Tänapäeval kasutatakse radionukliidide uurimis- ja ravimeetodeid laialdaselt erinevates teadusliku ja praktilise meditsiini valdkondades – onkoloogias, kardioloogias, hepatoloogias, uroloogias ja nefroloogias, pulmonoloogias, endokrinoloogias, traumatoloogias, neuroloogias ja neurokirurgias, pediaatrias, allergoloogias, hematoloogias, kliinilises immunoloogias, jne.

Tuumameditsiinis kasutatavate radionukliidide klassifikatsioon

Tuumameditsiini radionukliidid ja nendel põhinevad vastavad radiofarmatseutilised preparaadid liigitatakse kasutusala seisukohalt eraldi rühmadesse: diagnostika Ja terapeutiline.

RFP-s diagnostika radionukliid on infokandja, mille kehast väljapoole tungiv kiirgus salvestatakse väliste detektoritega. Lisaks võib diagnostilistel eesmärkidel kasutatavad radionukliidid sõltuvalt kiirguse tüübist jagada kahte rühma:

1. Radioculides for SPECT (inglise keeles SPECT) - ühe fotoni emissiooniga kompuutertomograafia; SPECTi optimaalsete radionukliidide hulka kuuluvad γ-emitterid, mille γ-kvantide energia on vahemikus 100–200 keV ja poolestusaeg on mitu minutit kuni mitu päeva.
2. Radionukliidid PET (PET) - positronemissioontomograafia - β+ - emitterite jaoks, mille poolestusaeg on mõnest sekundist mitme tunnini.

Terapeutilistel eesmärkidel kasutatavates radiofarmatseutilistes preparaatides on radionukliid peamine ravipõhimõte, mis võimaldab lokaliseerida terapeutilise kiirgusdoosi otse sihtorganisse või mõnikord mõjutatud rakkudesse ja seega tagada ümbritsevate tervete rakkude minimaalne kiiritamine. elunditest ja kudedest. Sõltuvalt patoloogilise protsessi olemusest ja lokaliseerimisest kasutatakse kiiritusravi:

• β (-) emitterid β (-) osakeste energiaga vahemikus 200-2000 keV
• kõrge lineaarse energiaülekandega (LET ~100 keV/µm) ja lühikese osakeste teekonnaga (50-100 µm) α-emitterid;
• radionukliidid, mis lagunevad elektronide püüdmise (EC) või sisemise elektronide muundamise (IEC) teel.

Valdav enamus SPECT-tehnoloogiat kasutavaid diagnostilisi protseduure (~80%) on viimase 30 aasta jooksul tehtud 99m Tc preparaatidega, mida on nimetatud "nukleaarmeditsiini tööhobuseks". Laialdaselt on kasutusel I-123, Tl-201, In-111, mõnel juhul kasutatakse vajadusel diagnostilisi tehnikaid Cr-51, Ga-67, Kr-81m, I-131 jne. Positrone kiirgavate hulgas radionukliidid, C kasutatakse peamiselt -11, N-13, O-15 ja F-18 (kõige laialdasemalt kasutatav).

Intensiivselt areneb ka kiiritusravi avatud radionukliidide allikatega, mis on tõhus vahend nii patsientide iseseisvaks kui kombineeritud raviks. Need meetodid on eriti tõhusad pahaloomuliste lümfoomide, kilpnäärmevähi, hormoonsõltuvate kasvajate, luustiku ja lümfisüsteemi metastaatiliste kahjustuste, reumatoidartriidi jt kiiritusravis.

Radioaktiivsete isotoopide kasutamine indikaatoritena (märgistatud aatomid). Praegu kasutatakse bioloogias, biokeemias ja füsioloogias radioaktiivseid isotoope laialdaselt molekulaarsel tasemel uurimistööd võimaldavate ainetena. Need võimaldasid uurida submikroskoopiliselt väikeste kehade, aga ka üksikute molekulide, aatomite ja ioonide liikumist omasuguste seas kehas, häirimata selle normaalset talitlust. Välja on pakutud mitmeid uurimismeetodeid.

Raadioindikatsiooni meetod(märgistatud aatomi meetod) põhineb keemiliste ühendite kasutamisel, mille struktuuris sisalduvad märgisena radioaktiivsed elemendid. Bioloogiauuringutes kasutatakse tavaliselt keha moodustavate ja selle ainevahetuses osalevate elementide radioaktiivseid isotoope - 3 H, "C, 24 Na, 32 P, 35 S, 42 K, 45 Ca, 51 Cr, 59 Fe, 125 I, 131 I jne. Kehasse viidud radionukliidid käituvad bioloogilistes süsteemides samamoodi nagu nende stabiilsed isotoobid. See asjaolu võimaldab jälgida mitte ainult radioaktiivsete isotoopide, vaid ka erinevate märgistatud orgaaniliste ja anorgaaniliste ühendite saatust ning kontrollida nende muutumine vahetusprotsessi käigus.

Selle meetodi suureks eeliseks on kõrge tundlikkus, mis võimaldab uuringutes kasutada tühiseid koguseid (massiliselt) märgistatud ühendit, mis ei suuda mõjutada ega muuta normaalset eluprotsesside kulgu. Seega, kui tavapäraste analüütiliste meetoditega saab määrata 10 -6 g kaaluvaid isotoope, siis kaasaegsed radiomeetrilised mõõteriistad võimaldavad mõõta radioaktiivseid isotoope massiga 10 -18 -10 -20 g Radioaktiivse märgistusmeetodi kasutamine erinevate isotoopide uurimisel. biokeemilised ja füsioloogilised protsessid on võimaldanud neid kirjeldada valemite ja matemaatiliste võrrandite keeles, st liikuda protsesside kvalitatiivselt kirjeldamiselt nende täpse kvantitatiivse väljendamiseni.

Radionukliidide levikut ja sadestumist erinevates elundites saab kontrollida katseloomade välise radiomeetria (näiteks 131 I gammakiirguse registreerimine kilpnäärmes) või vastavalt valmistatud biomaterjalide (veri, elundikude, uriin, väljaheited, jne.). Nendel eesmärkidel kasutatakse laialdaselt autoradiograafia meetodit.

Autoradiograafia on meetod fotograafiliste kujutiste saamiseks uuritavas objektis asuvate radioaktiivsete elementide kiirguse toimel fotoemulsioonile. Esimest korda kasutas autoradiograafiat loomaorganismide uurimiseks vene teadlane E. S. London 1904. aastal r£J3a viimase kolme aastakümne jooksul, tänu spetsiaalsete tuumaemulsioonide väljatöötamisele ja kasutamisele on autoradiograafia tehnikat oluliselt täiustatud ja tänu sellele. suur edu on saavutatud nii ainevahetusprotsesside uurimisel kui ka radioaktiivsete ainete leviku ja lokaliseerimise uurimisel loomade ja taimede rakkudes ja kudedes.

Autoradiograafia jaguneb makroautoradiograafiaks ja mikroautoradiograafiaks. Makroautoradiograafia (kontakt, kontrast) annab pildi radioaktiivsete isotoopide jaotumisest bioloogilise objekti makrostruktuurides (radioisotoopide kontsentratsiooni kvantitatiivne hinnang), mille järgi saab otsustada radionukliidi vahetuse ja organotroopia olemuse üle. Mikroautoradiograafia (histoautoradiograafia) võimaldab uurida radioaktiivse aine rakusisest lokaliseerumist, samuti rakustruktuure ja neis toimuvaid keerulisi biokeemilisi protsesse (valkude, ensüümide süntees jne).

a) teatud koguse radioaktiivse isotoobi esialgseks manustamiseks katseloomale;

b) temalt teatud organite ja nendest valmistatud preparaatide (histosektsioonid, õhukesed lõiked, veri jne) võtmine autoradiograafia jaoks;

c) teatud aja jooksul tiheda kontakti loomine radioaktiivset elementi sisaldava valmistatud preparaadi ja fotograafilise emulsiooni vahel;

d) fotomaterjali arendamine ja fikseerimine, nagu seda tehakse tavafotograafias.

Makroradioautograafias kasutatakse fotomaterjalina ülitundlikke röntgen- ja fotofilme, historadiograafias kasutatakse spetsiaalseid vedelaid ja eemaldatavaid tuumaemulsioone (tüüp “P”, “K”, “MR” jne), mis katavad histoloogilisi preparaate. uuritakse.

Autoradiograafid on fotograafilises emulsioonis redutseeritud hõbeda mustade terakeste kobar, mis näitab radioaktiivse aine asukohta uuritavas materjalis.

Makroradioautograafe analüüsitakse visuaalselt ja radioaktiivsuse kvantitatiivsel hindamisel teostatakse radioautogrammide fotoemulsiooni mustumise optilise tiheduse densitomeetria, võrreldes teadaoleva radioaktiivsusega kiirgusallika fotoemulsiooni mustumise tihedusega.

Historadioautogramme uuritakse mikroskoobi all samaaegselt histoloogilise prooviga. Nende kvantifitseerimisel loendatakse vähendatud hõbeda terad või emulsioonis olevad alfa- või beetaosakeste jäljed suure mikroskoobi suurendusega, kasutades ruudustikuga okulaari mikromeetrit.

A.D. Belov (1959) töötas välja “topeltradioautograafi” tehnika, mis erinevalt olemasolevatest meetoditest võimaldab saada eraldi radioautogramme kahest radioaktiivsest isotoobist, mis asuvad samaaegselt samas uuritavas objektis. See meetod põhineb kiirgusenergia erinevuse ja isotoopide "eluea" arvestamisel. Seega on 32 P ja 45 Ca abil luudes fosfori-kaltsiumi metabolismi uurides võimalik saada nende isotoopide kohta eraldi radioautogramme, kui neid katseloomale samaaegselt manustada. Võttes arvesse suhteliselt suurt kiirgusenergiat ja 32 R lühikest poolestusaega, saadakse esmalt autoradiograaf 32 R. Selleks asetatakse uuritava objekti ja fotograafilise emulsiooni vahele filter, mis neelab pehmet beetakiirgust 45 Ca. 4b Ca autoradiograaf saadakse pärast 32 R lagunemist.

Kahekordse radioautograafi tehnika võimaldab mitte ainult katseloomi kaks korda säästlikumalt kasutada, vaid ka saada usaldusväärsemaid andmeid, kuna on võimalik võrrelda kahe märgistatud aine kogunemist ja jaotumist samal loomal ning vältida võrdlemisel tekkivaid raskusi. sellised näitajad, mis on saadud erinevatelt loomadelt. “Topeltautoradiograafia” tehnikaga uuriti erinevate loomaliikide (koerad, lambad, sead, vasikad) luukoes valkude-mineraalide metabolismi dünaamikat normaalselt, luumurdude paranemise ajal ning erinevate osteosünteesi ja osteogeneesi stimuleerimise meetoditega. võrreldes röntgeni morfoloogilise pildi ja histokeemilise aktiivsusega aluselised ja happelised fosfataasid luudes. Leiti, et valgu ja fosfori-kaltsiumi metabolism normaalsetes luudes ja luumurdude korral sõltub otseselt üksteisest ning aluselise ja happelise fosfataasi ensümaatilisest aktiivsusest. Valgu ja fosfori-kaltsiumi metabolismi intensiivsus toimub kõige suurema intensiivsusega luuorgani nendes piirkondades (periost, endosteum, luuüdi, Haversi kanalite seinad ja epifüüside käsnjas osa, samuti kalluse kuded), kus ensümaatiline fosfataaside aktiivsus, luukoe kasv, areng ja ümberstruktureerimine on rohkem väljendunud.riidest.

