для нагрева теплоносителя или преобразующие её в электроэнергию. Радиоизотопный источник энергии принципиально отличается от атомного реактора тем, что в нём используется не управляемая цепная реакция, а энергия естественного распада радиоактивных изотопов. Радиоизотопные источники энергии применяются там, где необходимо обеспечить автономность работы оборудования, значительную надёжность, малый вес и габариты. В настоящее время основные области применения -- это космос (спутники, межпланетные станции и др.), глубоководные аппараты, удаленные территории (крайний север, открытое море, Антарктика). Вообще, попросту говоря, изучение «глубокого космоса» без радиоизотопных генераторов невозможно, так как при значительном удалении от Солнца уровень солнечной энергии, который можно использовать посредством фотоэлементов, мал. Например, на орбите Сатурна освещенность Солнцем в зените соответствует земным сумеркам. Кроме того, при значительном удалении от Земли для передачи радиосигналов с космического зонда требуется очень большая мощность. Таким образом, единственным возможным источником энергии для космических аппаратов в таких условиях, помимо атомного реактора, выступает именно радиоизотопный генератор. Существующие области применения:

· Межзвездные зонды: Электротеплопитание космических аппаратов.

· Медицина: электропитание электрокардиостимуляторов и др.

· Энергопитание маяков и бакенов.

Перспективные области применения:

· Роботы-андроиды: Электротеплопитание. Как основной источник энергии.

· Боевые лазеры космического базирования: Накачка лазеров и электротеплопитание.

· Боевые машины: Мощные двигатели с большим ресурсом (беспилотные разведывательные аппараты -- самолеты и мини-лодки, энергопитание боевых вертолетов и самолетов, а также танков и автономных пусковых установок).

· Глубоководные гидроакустические станции: длительное энергопитание невозвращаемых аппаратов.

Радиоактивные изотопы и соединения, меченные радиоактивными изотопами, широко применяются в самых разных областях человеческой деятельности. Промышленность и технологический контроль, сельское хозяйство и медицина, средства связи и научные исследования -- охватить весь спектр применения радиоактивных изотопов практически невозможно, хотя все они возникли чуть более, чем за 100 лет.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Основные понятия и терминология. Детекция и количественные измерения радионуклидов. Авторадиография. Сцинтилляционные счетчики. Иммиджеры. Основные радионуклиды в life science. Технические характеристики меченых соединений. Радионуклид 3Н (тритий).

реферат , добавлен 18.09.2007

Изотопы в медицине. Основные характеристики радионуклидов для использования в диагностических целях. Современная маммографическая система, с низкой дозой облучения и высокой разрешающей способностью. Изотопы в промышленности и сельском хозяйстве.

презентация , добавлен 08.06.2012

Физические основы ядерной реакции: энергия связи нуклонов и деление ядер. Высвобождение ядерной энергии. Особенности применениея энергии, выделяющейся при делении тяжёлых ядер, на атомных электростанциях, атомных ледоколах, авианосцах и подводных лодках.

презентация , добавлен 05.04.2015

Изотопы – разновидности одного и того же химического элемента, близкие по своим физико-химическим свойствам, но имеющие разную атомную массу. Строение атома, описание протонно-нейтронной модели ядра. Открытие и применение изотопов, их радиоактивность.

презентация , добавлен 27.12.2010

Взаимодействие между нуклонами. Особенности ядерных сил. Способы освобождения ядерной энергии: деление тяжёлых ядер и синтез лёгких ядер. Устройство, в котором поддерживается реакция их деления. Накопление радиоактивных элементов в организме человека.

презентация , добавлен 16.12.2014

История развития метода меченых атомов. Изотопные индикаторы, стабильные и радиоактивные изотопы. Изотопные индикаторы в медицине, биологии и сельском хозяйстве. Сцентиллярные счетчики излучения. Введение радиоактивной метки в биологические препараты.

реферат , добавлен 14.12.2013

Основные источники радиоактивных загрязнений: производственная дезактивация, вызванные взрывом ядерных боеприпасов, аварийные объекты. Виды дезактивационных работ на атомных электростанциях, порядок их проведения и оценка практической эффективности.

контрольная работа , добавлен 26.05.2015

Анализ естественных и искусственных радиоактивных веществ. Методы анализа, основанные на взаимодействии излучения с веществами. Радиоиндикаторные методы анализа. Метод анализа, основанный на упругом рассеянии заряженных частиц, на поглощении P-частиц.

реферат , добавлен 10.03.2011

Применение энергии термоядерного синтеза. Радиоактивный распад. Получение ядерной энергии. Расщепление атома. Деление ядер тяжелых элементов, получение новых нейронов. Преобразование кинетической энергии в тепло. Открытие новых элементарных частиц.