Organismi viidud gammakiirgust kiirgavate radioisotoopide 24 Na, 131 1, 42 K ja teiste abil saadi põhimõtteliselt uusi andmeid verevoolu kiiruse, veremassi, kilpnäärme ning loomade teiste organite ja süsteemide funktsionaalse seisundi mõõtmise kohta. mis saadakse välise intravitaalse radiomeetria abil. Need radioisotoopide uuringud on kliinilises praktikas kindlalt juurdunud.

A. D. Belov (1968) pakkus A. D. Belov (1968) välja erinevate elundite ja kudede ainevahetuse intravitaalseks uurimiseks, kasutades 3-kiirgavaid, nõrga läbitungimisvõimega isotoope, väikese suurusega SBI-9 tüüpi radiomeetriliste andurite esialgse implanteerimisega. , seda meetodit täiendati temperatuuri registreerivate andurite (mikrotermistrite) samaaegse implanteerimisega ainevahetuse ja temperatuurireaktsiooni sünkroonseks intravitaalseks uurimiseks kroonilise kogemuse tingimustes. Radiotermomeetrilise uurimismeetodi kasutamine võimaldas määrata vahetuskiirust ja temperatuuri reaktsioonid maksas, luudes, lihastes ja teistes organites, samuti nende korrelatiivsete muutuste tuvastamiseks normaaltingimustes ja luupatoloogias erinevatel loomaliikidel Erinevate füüsikaliste, keemiliste ja füsioloogiliste protsesside samaaegsel uurimisel saavad need nähtuste omavahelised seosed. Selguvad need protsesside korrelatiivsed vastasmõjud, mille vajadusest rääkis I. P. Pavlov kui “sünteetilise füsioloogia” ülesandest. Järelikult on radioaktiivsete märgistusainete meetod avanud tohutud väljavaated ainevahetuse intravitaalseks uurimiseks - omamoodi elutähtsaks biokeemiaks.

Kaasaegse biokeemia väga oluliseks saavutuseks, mis saadakse radioaktiivsete ainete abil, võib pidada ideed elusorganismis toimuvate ainevahetusprotsesside pidevast dünaamilisest seisundist, paljude ainete omavahelisest muunduvusest, pidevast lagunemisest ja resünteesist, elusrakkude keemiliste ühendite pidev uuenemine, mis toimub isegi metaboolsete protsesside tasakaaluseisundis. Valgud, nukleoproteiinid, kromoproteiinid, rasvad, süsivesikud, mineraalsed ühendid on pidevas lagunemise ja sünteesi seisundis. Vahetuse iseloom ja selle suund sõltuvad sageli sünteesi- või lagunemisprotsesside ülekaalust. Seega leiti pahaloomulisi kasvajaid uurides, et nende kasv ei ole tingitud sünteesi suurenemisest, vaid kasvaja valkainete lagunemise hilinemisest. Tänu radioisotoopide märgistusainetele oli võimalik määrata kudede ja elundite erinevate komponentide uuenemise kiirust. On tõestatud, et lihasvalgud asenduvad teistest aeglasemalt ning maksa, vereplasma, eriti soole limaskesta uuenemiskiirus on kõrge. Samuti saadi otseseid tõendeid valkude vahetuse kohta lihastes, plasmas, maksas ja teistes organites.

Koos teiste uurimismeetoditega mängisid radioisotoopide meetodid molekulaarbioloogia arengus tohutut rolli ja võimaldasid jõuda lähedale paljude oluliste bioloogiaprobleemide lahendamisele. Nende hulka kuuluvad eelkõige energia kogunemise ja kasutamise mehhanismid elusorganismides, valkude biosünteesi teed, bioloogiline fotosüntees, lihaskontraktsioon, närviline erutus, paljunemine ja

pärilikkus.

Paljude radioaktiivsete isotoopidega märgistatud keemiliste ühendite (märgistatud aminohapped, rasv- ja nukleiinhapped, glükoos, fosfatiidid, mineraalsoolad) abil õnnestus selgitada selliseid olulisi küsimusi nagu toiduainete mõju loomade produktiivsusele, vaheühendite küsimused. ühendite ainevahetus ja omavaheline muunduvus ning keemiliste ainete lagunemisteed ja süntees eluslooma organismis, määravad keemiliste ühendite struktuuri jne. Tõestatud on palmitiin- ja steariinhapete omavaheline konverteeruvus, ornitiini muundumine arginiiniks, fenüülalaniini muundumine türosiiniks , kreatiini teke metioniinist või koliinist sünteesitud metüülrühmade tõttu, glütsiini teke arginiinist (valkude ja amidiini lagunemise ajal), adrenaliini teke fenüülalaniinist, tsüstiini süsinikahel seriinist, maksa fosfolipiidide moodustumine verest plasma fosfaadid jne. Radioindikatsiooni meetod võimaldas selgitada mäletsejaliste vatsa ja teiste seedetrakti osade mikrofloora vahetus- ja sünteetilise rolli tunnuseid, mida ei olnud võimalik teiste meetoditega määrata. Suurt huvi pakub võimaluse kehtestamine mäletsejaliste vatsas ammoniaagist, keto- ja hüdroksühapetest aminohapete sünteesimiseks ning organismi varustamine selliste ühenditega, eelkõige piimanäärmega seoses piima moodustumisega. Koos sellega oli võimalik uurida veel ühte huvitavat metaboolsete protsesside valdkonda loomakehas – seedekulgla ja seedenäärmete rolli ainete ringluses süsteemides: veri – seedekulgla seinad. ; seedenäärmed - seedekanali sisu. Imendumise ehk nn seeduvuse määramisel leiti võimalusi endogeensete tegurite poolt tekitatud vigade kõrvaldamiseks - seedenäärmete ja sapi poolt eritatavate ainete pidev segunemine soolesisu hulka.

Organismis toimuva ainevahetuse uurimine radioisotoopide näidustuse meetodil kinnitas paljude vahepealsete ainevahetusprotsesside pöörduvuse positsiooni, vaheainevahetuse radade võimalikku varieeruvust organismi erinevates bioloogilistes tingimustes ja keskkonnatingimuste muutumisel. Sisekeskkonna ja ainevahetusprotsesside labiilsus on aluseks organismi kohanemisel muutuva väliskeskkonnaga. Radioisotoopide märgistusained võimaldavad tuvastada adaptiivseid muutusi ainevahetuses loomaorganismis ja avavad selles osas uusi väljavaateid.

Radioaktiivsed isotoobid võimaldasid uurida makro- ja mikroelementide ainevahetust ilma liigseid aineid dieeti toomata, häirimata uuritavate ainete loomulikku sisaldust organismis. Selle tulemusel oli võimalik usaldusväärselt kindlaks teha mineraalide akumuleerumise kiirus erinevates elundites ja kudedes ning nende kehast eemaldamine, samuti uurida keemilisi ühendeid, milles element selle ülekandmise või lokaliseerimise käigus fikseeritakse. . Teiseks oluliseks radioaktiivsete isotoopide kasutamise tulemuseks mineraalide ainevahetuse uurimisel on elundite mineraalse koostise ja mõnede luukoeühendite uuenemiskiiruse väljaselgitamine. Praeguseks on saadud palju andmeid selliste elementide nagu kaltsium, fosfor, koobalt, vask, tsink, mangaan, berüllium, baarium, strontsium, jood jne radioaktiivsete isotoopide vahetuse ja kudedes akumuleerumise kohta. Nende uuringute üldtulemused kinnitab, et mineraalsete ainete, näiteks mikroelementide tungimist üksikutesse kudedesse ei kontrolli mitte lihtsalt difusiooniseadused, vaid eelkõige raku metabolism, mis on seotud spetsiifiliste keemiliste protsessidega rakus, sõltuvalt ensüümide toimest.

Radioisotoopide näidustuse meetod mineraalainete metabolismi uurimisel võimaldas tungida mineraalainete, sealhulgas mikroelementide (131 I, 60 Co, 64 Cu jne) osalusel toimuvatesse vaheainevahetuse protsessidesse.

Alates elektroforeetilise meetodi kasutuselevõtust bioloogias ja meditsiinis inimese ja looma seerumi valkude eraldamiseks on kogunenud palju andmeid, mis viitavad mittespetsiifilisele reaktsioonile valgu valemi nihketes erinevates keha tingimustes. Siiski tõlgendavad erinevad autorid teatud kvantitatiivseid muutusi seerumivalkudes erinevalt. Selle põhjuseks on asjaolu, et üks valkude elektroforeetilise eraldamise meetod võimaldab meil tuvastada valgu valemis ainult kvantitatiivseid nihkeid, kuid see ei suuda paljastada valkude metabolismi dünaamika intiimseid aspekte, erinevate valkude rolli ja tähtsust. fraktsioonid, nende sünteesi intensiivsus ja lagunemine konkreetse haiguse korral. Radioaktiivsete isotoopide abil sai võimalikuks nende protsesside jälgimine. Sel eesmärgil pakkus A.D. Belov (1972) välja meetodi elektroforeesile allutatud vereseerumi valkude kvantitatiivseks autoradiograafiaks (autoradioelektroforeesi meetod), samuti radioautogrammide matemaatilise töötlemise põhimõtte, et määrata valkude biosünteesi ja lagunemise kiirust ning nende funktsionaalsust. võime. Valgusünteesi määramiseks kasutatakse märgistatud aminohappeid (35 S-metioniin, 14 C-glütsiin jne) ja funktsionaalset võimekust - 32 P, 45 Ca jne See meetod võimaldas autoril saada mitte ainult visuaalset dokumenti ( radioautogramm), mis iseloomustab märgistatud ainete ühes või teises valgufraktsioonis sisaldumise intensiivsust, aga ka iga valgufraktsiooni biosünteesi, lagunemise ja funktsionaalse võime kvantifitseerimiseks, kasutades suhtelise spetsiifilise aktiivsuse indikaatoreid, dešifreerida kvantitatiivsete nihete mehhanismi intiimseid aspekte. vereseerumi valguvalemis normaalsetes tingimustes ja luupatoloogiaga loomadel.

Kasutades hemoglobiini molekulis sisalduvat 51 Cr ja metioniini koostises olevat 75 Se, määrati erütrotsüütide eluiga erinevate põllumajandusloomade perifeerses veres.

Radioaktiivset isotoopi 32 P kasutati spermatosoidide küpsemise kiiruse, nende liikumise aja läbi isaste suguelundite ja aja muutuste tuvastamiseks erinevate seksuaalsete koormuste korral.

Viimasel kümnendil on kiire arengu teinud in vitro radioisotoopide uurimismeetodid, mille puhul radioaktiivseid aineid organismi ei viida. See asjaolu on oluliselt avardanud radioindikatsioonimeetodi kasutamise võimalust laboris ja kliinilises praktikas. In vitro meetodeid kasutatakse laialdaselt endokrinoloogias ja immunoloogias. Nende kasutamiseks teiste süsteemide uurimisel on käimas paljutõotavad arengud. Inimeste ja loomade hormonaalse seisundi uurimisel kasutatakse radioimmuunset (radiokonkureerivat) meetodit, mis põhineb uuritavas vereseerumi proovis leiduva märgistamata hormooni võimel konkureerida märgistatud hormooniga antikehade pärast ja seeläbi blokeerida märgistatud hormooni seondumist. . Lõppkokkuvõttes määratakse kogu märgistatud antigeeni seondumise protsent antikehadega, mis on pöördvõrdeline märgistamata antigeeni kogusega, st hormooni kogusega uuritavas proovis. Meetodit iseloomustab kõrge spetsiifilisus ja tundlikkus. Praegu määratakse sel viisil insuliin, kasvuhormoon, ACTH, peptiid ja paljud teised hormoonid. Viimastel aastatel on in vitro diagnostikas laialdaselt kasutatud spetsiaalselt hormoonide määramiseks koostatud standardkomplektide (vaalade) teste.

E. A. Nežikova (1979) oli esimene, kes kasutas radioimmunoloogilist meetodit hüpofüüsi gonadotroopsete hormoonide – luteiniseeriva hormooni (LH) ja folliikuleid stimuleeriva hormooni (FSH) dünaamika jälgimiseks lehmade vereseerumis tiinuskuu ja aastaaegade lõikes. . Selgunud on nende hormoonide mõju mitte ainult loomade füsioloogilisele seisundile, vaid ka tootlikkusele. Seega, kui keskmise produktiivsusega lehmadel küünib sügisel LH ​​kogus esimesel tiinuskuul 32,1 ng/ml, siis kõrge produktiivsusega lehmadel 24,77 ng/ml. Sama mustrit võib täheldada ka teistel rasedusperioodidel. Samal ajal on LH taseme selge sõltuvus raseduskuust ja aastaajast. Nii on kevadel kolmandal tiinuskuul lehmadel LH ​​tase 4,33 ng/ml, suvel - 30,9 ng/ml, sügisel - 34,8 ng/ml ja talvel - 63,2 ng/ml.

Tõsist tähelepanu väärib radioisotoopide meetod loomade kilpnäärme funktsionaalse seisundi uurimiseks kliinilisel läbivaatusel, samuti kaaliumjodiidi toidulisandite annuse määramiseks joodipuuduse piirkondades, ainevahetushäirete ennetamiseks ja tootlikkuse tõstmiseks. Joodipuuduse korral täheldatakse lehmadel anovulatoorset tsüklit, sigadel - surnud, karvutute või väheelujõuliste põrsaste sündi, kanadel - munatoodangu järsku langust. Loomakasvatuse ja veterinaarmeditsiini praktika jaoks pakuvad suurimat huvi radioisotoopide uuringute in vitro meetodid, mis põhinevad 125 I või 131 I-ga märgistatud trijodotüroniini sisalduse määramisel erütrotsüütides või radiojoodiga märgistatud türoksiini valguga seondumise määral. vereseerumi fraktsioonid. Need meetodid võimaldavad kaudselt määrata kilpnäärme poolt eritatava hormooni kogust ja seeläbi hinnata selle funktsionaalset aktiivsust.

V.P.Ostaptšuk, A.D.Belov ja N.A.Kovalev (1979) töötasid marutaudi diagnoosimiseks välja radioimmuunse meetodi, mis põhineb radionukliididega märgistatud spetsiifiliste antikehade sidumisel marutaudi antigeeniga haigete loomade ajuäigetel ja tekkiva kompleksi radioaktiivsuse mõõtmisel. Selle meetodi eeliseks võrreldes traditsiooniliste patomorfoloogilistega on selle kõrge spetsiifilisus, tundlikkus, teostamise kiirus ja võime uurida aegunud, juba lagunenud patoloogilist materjali, samuti uurimistulemuste kvantitatiivne väljendus.

Kõik ülaltoodud radioimmunoloogilised ja radioisotoopide uurimismeetodid on saadaval laialdaseks laboripraktikaks piirkondlikes radioloogiaosakondades ja vabariiklikes radioloogiaveterinaarlaborites.

Neutronite aktiveerimise analüüs on paljulubav ülitundlik meetod stabiilsete isotoopide ultramikrokoguste määramiseks erinevates bioloogilistes materjalides (veri, lümf, erinevate organite kuded jne). See seisneb selles, et uuritav materjal puutub tuumareaktori tingimustes kokku neutronvooga. Selle tulemusena moodustuvad radioaktiivsed produktid (aktivatsiooniproduktid), millele seejärel tehakse radiokeemiline analüüs ja radiomeetria.

Radioaktiivsete märgistusainete meetodil saab lahendada mitmesuguseid küsimusi bioloogias, füsioloogias, dünaamilises biokeemias ja mikroorganismide ökoloogias. Märgistatud ühendite inkorporeerimine mikroobirakku toimub nende aktiivse osalemise tulemusena ainevahetuses mikroobide kultiveerimisel radionukliide sisaldavas toitekeskkonnas. Mikroobid saab märgistada isegi topeltmärgisega, näiteks 32 P ja 35 S. Nad neelavad radionukliide ja paljunedes annavad need edasi oma järglastele. Märgistatud patogeenset kultuuri manustatakse loomadele, keda teatud ajavahemike järel surmatakse, ning mikroobide organismis levimise kiirus ja teed määratakse radiomeetriliselt tema elundite spetsiifilise aktiivsusega. Nii on võimalik jälgida patogeensete mikroobide ja vaktsiinide saatust katseloomade organismis.

Viirusi saab märgistada ka radioaktiivsete isotoopide 32 P, 35 5-metioniini, 35 5-tsüstiini, 14 C-glütsiini lahuste viimisega koekultuuridesse ja muudesse toitekeskkondadesse. viirus selle paljunemise ajal. Tuleb märkida, et 32 ​​P sisaldub viiruse RNA-s ja fosfolipiidides ning märgistatud aminohapped sisalduvad selle valgukestas.

Radioaktiivsete märgistusainete meetod on leidnud rakendust entomoloogias rändeteede ja -kiiruse, kärbeste, sääskede, puukide ja muude patogeenseid mikroorganisme kandvate putukate reserveerimiskohtade ning nende vastu võitlemiseks võetud meetmete tõhususe, aga ka jälgimise uurimisel. insektitsiidide üleminek putukatele. Organismid märgistatakse radioisotoobi toidu sisseviimisega või sobivates radioisotoope sisaldavas söötmes kasvatamise teel. Radioaktiivse märgistusaine valik sõltub uurimisülesandest.

Radioaktiivsete isotoopide kasutamine loomade diagnoosimiseks ja raviks. Praegu kasutatakse radioaktiivseid isotoope meditsiinis laialdaselt südame-veresoonkonna haiguste, pahaloomuliste kasvajate, verehaiguste (müeloidleukeemia, lümfotsütaarne leukeemia, polütsütoomia jt), perifeerse närvisüsteemi (neuriit, radikuliit), naha (ekseem, dermatiit, keeb), kilpnäärmehaiguste korral. näärmed (türotoksikoos), samuti siirdamise immuunsuse pärssimiseks elundisiirdamise ajal jne.

Kardiovaskulaarsüsteemi haiguste korral muutub verevoolu kiirus dramaatiliselt. Selle määramiseks kasutatakse 24 Na, 131 I, 42 K, 32 R. Tervetel inimestel on rahuolekus verevoolu kiirus väikesel ringil 5-6 s, suurel ringil 12-16 s. Radioisotoopide ja kiirguse terapeutiline kasutamine kasvajate puhul põhineb nende bioloogilisel toimel. Kõige enam mõjutab kiiritusravi noori, jõuliselt paljunevaid rakke. See asjaolu võimaldas välja töötada kiiritusravi pahaloomuliste ja healoomuliste kasvajate ning vereloomeorganite haigustega patsientidele. Sõltuvalt kasvaja asukohast viiakse väline gammakiirgus läbi gammaterapeutiliste ühikute abil. Kandke nahale kontakttegevuseks rakendusi; radioaktiivsete ravimite kolloidlahused süstitakse kasvaja paksusesse otse või radioisotoopidega täidetud õõnsate nõelte kujul; lühiealised radionukliidid süstitakse intravenoosselt, akumuleerudes selektiivselt kasvajakudedesse ja kriitilistesse organitesse.

A.D. Belov (1968) lõi silmaaplikaatori ja töötas välja meetodi selle kasutamiseks loomade silmahaiguste korral. Kasutades 32 P ja 89 Sr-ga laetud aplikaatorit, saadi positiivsed tulemused haavandilise ja infektsioosse konjunktivokeratiidi ning vasikate ja koerte sarvkesta vaskularisatsiooni kohta. Ühekordne annus oli 50-100 R, täieliku ravikuuri puhul - 200-2000 R. Autor kasutas edukalt väikseid fosfor-32 annuseid (0,01 μCi/kg looma massi kohta), et kiirendada luukoe taastumist ja normaliseerida mineraali. luumurdudega loomade ainevahetust, süstides luumurru piirkonda radioaktiivset lahust.

Röntgen- ja gammakiirguse stimuleerivat toimet saab kasutada kanade majanduslikult kasulike omaduste (munatoodang, kanade elujõulisus ja kasv) tõstmiseks.

Radioindikatsiooni meetod pakub hindamatut teenust ravimite farmakodünaamika, nende läbitungimise ja organismist väljutamise kiiruse ja marsruutide uurimisel tavatingimustes ja mitmesugustes patoloogilistes tingimustes. Väärtuslikke andmeid on saadud tugevatoimeliste, aga ka varem kahjutuks peetud ravimite testimisel.

Steriliseerimine ioniseeriva kiirgusega. Neid kasutatakse bioloogiliste preparaatide (vaktsiinid, seerumid, vitamiinid, toitekeskkonnad jne), kirurgiliste õmbluste ja sidemete külmsteriliseerimiseks, mis ei talu temperatuuritöötlust.

Toiduainete säilitamiseks kasutatakse toiduainetööstuses mittetermilisi töötlemismeetodeid. Häid tulemusi saadakse gammakiirgusega annusega 1,8 miljonit rubla.

Steriliseerimisel on suur tähtsus sõnniku desinfitseerimisel suurtes loomakasvatuskompleksides, naha- ja karusnaha tooraine, villa, harjaste, sulgede ja udusulgede töötlemise ettevõtetes. Kiirgussteriliseerimist kasutatakse võitluses kahjulike putukate vastu (lestad, kärbsed jne).