презентация , добавлен 08.04.2015

Заряд, масса, размер и состав атомного ядра. Энергия связи ядер, дефект массы. Ядерные силы и радиоактивность. Плотность ядерного вещества. Понятие ядерных реакций и их основные типы. Деление и синтез ядер. Квадрупольный электрический момент ядра.

Данные вещества на сегодня нашли большое применение в различных прикладных областях, в частности, . Они используются как для лечения, так и для диагностики заболеваний.

Например, в качестве терапии Базедовой болезни щитовидной железы используется радиоактивный йод-131. В данном случае рекомендуется вводить большие дозы этого элементы, так как они способствуют разрушению аномальных тканей, вследствие чего структура органа восстанавливается, а с ним и функция. Йод широко применяется и для диагностики состояния щитовидной железы. При введении его в организм на экране монитора оценивается скорость отложения в клетках, на основании чего ставится диагноз.

Для диагностики нарушений кровообращения большую роль играют изотопы натрия.

Наиболее часто в повседневной жизни для лечения опухолевых заболеваний применяются изотопы кобальта, в частности кобальт-60. Он нашел применение в радиохирургии при создании“кобальтовых пушек, в дезинфектологии для стерилизации медицинского инструментария, материалов.

В целом все методы исследования внутренних органов с помощью подобных элементов принято называть радиоизотопными. Изотопы могут применяться и для получения полезных микроорганизмов. А те являются основой синтезирования антибактериальных средств.

Использование в промышленности и сельском хозяйстве

Большое значение имеют радиоактивные изотопы и в других сферах деятельности человека. В машиностроительной отрасли с их помощью определяют степень износа различных деталей в двигателях.

По ним можно определять скорость диффузии металлов в доменных печах.

Важное направление – это дефектоскопия. При помощи подобных химических элементов можно исследовать структуру деталей, в том числе металлических.

При помощи радиоактивных изотопов создают новые сорта сельскохозяйственных растений. Кроме того, научно доказано, что гамма-облучение способствует повышению урожайности культур, повышает их устойчивость к неблагоприятным факторам. Широкое применение эти вещества нашли в селекции. При удобрении растений используют способ, при котором их помечают радиоактивным фосфором и оценивают эффективность удобрений. В силу всего можно сделать вывод о том, что радиоактивные изотопы применяются вот многих сферах деятельности. Они обладают свойствами, которых нет у тех же элементов с нормальной атомной массой.

Радиоактивность является естественным свойством многих веществ, атомы которых находятся в нестабильном состоянии. Хотя атом каждого химического элемента характеризуется строго определенным количеством входящих в него протонов и электронов, количество нейтронов в атомном ядре может варьировать, так что атомный вес (определяемый как сумма входящих в ядро протонов и нейтронов) может быть различным у атомов одного и того же элемента.

Смесь таких атомов , получившие название изотопов, в определенной пропорции присутствует в любом чистом веществе (особенно в металлах типа железа, марганца или кобальта). Радиоактивное излучение является результатом распада нестабильных атомных ядер на более стабильные элементы. Каждый химический элемент характеризуется вполне определенным уровнем естественной радиоактивности.

Существует множество естественных радиоактивных материалов , которые излучают в диапазоне, способном вызывать ионизацию в живых тканях. Исторически принято подразделять все радиоактивные излучения на а-, b- и у-излучения, в зависимости от их характеристик. Альфа-частицы по сути являются ядрами атомов гелия, испускаемыми при распаде нестабильных радионуклидов.

Следует помнить, что, хотя многие характеристики радиоактивных излучений описываются исходя из волновой концепции излучения, каждое излучение одновременно является также потоком частиц. С этой точки зрения легче понять природу а- и b-излучений. Так, а-излучение представляет собой поток тяжелых положительно заряженных атомов гелия, а b-излучение является потоком отрицательно заряженных электронов с исчезающе малой массой. Гамма-лучи в отличие от предыдущих типов излучения не несут никакого заряда.

Хотя все эти три типа излучения способны вызывать ионизацию в живых тканях, наибольшее распространение в радиационной терапии получило именно у-излучение. В медицине очень широко используется нестабильный изотоп кобальта с атомным весом 60, который теряет один из нейтронов с испусканием у-излучения и превращается в стабильный изотоп с атомным весом 59.

Характеристики излучения при этой реакции очень стабильны, а количество распадов остается неизменным, так что за 5,33 года половина массы этого радиоактивного элемента переходит в стабильную форму, что определяет период полураспада для 60 Со. Знание времени полураспада того или иного элемента очень важно для планирования теоретических и клинических задач.