Eeltoodu ei ammenda muidugi kaugeltki radioaktiivsete isotoopide ja ioniseeriva kiirguse kasutusalade mitmekesisust bioloogias, veterinaarmeditsiinis ja loomakasvatuses. Ülaltoodud näidetest nähtub aga, et radioaktiivsed isotoobid ja ioniseeriv kiirgus, olles looduse uurimisel põhimõtteliselt uudsed, avavad suuri võimalusi eluprotsesside uurimisel, haiguste patogeneesis, põllumajandusloomade diagnoosimisel ja ravimisel, samuti muude oluliste majandusprobleemide lahendamisel.

Ushakova A.A. 1

Grishina V.S. 1

1 Zaretšnõi linnaosa riiklik riiklik õppeasutus “Keskkool nr 4”

Töö tekst postitatakse ilma piltide ja valemiteta.
Töö täisversioon on PDF-vormingus saadaval vahekaardil "Tööfailid".

SISSEJUHATUS

Uurimistöö asjakohasus. Usun, et minu uurimistöö on tänapäeval aktuaalne. 19. sajandi lõpus ilmunud tuumafüüsika, mille kiire areng tõi kaasa aatomi- ja vesinikrelvade loomise, sundis juba 20. sajandi keskel avalikkust valjuhäälselt rääkima ohust, mis ähvardab juba 20. sajandi keskpaiku. inimkond. Kuid tuuma lõhustumise ja radioaktiivsuse energiat saab kasutada ka loomisel. Näiteks kasutatakse radioisotoope erinevates tööstusharudes, teadusuuringutes ja meditsiinis.

Tööstuslikud kasutusalad hõlmavad defektide tuvastamise ja kontrollimise protsesse metallurgia- (valukojad), paberi-, keemia- ja tee-ehitustööstuses.

Kaasaegses meditsiinis on välja kujunenud uus suund - nukleaarmeditsiin, mis kasutab radioaktiivseid aineid ja aatomituuma omadusi diagnoosimiseks ja teraapiaks erinevates teadusliku ja praktilise meditsiini valdkondades. Tuumameditsiin on rikastatud uute meetoditega eluprotsesside uurimiseks, haiguste diagnoosimiseks ja raviks. Rohkem kui 50% maailma radionukliidide aastatoodangust kulutatakse selle vajadustele. Radionukliide kasutatakse tuumameditsiinis peamiselt radiofarmatseutiliste ainete (RP-de) kujul.

Inimesed peavad mõistma, et radioaktiivne kiirgus ei ole midagi uskumatult ohtlikku ja arusaamatut, vaid vastupidi, mida rohkem radioaktiivseid nähtusi uuritakse, seda teadlikumalt saab nendega ümber käia, kasutades nende omadusi inimeste hüvanguks.

Uurimisprobleem. Gümnaasiumiõpilastel on ebapiisavad teadmised radioisotoopidest ja nende kasutamisest erinevates inimtegevuse valdkondades.

Õppeaine. Radioaktiivsed isotoobid ja nende kasutusalad.

Uuringu eesmärk. Uurige, mis on radioaktiivsed isotoobid, millised omadused neil on ja kuidas neid saab inimeste heaks kasutada.

Selle eesmärgiga seoses tuli lahendada järgmine: ülesanded:

Laiendage teadmisi aatomituuma ehituse, radioaktiivsuse nähtuse, radioaktiivsete isotoopide kohta.

Uurige erialakirjandusest ja Interneti-allikatest isotoopide tootmise hetkeseisu, edusamme ja probleeme.

Leidke teavet JSC "Reaktormaterjalide Instituut" GO Zarechny tegevuse kohta radioisotoopide tootmiseks ja nende kasutamiseks erinevates inimelu valdkondades.

Korraldage kohtumine OA “IRM” töötajaga sellel teemal metoodiliseks konsultatsiooniks.

Valmistada ette ja läbi viia MKOU “4. keskkooli” 8.-11. klassi õpilastele klassitund “Radioaktiivsed isotoobid inimese teenistuses”.

Viia läbi uuring MKOU “4. keskkooli” 8.-11. klassi õpilaste seas, et selgitada välja andmed selle kohta, millised teadmised on nooremal põlvkonnal teemadel “Radioaktiivsus. Radioaktiivsed isotoobid“, „Radionukliidtooted“.

Näidake radioisotoopide kasutamise vajadust erinevates inimtegevuse valdkondades.

Uuringu praktiline tähtsus. Seda uurimisprojekti saab kasutada keemia- ja füüsikatundides teemal „Radioaktiivsus. Isotoobid. Radioaktiivsed isotoobid".

Töö struktuur ja ulatus. Uurimisprojekt koosneb sissejuhatusest, 7 peatükist, järeldusest, kasutatud allikate loetelust, lisadest nr 1,2,3,4,5. Projekti tekst sisaldab 3 joonist.

UURIMISE OSA

1. Isotoopide mõiste.

Isotoobid (vanakreeka Ισος - "võrdne", "identne" ja τόπος - "koht") on keemilise elemendi aatomite (ja tuumade) sordid, millel on sama aatom (järg)arv, kuid erinevad massiarvud (vt. joon. 1.1.). Nimetus tuleneb asjaolust, et ühe aatomi kõik isotoobid on paigutatud D.I.-tabeli samasse kohta (ühte lahtrisse). Mendelejev.

Kõigil sama elemendi isotoopidel on sama tuumalaeng, mis erinevad ainult neutronite arvu poolest. Tavaliselt tähistatakse isotoopi selle keemilise elemendi sümboliga, millesse see kuulub, millele on lisatud massinumbrit näitav ülaindeks (näiteks 12 C, 222 Rn). Samuti võite kirjutada elemendi nime, millele järgneb sidekriipsuga massinumber (näiteks süsinik-12, radoon-222). Mõned isotoobid kannavad traditsioonilisi pärisnimesid (näiteks deuteerium, aktinoon) 2017. aasta märtsi seisuga on teada 3437 kõigi elementide isotoopi.

Avastatud isotoopide arvu poolest on esikohal USA (1237), järgnevad Saksamaa (558), Suurbritannia (299), NSV Liit/Venemaa (247) ja Prantsusmaa (217). 10 aasta jooksul (2006–2015 kaasa arvatud) avastasid füüsikud aastas keskmiselt 27 isotoopi. Teadlaste koguarv, kes olid mis tahes isotoobi avastamise autorid või kaasautorid, on 3598 inimest.

2. "Radionukliidide" mõiste.

Nukliidid, mille tuumad on ebastabiilsed ja läbivad radioaktiivset lagunemist. Enamik teadaolevaid nukliide on radioaktiivsed (ainult umbes 300 enam kui 3000 teadusele teadaolevast nukliidist on stabiilsed). Kõik nukliidid, mille laengu arv on 43 või 61 või suurem kui 82, on radioaktiivsed; vastavaid elemente nimetatakse radioaktiivseteks elementideks. Radionukliide on ka teiste laengunumbritega (1 kuni 42, 44 kuni 60 ja 62 kuni 82). Radionukliidid erinevad üksteisest kiirgusenergia ja poolestusaja poolest.

Looduses leiduvaid radioaktiivseid isotoope nimetatakse looduslikeks isotoopideks, näiteks 40 K. 1934. aastal avastasid prantsuse teadlased Irène ja Frédéric Joliot-Curie, et radioaktiivseid isotoope saab kunstlikult luua tuumareaktsioonide abil. Selliseid isotoope nimetati kunstlikeks.

Kunstlike radioaktiivsete isotoopide tootmiseks kasutatakse tavaliselt tuumareaktoreid ja osakeste kiirendeid. Seejärel saadi kõigi keemiliste elementide kunstlikud isotoobid. Kokku on praegu teada ligikaudu 3000 radioaktiivset isotoopi, millest 300 on looduslikud.

3. Radioaktiivsete isotoopidega kauplemine.

Vähemalt pooled isotoobid on meditsiinilise otstarbega (ülejäänud on tööstuse ja teadusuuringute jaoks).

Kunstlike radioaktiivsete isotoopide (ARI) eksport ja import maailmas on viimase kolme aasta jooksul olnud veidi üle 1 miljardi dollari aastas. Eksportijate nimekirja juhivad Kanada, USA, Holland, Belgia ja Saksamaa. Maaletoojate nimekirja juhivad USA, Jaapan, Saksamaa, Inglismaa ja Hiina.

Venemaa moodustab täna 6% maailma ekspordist ja 1% impordist. Iraani rahvusvahelise kaubanduse dünaamika Venemaa poolt on näidatud joonisel (lisa nr 1). Ekspordi kasv üle 15 aasta on selgelt näha - enam kui kolmekordne! Import on viimastel aastatel olnud stabiilne.

Venemaa ekspordi peamiseks suunaks Iraani on lääs, kus Suurbritannia juhib suure vahega: umbes 50%. Teisel kohal on USA, kolmandal Saksamaa ja neljandal Hiina.

Venemaa ostab välismaalt peamiselt radiofarmatseutilisi aineid ja meditsiiniseadmete kiirgusallikaid; Peamised tarnijad on Saksamaa ja USA.

4. Radioaktiivsete isotoopide kasutamine.

Praegu kasutatakse radioaktiivseid isotoope laialdaselt erinevates teadusliku ja praktilise tegevuse valdkondades: tehnoloogia, meditsiin, põllumajandus, side, sõjavägi ja mõned teised. Sel juhul kasutatakse sageli nn märgistatud aatomi meetodit.

4.1. Radioisotoopide kasutamine meditsiinis.

Isotoope, peamiselt radioaktiivseid, kasutatakse tänapäevases meditsiinipraktikas laialdaselt.

Isotoopdiagnostikas maailmas ja Venemaal muutub positronemissioontomograafia (PET) järjest olulisemaks.

Riis. 4.1.1 Positronemissioontomograafia seadmed

Seetõttu on kasvav vajadus mitte ainult traditsiooniliste radioisotoopide, nagu 11 C, 13 N, 15 O, 18 F, vaid ka generaatori isotoopide 68 Ga ja 82 Rb, aga ka uusima diagnostikatehnoloogia jaoks paljulubavate isotoopide järele. kombineerides positronemissiooni ja kompuutertomograafiat.38 K, 45 Ti, 62 Cu, 64 Cu, 75 Br, 76 Br, 94m Tc ja 124 I.

Arendatakse ka radioaktiivsetel isotoopidel põhinevaid ravimeetodeid, näiteks kiiritusravi avatud radionukliidide allikatega, mis on eriti tõhus võitluses pahaloomuliste lümfoomide, kilpnäärmevähi jne vastu.

131 Olin ja olen jätkuvalt kõige laialdasemalt kasutatav terapeutiline isotoop (Euroopas aastas - üle 90 000 GBq (üks bekerell on määratletud kui allika aktiivsus, milles toimub keskmiselt üks radioaktiivne lagunemine sekundis), Venemaal - umbes 2000 GBq). Jooditeraapial pole kilpnäärmevähi raskete vormide jaoks alternatiivi.

Radioimmunoteraapiat viidi selle kujunemise ja arendamise algstaadiumis läbi ka 131 I ravimitega, kuid viimasel kümnendil on huvi 90 Y vastu järsult kasvanud.

Üks 103 Pd või 125 I mikroallikate (brahhüteraapia) kasutusvaldkondi on viimase 10-15 aasta jooksul olnud eesnäärmevähi ja mõnede teiste onkopatoloogiate ravi. Praegu on 131 Cs brahhüteraapia paljutõotav isotoop.

Diagnostilistel ja ravieesmärkidel kasutatavates radiofarmatseutilistes preparaatides on toimunud nihe lühiajaliste radioisotoopide poole. Koos standardsete meditsiiniliste isotoopide 198 Au, 131 I, 125 I, 203 Hg, 197 Hg jne kasutamisega kasutatakse üha enam ka nende lühema poolestusajaga asendajaid. Ravimid, mis põhinevad lühiajalistel 99m Tc, 123 I, 13 N, 15 O, 11 C, 18 F, 77 Br, 68 Ga, 81m Kr jne, on teadustegevuses ja kliinilises praktikas üha enam tunnustatud.

4.2. Radioisotoopide kasutamine tööstuses.

Mitte vähem ulatuslikud on radioaktiivsete isotoopide rakendused tööstuses ja tööstusuuringutes. Üks näide sellest on järgmine meetod kolvirõnga kulumise jälgimiseks sisepõlemismootorites. Kolvirõngast neutronitega kiiritades põhjustavad need selles tuumareaktsioonid ja muudavad selle radioaktiivseks. Kui mootor töötab, satuvad rõngamaterjali osakesed määrdeõlisse. Uurides õli radioaktiivsuse taset pärast teatud mootori tööaega, määratakse rõnga kulumine. Radioaktiivsed isotoobid võimaldavad hinnata metallide difusiooni, protsesse kõrgahjudes jne.

Radioaktiivsete ravimite võimsat gammakiirgust kasutatakse metallivalandite sisestruktuuri uurimiseks, et avastada nendes vigu.

4.3. Radioisotoopide kasutamine põllumajanduses.

Radioaktiivseid isotoope kasutatakse põllumajanduses üha enam. Taimeseemnete (puuvill, kapsas, redis jne) kiiritamine radioaktiivsete ravimite väikeste annuste gammakiirgusega toob kaasa märgatava saagikuse suurenemise. Suured kiirgusdoosid põhjustavad taimedes ja mikroorganismides mutatsioone, mis mõnel juhul toob kaasa uute väärtuslike omadustega mutantide ilmumise (raadioselektsioon). Nii kujunesid välja väärtuslikud nisu-, oa- ja muude põllukultuuride sordid ning saadi kõrge tootlikkusega mikroorganisme, mida kasutatakse antibiootikumide tootmisel. Radioaktiivsete isotoopide gammakiirgust kasutatakse ka kahjulike putukate tõrjeks ja toiduainete säilitamiseks. "Märgistatud aatomeid" kasutatakse laialdaselt põllumajandustehnoloogias. Näiteks selleks, et teada saada, millist fosforväetist taim paremini omastab, märgistatakse erinevad väetised radioaktiivse fosforiga 32 P. Seejärel uurides taimi radioaktiivsuse suhtes, on võimalik määrata fosfori kogust, mille nad on erinevatest väetistest omastanud. .

4.4. Radioisotoopide kasutamine arheoloogias ja geoloogias.

Huvitav radioaktiivsuse rakendus on arheoloogiliste ja geoloogiliste leidude dateerimise meetod radioaktiivsete isotoopide kontsentratsiooni järgi. Kõige sagedamini kasutatav dateerimismeetod on radiosüsiniku dateerimine. Ebastabiilne süsiniku isotoop ilmub atmosfääri kosmiliste kiirte põhjustatud tuumareaktsioonide tõttu. Väike osa sellest isotoobist leidub õhus koos tavalise stabiilse isotoobiga. Taimed ja muud organismid võtavad õhust süsinikku ja akumuleerivad mõlemad isotoobid samas vahekorras nagu õhus. Pärast taimede surma lõpetavad nad süsiniku tarbimise ja ebastabiilne isotoop muutub β-lagunemise tulemusena järk-järgult lämmastikuks poolväärtusajaga 5730 aastat. Mõõtes täpselt radioaktiivse süsiniku suhtelist kontsentratsiooni iidsete organismide jäänustes, saab määrata nende hukkumise aja.

5. Isotoopide tootmine JSC Institute of Reactor Materials, Zarechny.

Argoon-37

Aastatel 2003-2004 JSC IRM ja Belojarski tuumaelektrijaam lõid koostöös Teaduste Akadeemia, IPPE ja teiste ettevõtetega neutriinoallika. Argoon-37 kasutati kunstliku neutriinoallikana galliumdetektorite kalibreerimiseks Baksani observatooriumis (Kabardino-Balkaria). Uurides päikeseneutriinosid argoon-37 abil kalibreeritud detektorite abil, tegi Baksani astrofüüsikud maailma tähtsusega teadusliku avastuse. Seega andsid JSC IRM ja Belojarski tuumaelektrijaama töötajad olulise panuse universumis toimuvate tähtede protsesside teadusesse, millel on märkimisväärne mõju inimtsivilisatsiooni arengule.

40 Ca + 1 n = 37 Ar + 4 He

IRM-is töötati välja, valmistati ja paigaldati kiiritatud kaltsiumoksiidi lahustamiseks ja 37 Ar ekstraheerimiseks koos järgneva puhastamisega seade. Samuti töötati välja gaasiallika konstruktsioon, selle täitmise tehnoloogia ja aktiivsuse mõõtmine.

Riis. 5.1. Gallium-germaaniumi neutriinoteleskoop INR RAS.

Baksani neutriinoobservatooriumi fragment, mis asub mäeahelikus rohkem kui 2 km sügavusel.

Süsinik-14

Praegu toodab IRM JSC süsinik-14 ja toodab sellel põhinevaid ravimeid.

14 N + 1 n = 14 C + 1 p

Neid tooteid kasutatakse nii otseselt nukleaarmeditsiinis kui ka farmakoloogias uute farmatseutiliste ainete loomisel ja katsetamisel, kus selle isotoobi rolli on vaevalt võimalik üle hinnata. Peaaegu kõik farmatseutilised ained on keerulisemad orgaanilised ühendid, mis on sünteesitud teatud algsete süsinikuühendite komplektist – lähteainetest. Märgistades sünteesitud kompleksmolekuli teatud algosad süsinik-14-ga, saab jälgida selle farmakokineetikat kehas. Selliseid orgaanilisi ühendeid - süsinik-14-ga märgistatud lähteaineid toodetakse JSC IRM-is ja tarnitakse Ameerika ja Euroopa laboritesse.

Tuumameditsiini jaoks toodab IRM JSC süsinik-14 märgistusega uureat, mida ta tarnib föderaalsele riiklikule ühtsele ettevõttele NIFKhI im. L.Ya.Karpova", kus selle baasil valmistatakse Urecapsi kapsleid. Seda radiofarmatseutilist ravimit kasutatakse Helicobacter Pillory hingamistestide tegemiseks. 14 C saavutamiseks on välja töötatud ja rakendatud kõige tõhusam tehnoloogia, mille sihtmaterjalina kasutatakse alumiiniumnitriidi. Regulaarselt toodetakse mitmeid 14 C-ga märgistatud orgaanilisi ühendeid, mis on komplekssete radiokeemiliste ühendite sünteesi eelkäijad. AlN-st 14 C ekstraheerimise efektiivsus ületab 97%.

tseesium-131

Lisaks on JSC IRM korraldanud nukleaarmeditsiini vajadusteks radioisotoobi 131 Cs tootmise looduslikust baariumist, mille radiokeemiline puhtus on vähemalt 99,99%.Toote puhtus on välismaistest analoogidest oluliselt parem.

131 Cs tekib baariumiühendite neutronkiirguse teel saadud 131 Ba lagunemisel:

130 Ba + 1 n = 131 Ba + γ

131 Ba → EZ 11,5 päeva. 131 Cs

Poolväärtusaja ja kiirgusenergia optimaalne kombinatsioon muudab 131 Cs paljulubavaks radioisotoobiks eesnäärme, kopsude, rinnanäärmete jne pahaloomuliste haiguste brahhüteraapias. Selle kasutuselevõttu kliinilisse praktikasse peetakse brahhüteraapia üheks olulisemaks saavutuseks.

Iriidium-192

Ettevõte on korraldanud 192 Ir tootmise looduslikust ja isotoopidega rikastatud iriidiumist.

191 Ir+ 1 n = 192 Ir + γ

Sihtmaterjaliks on metalliline iriidium erineva suurusega ketaste kujul. Rakendatud kiiritusskeem ja kiiritusseadme konstruktsioon võimaldavad toota 192 Ir keskmise vooluhulgaga tuumareaktoris, mille spetsiifiline aktiivsus on piisav kasutamiseks defektidetektorites teaduse ja tehnoloogia mittepurustavate katsemeetodite jaoks, samuti tuumameditsiin suurtes annustes brahhüteraapias.

Luteetsium-177

177 Lu tootmine toimub vastavalt reaktsioonile:

176 Lu+ 1 n = 177 Lu + γ

Radionukliidi 177 Lu atraktiivsus tänapäeva tuumameditsiini jaoks on tingitud beetakiirguse suhteliselt madalast energiast ja sellest tulenevalt madalast läbitungimisvõimest pehmetes kudedes, mis võimaldab kasutada 177 Lu-d nii väikeste kasvajate ravis kui ka luukoe patoloogiliste muutuste ravi.

Lu poolestusaeg (6,65 päeva) võimaldab seda radionukliidi toimetada tootmiskohast üsna suurtele kaugustele.

Üle 99% IRM JSC radioisotooptoodetest eksporditakse USA-sse ja Lääne-Euroopa riikidesse (Inglismaa, Saksamaa, Holland). 40% radioisotooptoodetest toodetakse tööstuse, 60% - nukleaarmeditsiini ja farmaatsiatööstuse vajadusteks. JSC IRM ei ole üks suurimaid radioisotooptoodete eksportijaid rahvusvahelisel turul. Kuid ekspertide sõnul on JSC IRM radioisotoopide tootmise korraldamise tõhususe osas riigikorporatsioonis Rosatom juhtival kohal.

6. Tunni "Radioaktiivsed isotoobid inimese teenistuses" läbiviimine

Selle projekti kallal töötades, olles omandanud teoreetilise materjali teemal „Isotoobid. Radioisotoopide praktiline rakendamine inimelus,” tundis projekti autor huvi: Kas seda teemat õpetatakse koolis? Mida teavad õpilased radionukliidtoodetest ja nende kasutamisest erinevates inimelu valdkondades? Seoses sellega, et selle teema õppimiseks koolis on eraldatud 1 tund, koostas projekti autor radioaktiivsetele isotoopidele pühendatud klassitunni.