Для различных элементов этот период колеблется от нескольких секунд до сотен и тысяч лет. Радий, который интенсивно использовался в медицинской практике до нахождения более подходящих элементов, имеет период полураспада в 1620 лет, т. е. такой источник излучения практически не требует замены при его использовании. Тем не менее в настоящее время в медицине все более широко применяются бета-частицы или электроны, так как характеристики этого излучения более подходят для медицинских целей.

В настоящее время происходит изучение и других атомных частиц , так как теоретически они могут оказывать интересные биологические эффекты. Речь идет о нейтронах, протонах и пи-мезонах.

Хотя с момента открытия радия супругами Кюри медики пользовались в основном радиоактивными источниками естественного происхождения, современная физика высоких энергий позволяет производить целый ряд искусственных источников и изотопов. Эти радионуклиды обычно получают путем бомбардировки в атомных реакторах природных материалов тяжелыми частицами.

Преимущество искусственных источников излучения состоит в том, что так можно получать материалы с наиболее приемлемыми для поставленных задач характеристиками у-излучения и периода полураспада.

Разработка новых диагностических методов, например радиоизотопного сканирования , и внедрение новых подходов в терапии требуют создания искусственных источников излучения с заданными свойствами. Применительно к терапии требуется создание новых типов закрытых и открытых источников. Использование закрытых источников состоит в том, что радиоактивный материал помещается в изолирующий контейнер (например, платиновые иглы с радиоактивным цезием или радием).

В этом случае возможно введение радиоактивного материала именно в те ткани, которые требуется облучить, а по прошествии заданного времени удалить его из организма.

Открытые радиоактивные источники , такие как I, вводятся в организм перорально или в виде инъекции. Они проникают в кровяное русло и аккумулируются в органе-мишени (в случае с йодом - в щитовидной железе, где радиоактивное излучение действует как на опухолевую ткань, так и на нормальные ткани железы). Понятно, что в последнем случае изотопы невозможно использовать повторно.

Открытые источники широко используются в диагностике (радиоактивный технеций - в диагностическом сканировании костей и мозга). В терапии наиболее известно применение радиоактивных изотопов йода (обычно 131 I) для лечения рака щитовидной железы. Изотоп принимается перорально, избирательно накапливается в щитовидной железе и обеспечивает «внутреннее» облучение высокой интенсивности, практически не затрагивая близлежащие органы и ткани. Менее известным примером является использование радиоактивного фосфора (32 Р) для облучения костного мозга при стойкой красной полицитемии или истинной полицитемии.

Терапия с использованием радионуклидов характеризуется избирательностью, эффективностью и относительно малой токсичностью, что допускает многократное использование, в том числе в качестве паллиативного лечения. Ограничения, накладываемые на эти виды терапии, связаны с необходимостью содержать пациентов в изолированных помещениях, и трудностями с хранением радиоактивных отходов. Кроме того, многие современные методы радиотерапии довольно дорогостоящи. Тем не менее в последнее время в клинической практике год от года растет количество показаний к применению открытых радиоактивных источников в лечении онкологических заболеваний.

В клинической практике выбор естественных или искусственных зависит от поставленной задачи. Например, при интерстициальной имплантации, когда содержащие радиоактивный материал иглы помещаются в непосредственной близости или вообще внутри опухолевой ткани, все более широко используется радиоактивный цезий вместо ранее применяемого радия.

Дело в том, что радий характеризуется очень высокой радиационной активностью (количество радиоактивных распадов в секунду), и при работе с ним требуется уделять большое внимание защите медицинского персонала, проводящего данное лечение. Радиационная активность цезия значительно ниже, поэтому затраты времени и средств на защиту от излучения при работе с ним будут также значительно ниже.

Радиоактивные изотопы также используются в источниках внешнего облучения (дистанционная лучевая терапия). Почти все крупные онкологические центры укомплектованы установками для дистанционной гамматерапии, так как множество опухолей залегает достаточно глубоко и не может быть подвергнуто облучению с использованием прямой имплантации (брахитерапии). В настоящее время в качестве внешнего источника излучения наиболее широко применяется 60Со, радиоактивный изотоп, который излучает высокоэнергетические у-лучи (с энергией порядка 1,2 МэВ), обладающие достаточной проникающей способностью, чтобы достигать глубоко залегающие опухоли.

Период полураспада кобальта-60 составляет 5,3 года, поэтому источник на его основе может работать без замены изотопа в течение 3-4 лет.

Традиционная кобальтовая пушка представляет собой цилиндрический источник 60 Со, получаемый в атомных реакторах, помещенный в защитную оболочку. С помощью простого механизма источник выдвигается в рабочее положение на требуемое для проведения лечения время, а затем вновь убирается внутрь защитного кожуха.