23. jaanuaril 2018 toimusid temaatilised klassitunnid “Radioaktiivsed isotoobid inimese teenistuses”, kus tutvustati Zaretšnõi Linnaosa Reaktorimaterjalide Instituudi radionukliidsaaduste ja selle arendamise väljavaateid. IRM JSC tegevusvaldkond. Tunnist võttis osa MKOU GO Zarechny “Keskkool nr 4” 8.-11.klassi 128 õpilast. Ürituse lõpus viidi läbi sotsioloogiline küsitlus (lisa nr 2,3).

7. Sotsioloogiline uuring.

Selgitamaks välja andmeid selle kohta, millised teadmised on nooremal põlvkonnal teemadel „Radioaktiivsus. Radioaktiivsed isotoobid“, „Radionukliidtooted“, projekti autor viis läbi sotsioloogilise uuringu, milles osales MKOU „4. keskkooli“ 8.-11. klassi 128 õpilast (lisa nr 4,5).

Küsimusele "Kui palju te teate radioaktiivsetest isotoopidest (nukliididest)?" Eitavalt vastas 97% õpilastest. See viitab sellele, et seda teemat ei uurita piisavalt põhjalikult. Õpilased teavad ainult algteoreetilist materjali.

Klassitunnis pakutava materjali vastu tundis huvi 67% 8.-11.klassi õpilastest. Õpilased soovitasid seda teemat lähemalt uurida ühes valikainetunnis aines “Keemia”.

45% vastanutest pooldas tundide arvu suurendamist teemal „Kiirgus. Radioaktiivsus. Radioaktiivsed isotoobid" aine "Füüsika" tundides.

95% õpilastest usub, et kiirgus on enamiku vähivormide peamine allikas. Sellega seoses on vaja läbi viia selgitustööd kiirguse olulisusest inimelus ja selle tagajärgedest, selgitada õpilastele, et mitte ainult kiirgus ei ole vähi põhjus, vaid ka ebatervisliku eluviisi, halbade harjumuste tagajärjed. samuti kahjulikud töötingimused.

97% 8.–11. klassi õpilastest ei teadnud, mis on "radiofarmatseutilised ravimid" ja kuidas neid kasutatakse vähi diagnoosimiseks ja raviks.

93% õpilastest ei teadnud Zaretšnõi rajooni reaktorimaterjalide instituudis toodetud radionukliidtoodetest. Pealegi ei teadnud õpilased, mis eesmärgil neid toodetakse ja kes oli IRM-i radioisotoopide ostja.

Seega võib küsitlusandmeid kokku võttes öelda, et klassitund teemal “Radioaktiivsed isotoobid inimese teenistuses” aitas kaasa õpilaste teadmiste laiendamisele aatomi ehitusest, tehisisotoopide tekkeloost, teadmiste süstematiseerimisest. radioaktiivsuse nähtuse ja radionukliidide kasutamise kohta inimelu erinevates sfäärides. Tänu klassitunnile said õpilased täpsemalt teada JSC IRM Zarechny tegemistest. Mõned poisid kavatsevad tulevikus oma elu tuumatööstusega siduda ja nüüd on neil täielikum arusaam meie linna ühe juhtiva ettevõtte tegevusest.

KOKKUVÕTE

Radioaktiivsed isotoobid teenivad inimest paljudes tema eluvaldkondades. See tõestab veel kord, et kiirgust saab kasutada inimkonna hüvanguks, inimeste aitamiseks.

Tuumameditsiin on tulevik. Teadmised füüsika- ja keemiaseadustest viivad teadust edasi. Inimesed peaksid teadma radioaktiivsetest isotoopidest, radionukliididest ja nendest saadavatest eelistest.

Tšernobõli tuumaelektrijaama katastroof ja seejärel NSV Liidu kokkuvarisemine tõid kaasa negatiivsed tagajärjed, uurimisinstituudid suleti ja Venemaa parimad mõtted läksid välismaale. Praegu on radioaktiivsete isotoopide tootmine tuumaenergiatööstuse üks olulisemaid arenguvaldkondi.

Olles analüüsinud suurt hulka teaduskirjandust ja Interneti-ressursse, saame uuringu põhjal teha järgmised järeldused:

1. On tõestatud, et radioaktiivsed isotoobid teenivad inimesi meditsiinis, põllumajanduses, teaduses, tööstuses, arheoloogias ja geoloogias.

2. Selgus, et JSC “Reaktormaterjalide Instituut” on Rosatomi osariigi korporatsioonis juhtival kohal radioisotoopide tootmise korraldamise tõhususe osas.

3. Uurimisprojekti raames osales autor klassi “Radioaktiivsed isotoobid inimese teenistuses” väljatöötamises ja koostamises, kus esitleti selle projekti materjale ja koostati ettekanne.

4. 8.-11.klassi õpilaste seas viidi läbi sotsioloogiline küsitlus.Õpilased tundsid huvi JSC IRM poolt toodetud radionukliidtoodete tootmise vastu ja esitasid selleteemalisi küsimusi.Arvan, et nüüd on neil aimu selle ettevõtte tegevust.

5. Selgitatud on 8.-11.klassi õpilaste kasvatustöö vajadus kiirguse tähtsusest inimese elus ja selle tagajärgedest.

Mulle pandud ülesanded said lahendatud, eesmärk täidetud.

KASUTATUD ALLIKATE LOETELU

Davõdov A.S., Aatomituuma teooria. - M., 1958.

Margulova T.Kh. Tuumaenergia täna ja homme. - M.: Kõrgkool, 2016.

Murin A.N., Sissejuhatus radioaktiivsusesse. - L., 1955.

Kaasaegne meditsiini entsüklopeedia / venekeelne väljaanne üldtoimetuse all. G.B.Fedoseeva. - Peterburi: Norint, 2014.

Radioaktiivsuse doktriin. Ajalugu ja kaasaeg. M. Nauka, 2003.

Furman V.I. Tuumakiirgus teaduses ja tehnoloogias. M. Nauka, 1984.

Saal E.J. Kiirgus ja elu/Tõlgitud inglise keelest. - M.: Meditsiin, 2012.

Entsüklopeedia lastele. Füüsika. T.16/ Toim. V.A. Volodina. - M.: Avanta+, 2000.

CD-ROM “Cyril ja Methodiuse suur entsüklopeedia”, 2015.

Interneti-ressursid:

https://ru.wikipedia.org/wiki/Isotoobid

https://ru.wikipedia.org/wiki/Radioactive_isotopes

https://infourok.ru/videouroki/413

http://irm-atom.ru

Lisa nr 1

Tehislike radioaktiivsete isotoopide impordi ja ekspordi skeem Venemaalt aastatel 1998-2014, miljonit dollarit.

Lisa nr 2

Tund “Radioaktiivsed isotoobid inimese teenistuses”

Küsimustiku lisa nr 4

Kallis sõber! Kutsume teid täitma seda küsimustikku, et teha kindlaks oma suhtumine radionukliidsaadustesse (isotoopidesse):

1. Kui palju te teate radioaktiivsetest isotoopidest (nukliididest)?

2. Kas oled huvitatud oma teadmiste täiendamisest teemal „Radioaktiivsed isotoobid. Nukliidide kasutamine inimelus?

3. Kas arvate, et õppetundide arv kooli õppekavas teemal „Isotoobid. Radioaktiivseid isotoope" tuleks suurendada?

4. Kas arvate, et enamik vähijuhtumeid ja geneetilisi muutusi on seotud kiirgusega?

5. Kas teate, et radiofarmatseutilisi preparaate toodetakse radioaktiivsete isotoopide baasil, mida praegu kasutatakse aktiivselt vähiravis?

teadis enne

Nüüd ma tean

6. Kas teadsite, et Zarechny valla territooriumil reaktorimaterjalide instituudis toodavad nad radionukliidtooteid ja müüvad neid edukalt maailmaturul?

Lisa nr 5

MKOU üliõpilaste sotsioloogiline uuring "Keskharidus

keskkool nr 4"

Munitsipaalharidusasutus "Pobedinskaya keskkool" Shegarsky rajoon, Tomski piirkond

IX KLASSI LÕPETANUTE RIIKLIK (LÕPP)TUNNISTUS

FÜÜSIKA KOKKUVÕTE

RADIOAKTIIVSUSNÄHTUS. SELLE TÄHTSUS TEADUSES, TEHNOLOOGIAS, MEDITSIINIS

Lõpetatud: Dadaev Aslan, 9. klassi õpilane

Juhendaja: Gagarina Lyubov Alekseevna, füüsikaõpetaja

Pobeda 2010

1. Sissejuhatus………………………………………………………………… lk 1

2. Radioaktiivsuse nähtus………..…………………………….................lk 2

2.1.Radioaktiivsuse avastamine……………………………………………………….lk 2

2.2. Kiirgusallikad………………………………………………………….. lk 6

3. Radioaktiivsete isotoopide tootmine ja kasutamine……………..lk 8

3.1.Isotoopide kasutamine meditsiinis……………………….......lk 8

3.2. Radioaktiivsed isotoobid põllumajanduses………………lk 10

3.3.Kiirguskronomeetria…………………………………… lk 11

3.4. Radioaktiivsete isotoopide rakendamine tööstuses...lk 12

3.5. Isotoopide kasutamine teaduses……………………………….lk 12

4. Kokkuvõte………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

5. Kirjandus…………………………………………………………..lk 14

SISSEJUHATUS

Idee aatomitest kui muutumatutest pisikestest aineosakestest hävis elektroni avastamise tõttu, aga ka prantsuse füüsiku A. Becquereli avastatud loodusliku radioaktiivse lagunemise nähtus. Olulise panuse selle nähtuse uurimisse andsid väljapaistvad prantsuse füüsikud Maria Sklodowska-Curie ja Pierre Curie.

Looduslik radioaktiivsus on eksisteerinud miljardeid aastaid ja seda on sõna otseses mõttes kõikjal. Ioniseeriv kiirgus eksisteeris Maal ammu enne elu tekkimist ja oli kosmoses enne Maa enda tekkimist. Radioaktiivsed materjalid on olnud osa Maast alates selle sünnist. Iga inimene on kergelt radioaktiivne: inimkeha kudedes on üks peamisi loodusliku kiirguse allikaid kaalium - 40 ja rubiidium - 87 ning neist ei saa kuidagi lahti.

Tuumareaktsioonide läbiviimisel alumiiniumi aatomite tuumade a-osakestega pommitamise teel õnnestus kuulsatel prantsuse füüsikutel Frederic ja Irene Curie-Joliot 1934. aastal kunstlikult luua radioaktiivseid tuumasid. Kunstlik radioaktiivsus ei erine põhimõtteliselt looduslikust radioaktiivsusest ja järgib samu seadusi.

Praegu toodetakse kunstlikke radioaktiivseid isotoope erineval viisil. Kõige tavalisem on sihtmärgi (tulevase radioaktiivse ravimi) kiiritamine tuumareaktoris. Laetud osakestega sihtmärki on võimalik kiiritada spetsiaalsetes paigaldistes, kus osakesi kiirendatakse suure energiani.

Sihtmärk: välja selgitada, millistes eluvaldkondades radioaktiivsuse nähtust kasutatakse.

Ülesanded:

· Uurida radioaktiivsuse avastamise ajalugu.

· Uurige, mis juhtub ainega radioaktiivse kiirguse ajal.

· Uurige, kuidas saada radioaktiivseid isotoope ja kus neid kasutatakse.

· Arendada oskusi töötada lisakirjandusega.

· Tehke materjali arvutipõhine esitlus.

PÕHIOSA

2. Radioaktiivsuse nähtus

2.1.Radioaktiivsuse avastamine

Lugu radioaktiivsus sai alguse prantsuse füüsiku Henri Becquereli tööst luminestsentsi ja röntgenikiirguse kohta 1896. aastal.

Radioaktiivsuse avastamine, kõige silmatorkavam tõend aatomi keerulise struktuuri kohta .

Röntgeni avastust kommenteerides oletavad teadlased, et röntgenkiirgust eraldub fosforestsentsi ajal, sõltumata katoodkiirte olemasolust. A. Becquerel otsustas seda hüpoteesi kontrollida. Mähkides fotoplaadi musta paberisse, asetas ta sellele veidra kujuga metallplaadi, mis oli kaetud uraanisoola kihiga. Pärast neljatunnist päikesevalguse käes hoidmist arendas Becquerel fotoplaadi ja nägi sellel metallfiguuri täpset siluetti. Ta kordas katseid suurte variatsioonidega, saades mündi ja võtme jäljendid. Kõik katsed kinnitasid testitavat hüpoteesi, millest Becquerel 24. veebruaril Teaduste Akadeemia koosolekul teatas. Kuid Becquerel ei lõpeta eksperimente, valmistades ette üha uusi ja uusi võimalusi.

Henri Becquerel Welhelm Conrad Roentgen

26. veebruaril 1896 halvenes Pariisi kohal ilm ja ettevalmistatud fotoplaadid uraanisoola tükkidega tuli päikese ilmumiseni asetada pimedasse lauasahtlisse. See ilmus Pariisi kohal 1. märtsil ja katseid võis jätkata. Võttes plaadid, otsustas Becquerel need edasi arendada. Pärast plaatide väljatöötamist nägi teadlane neil uraaniproovide siluette. Midagi aru saamata otsustas Becquerel juhuslikku katset korrata.

Ta asetas kaks plaati valguskindlasse karpi, valas neile uraanisoola, pannes esmalt ühele klaasi ja teisele alumiiniumplaadi. Kõik see oli viis tundi pimedas ruumis, misjärel Becquerel töötas välja fotoplaadid. Ja noh, proovide siluetid on jälle selgelt näha. See tähendab, et mõned kiired tekivad uraanisoolades. Need näevad välja nagu röntgenikiired, aga kust nad tulevad? Üks on selge: röntgenikiirguse ja fosforestsentsi vahel puudub seos.

Ta teatas sellest Teaduste Akadeemia koosolekul 2. märtsil 1896, ajades kõik selle liikmed täiesti segadusse.

Samuti tegi Becquerel kindlaks, et sama proovi kiirguse intensiivsus aja jooksul ei muutu ja uus kiirgus on võimeline elektrifitseeritud kehasid tühjendama.

Enamik Pariisi Akadeemia liikmeid uskus pärast Becquereli järgmist aruannet 26. märtsi koosolekul, et tal oli õigus.

Becquereli avastatud nähtust nimetati radioaktiivsus, Maria Sklodowska-Curie ettepanekul.

Maria Skłodowska – Curie

Radioaktiivsus - mõne keemilise elemendi aatomite võime spontaanselt eralduda.

1897. aastal otsustas Maria doktoritööd tehes, olles valinud uurimiseks teema - Becquereli avastamise (Pierre Curie soovitas oma naisel see teema valida), leida vastuse küsimusele: mis on uraani tõeline allikas. kiirgus? Selleks otsustab ta uurida suurt hulka mineraalide ja soolade proove ning välja selgitada, kas ainult uraanil on kiirgamise omadus. Tooriumiproovidega töötades avastab ta, et nagu uraan, tekitab see samu kiiri ja ligikaudu sama intensiivsusega. See tähendab, et see nähtus ei ole ainult uraani omadus, vaid sellele tuleb anda eriline nimi. Uraani ja tooriumi nimetati radioaktiivseteks elementideks. Töö jätkus uute mineraalidega.

Pierre tunneb füüsikuna töö olulisust ja, jättes ajutiselt kristallide uurimise, hakkab oma naisega koostööd tegema. Selle ühistöö tulemusena avastati uusi radioaktiivseid elemente: poloonium, raadium jne.

Novembris 1903 andis Kuninglik Selts Pierre ja Marie Curie’le Inglismaa ühe kõrgeima teadusauhinna – Davy medali.

13. novembril said Curied ja Becquerel Stockholmist telegrammi, milles teatati, et neile kolmele anti silmapaistvate avastuste eest radioaktiivsuse vallas Nobeli füüsikaauhind.

Curie’de poolt alustatud töö võtsid ette nende õpilased, kelle hulgas olid ka tütar Irene ja väimees Frédéric Joliot, kes said 1935. aastal avastuse eest Nobeli preemia laureaatideks. kunstlik radioaktiivsus .

Irene ja Frederic Curie – Joliot

Inglise füüsikud E. Rutherford Ja F. Soddy On tõestatud, et kõigis radioaktiivsetes protsessides toimuvad keemiliste elementide aatomituumade vastastikused transformatsioonid. Nende protsessidega kaasneva kiirguse omaduste uuring magnet- ja elektriväljades näitas, et see jaguneb a-osakesteks, b-osakesteks ja g-kiirteks (väga lühikese lainepikkusega elektromagnetkiirgus).

E. Rutherford F. Soddy

Mõni aeg hiljem saadi nende osakeste erinevate füüsikaliste omaduste ja omaduste (elektrilaeng, mass jne) uurimise tulemusena kindlaks teha, et b-osake on elektron ja osake a on täielikult ioniseeritud aatom. keemiline element heelium (st heelium aatom, mis on kaotanud mõlemad elektronid).

Lisaks selgus, et radioaktiivsus on mõne aatomituuma võime osakeste emissiooniga spontaanselt teiseneda teisteks tuumadeks.

Näiteks leiti mitut sorti uraani aatomeid: tuumamassiga ligikaudu 234 amu, 235 amu, 238 amu. ja 239 amu Pealegi olid kõigil neil aatomitel samad keemilised omadused. Nad astusid keemilistesse reaktsioonidesse samal viisil, moodustades samu ühendeid.

Mõned tuumareaktsioonid tekitavad väga läbitungivat kiirgust. Need kiired tungivad läbi mitme meetri paksuse pliikihi. See kiirgus on neutraalselt laetud osakeste voog. Neid osakesi nimetatakse neutronid.

Mõned tuumareaktsioonid tekitavad väga läbitungivat kiirgust. Neid kiiri on erinevat tüüpi ja neil on erinev läbitungiv jõud. Näiteks, neutronite voog tungib läbi mitme meetri paksuse pliikihi.

2.2. Kiirgusallikad

Kiirgust on väga palju ja mitmekesine, kuid me saame eristada umbes seitse selle peamised allikad.

Esimene allikas on meie Maa. Seda kiirgust seletatakse radioaktiivsete elementide olemasoluga Maa peal, mille kontsentratsioon on erinevates kohtades väga erinev.

Teine allikas kiirgus - ruum, kust kõrge energiaga osakeste voog langeb pidevalt Maale. Kosmilise kiirguse allikad on tähtede plahvatused galaktikas ja päikesepursked.

Kolmas allikas Kiirgus on radioaktiivsed looduslikud materjalid, mida inimesed kasutavad elu- ja tööstusruumide ehitamiseks. Hoonete sees on doosikiirus keskmiselt 18–50% suurem kui väljaspool. Inimene veedab kolmveerand oma elust siseruumides. Pidevalt graniidist ehitatud ruumis viibiv inimene saab - 400 mrem/a, punasest tellistest - 189 mrem/a, betoonist - 100 mrem/a, puidust - 30 mrem/a.

Neljandaks Radioaktiivsuse allikas on elanikkonnale vähe teada, kuid mitte vähem ohtlik. Need on radioaktiivsed materjalid, mida inimesed kasutavad igapäevastes tegevustes.

Pangatšekkide trükkimiseks kasutatavad tintid sisaldavad radioaktiivset süsinikku, mis tagab võltsitud dokumentide hõlpsa tuvastamise.

Uraani kasutatakse keraamika või ehete värvi või emaili tootmiseks.

Klaasi tootmisel kasutatakse uraani ja tooriumi.

Kunstportselanist hambad on tugevdatud uraani ja tseeriumiga. Samal ajal võib hammaste kõrval asuvate limaskestade kiirgus ulatuda 66 rem-ni aastas, samas kui kogu keha aastane määr ei tohiks ületada 0,5 rem (st 33 korda rohkem).

Teleriekraan kiirgab 2-3 mremi aastas inimese kohta.

Viiendaks allikas – radioaktiivsete materjalide transpordi ja töötlemise ettevõtted.

Kuues Kiirgusallikaks on tuumaelektrijaamad. Tuumaelektrijaamades,

Lisaks tahketele jäätmetele leidub jahutamiseks kasutatavas süsihappegaasis ka vedelaid (reaktori jahutusringidest saastunud vesi) ja gaasilisi jäätmeid.

Seitsmes Radioaktiivse kiirguse allikaks on meditsiiniseadmed. Hoolimata nende igapäevasest kasutamisest on nende kiirguse oht palju suurem kui kõigist eespool käsitletud allikatest ja ulatub mõnikord kümnete rem-ni. Üks levinumaid diagnostikameetodeid on röntgeniaparaat. Niisiis, hammaste radiograafiaga - 3 rem, mao fluoroskoopiaga - sama, fluorograafiaga - 370 mrem.

Mis juhtub ainega radioaktiivse kiirguse ajal?

Esiteks, hämmastav konsistents, millega radioaktiivsed elemendid kiirgavad. Päevade, kuude, aastate jooksul kiirguse intensiivsus märgatavalt ei muutu. Seda ei mõjuta kuumutamine ega suurenenud rõhk, ka keemilised reaktsioonid, millesse radioaktiivne element sisenes, ei mõjutanud kiirguse intensiivsust.

Teiseks, radioaktiivsusega kaasneb energia vabanemine ja seda vabaneb pidevalt mitme aasta jooksul. Kust see energia tuleb? Kui aine muutub radioaktiivseks, kogeb see sügavaid muutusi. Eeldati, et aatomid ise läbivad teisendusi.

Samade keemiliste omaduste olemasolu tähendab, et kõigil neil aatomitel on elektronkihis sama arv elektrone ja seega ka samad tuumalaengud.

Kui aatomituumade laengud on samad, siis kuuluvad need aatomid samasse keemilisse elementi (vaatamata nende masside erinevustele) ja neil on D.I. tabelis sama aatomnumber. Mendelejev. Nimetatakse sama keemilise elemendi sorte, mis erinevad aatomituumade massi poolest isotoobid .

3. Radioaktiivsete isotoopide tootmine ja kasutamine

Looduses leiduvaid radioaktiivseid isotoope nimetatakse loomulik. Kuid paljud keemilised elemendid esinevad looduses ainult stabiilses (st radioaktiivses) olekus.

1934. aastal avastasid Prantsuse teadlased Irène ja Frédéric Joliot-Curie, et radioaktiivseid isotoope saab kunstlikult luua tuumareaktsioonide tulemusena. Neid isotoope nimetati kunstlik .

Kunstlike radioaktiivsete isotoopide tootmiseks kasutatakse tavaliselt tuumareaktoreid ja osakeste kiirendeid. Selliste elementide tootmisele on spetsialiseerunud tööstus.

Seejärel saadi kõigi keemiliste elementide kunstlikud isotoobid. Kokku on praegu teada ligikaudu 2000 radioaktiivset isotoopi, millest 300 on looduslikud.

Praegu kasutatakse radioaktiivseid isotoope laialdaselt erinevates teadusliku ja praktilise tegevuse valdkondades: tehnoloogia, meditsiin, põllumajandus, side, sõjavägi ja mõned teised. Sel juhul nn märgistatud aatomi meetod.

3.1.Isotoopide kasutamine meditsiinis

Isotoopide kasutamine Üks silmapaistvamaid "märgistatud aatomite" abil läbi viidud uuringuid oli organismide metabolismi uurimine.

Isotoopide abil selgusid mitmete haiguste arengumehhanismid (patogenees); Neid kasutatakse ka ainevahetuse uurimiseks ja paljude haiguste diagnoosimiseks.

Isotoobid sisenevad inimkehasse üliväikestes kogustes (tervisele ohutud) ja ei ole võimelised tekitama patoloogilisi muutusi. Vere kaudu jaotuvad need kogu kehas ebaühtlaselt. Isotoobi lagunemisel tekkiv kiirgus registreeritakse inimkeha lähedal asuvate instrumentidega (spetsiaalsed osakeste loendurid, fotograafia). Selle tulemusena saate pildi mis tahes siseorganist. Selle pildi järgi saab hinnata selle organi suurust ja kuju, isotoobi suurenenud või vähenenud kontsentratsiooni

selle erinevad osad. Siseorganite funktsionaalset seisundit (st tööd) saate hinnata ka radioisotoobi akumuleerumise ja eliminatsiooni kiiruse järgi.

Seega määratakse südamevereringe seisund, verevoolu kiirus ja südameõõnsuste kujutis, kasutades ühendeid, sealhulgas naatriumi, joodi ja tehneetsiumi isotoope; tehneetsiumi ja ksenooni isotoope kasutatakse kopsuventilatsiooni ja seljaaju haiguste uurimiseks; inimese seerumi albumiini makroagregaate koos joodi isotoobiga kasutatakse erinevate kopsude põletikuliste protsesside, nende kasvajate ja erinevate kilpnäärmehaiguste diagnoosimiseks.

Isotoopide kasutamine meditsiinis

Maksa kontsentratsiooni ja eritusfunktsioone uuritakse, kasutades joodi ja kulla isotoobiga Bengali roosivärvi. Soolestiku ja mao kujutised saadakse tehneetsiumi isotoobi abil, põrn saadakse punaste vereliblede abil tehneetsiumi või kroomi isotoobiga; Pankrease haigusi diagnoositakse seleeni isotoobi abil. Kõik need andmed võimaldavad meil haigust õigesti diagnoosida.

“Märgistatud aatomite” meetodil uuritakse ka erinevaid kõrvalekaldeid vereringesüsteemi talitluses ja avastatakse kasvajaid (kuna just neisse koguneb osa radioisotoope). Tänu sellele meetodile avastati, et inimkeha uueneb suhteliselt lühikese aja jooksul peaaegu täielikult. Ainsaks erandiks on raud, mis on osa verest: seda hakkab organism toidust omastama alles siis, kui selle varud on ammendunud.

Isotoobi valikul on olulised küsimused isotoopide analüüsimeetodi tundlikkus, samuti radioaktiivse lagunemise tüüp ja kiirgusenergia.

Meditsiinis ei kasutata radioaktiivseid isotoope mitte ainult diagnoosimiseks, vaid ka teatud haiguste raviks, nagu vähk, Gravesi tõbi jne.

Tänu radioisotoopide väga väikeste annuste kasutamisele ei kujuta kiiritusdiagnostika ja -ravi käigus keha kiirgusega kokkupuude patsientidele ohtu.

3.2. Radioaktiivsed isotoobid põllumajanduses

Radioaktiivseid isotoope kasutatakse üha enam põllumajandus. Taimeseemnete (puuvill, kapsas, redis jne) kiiritamine radioaktiivsete ravimite väikeste annuste gammakiirgusega toob kaasa märgatava saagikuse suurenemise. Suured kiirgusdoosid põhjustavad taimedes ja mikroorganismides mutatsioone, mis mõnel juhul viib uute väärtuslike omadustega mutantide tekkeni ( raadio valik). Nii kujunesid välja väärtuslikud nisu-, oa- ja muude põllukultuuride sordid ning saadi kõrge tootlikkusega mikroorganisme, mida kasutatakse antibiootikumide tootmisel.

Radioaktiivsete isotoopide gammakiirgust kasutatakse ka kahjulike putukate vastu võitlemiseks ja toidu säilitamiseks. "Märgistatud aatomeid" kasutatakse laialdaselt põllumajandustehnoloogias. Näiteks selleks, et teada saada, millist fosforväetist taim paremini omastab, märgistatakse erinevad väetised radioaktiivse fosforiga. Seejärel uurides taimi radioaktiivsuse suhtes, on võimalik määrata fosfori kogust, mille nad on eri tüüpi väetistest omastanud.

Radioaktiivse süsiniku meetod on saanud huvitava rakenduse orgaanilise päritoluga iidsete esemete (puit, süsi, kangad jne) vanuse määramiseks. Taimed sisaldavad alati beeta-radioaktiivset süsiniku isotoopi poolestusajaga T = 5700 aastat. See tekib Maa atmosfääris väikestes kogustes lämmastikust neutronite mõjul. Viimased tekivad tuumareaktsioonide tõttu, mida põhjustavad kosmosest atmosfääri sattuvad kiired osakesed (kosmilised kiired). Hapnikuga ühinedes moodustab see süsinik süsinikdioksiidi, mida taimed ja nende kaudu loomad omastavad.

Isotoope kasutatakse laialdaselt pinnase füüsikaliste omaduste määramiseks

ja selles sisalduvate taimsete toiduelementide varusid, uurida mulla ja väetiste koostoimet, taimede toitainete omastamise protsesse ning mineraaltoidu sattumist lehtede kaudu taimedesse. Isotoope kasutatakse pestitsiidide mõju kindlakstegemiseks taimeorganismile, mis võimaldab määrata nende põllukultuuride kontsentratsiooni ja töötlemise aja. Isotoopmeetodil uuritakse põllukultuuride olulisemaid bioloogilisi omadusi (aretusmaterjali hindamisel ja valikul), saagikust, varajast valmimist, külmakindlust.

IN loomakasvatus uuritakse loomade organismis toimuvaid füsioloogilisi protsesse, analüüsitakse sööda mürgiste ainete (mille väikseid doose on keemiliste meetoditega raske määrata) ja mikroelementide sisaldust. Isotoopide abil töötatakse välja tehnikaid tootmisprotsesside automatiseerimiseks, näiteks kivisetel ja rasketel muldadel kombainiga koristades juurviljade eraldamine kividest ja mullatükkidest.

3.3.Kiirguskronomeetria

Mõnda radioaktiivset isotoopi saab edukalt kasutada erinevate fossiilide vanuse määramiseks ( kiirguse kronomeetria). Kõige levinum ja efektiivsem kiirguskronomeetria meetod põhineb orgaaniliste ainete radioaktiivsuse mõõtmisel, mis on põhjustatud radioaktiivsest süsinikust (14C).

Uuringud on näidanud, et igas organismis leiduva süsiniku iga grammi kohta toimub 16 radioaktiivset beeta-lagunemist minutis (täpsemalt 15,3 ± 0,1). 5730 aasta pärast laguneb igas süsiniku grammis ainult 8 aatomit minutis, 11 460 aasta pärast - 4 aatomit.

Üks gramm noorte metsaproovide süsinikku eraldab umbes viisteist beetaosakest sekundis. Pärast organismi surma peatub selle täiendamine radioaktiivse süsinikuga. Selle isotoobi saadaolev kogus väheneb radioaktiivsuse tõttu. Määrates radioaktiivse süsiniku protsendi orgaanilistes jäänustes, on võimalik määrata nende vanust, kui see jääb vahemikku 1000–50 000 ja isegi kuni 100 000 aastat.

Radioaktiivsete lagunemiste arvu ehk uuritavate proovide radioaktiivsust mõõdetakse radioaktiivse kiirguse detektoritega.

Seega, mõõtes uuritava proovi materjali teatud massikoguses radioaktiivsete lagunemiste arvu minutis ja arvutades selle arvu ümber süsiniku grammi kohta, saame määrata objekti vanuse, millest proov võeti. Seda meetodit kasutatakse Egiptuse muumiate, eelajalooliste tulekahjude jäänuste jms vanuse määramiseks.

3.4. Radioaktiivsete ainete kasutamine isotoobid tööstuses

Üks näide on järgmine meetod kolvirõnga kulumise jälgimiseks sisepõlemismootorites. Kolvirõngast neutronitega kiiritades põhjustavad need selles tuumareaktsioonid ja muudavad selle radioaktiivseks. Kui mootor töötab, satuvad rõngamaterjali osakesed määrdeõlisse. Uurides õli radioaktiivsuse taset pärast teatud mootori tööaega, määratakse rõnga kulumine. Radioaktiivsed isotoobid võimaldavad hinnata metallide difusiooni, protsesse kõrgahjudes jne. Radioaktiivsete preparaatide võimsat gammakiirgust kasutatakse metallivalandite sisestruktuuri uurimiseks, et tuvastada nendes esinevaid defekte.

Isotoope kasutatakse ka tuumafüüsika seadmetes neutroniloendurite valmistamisel, mis võimaldab suurendada loendusefektiivsust enam kui 5 korda, ning tuumaenergeetikas neutronite moderaatoritena ja neelajatena.

3.5. Isotoopide kasutamine teaduses

Isotoopide kasutamine bioloogia viis varasemate ideede ülevaatamiseni fotosünteesi olemuse kohta, samuti mehhanismide kohta, mis tagavad karbonaatide, nitraatide, fosfaatide jne anorgaaniliste ainete omastamise taimede poolt. Isotoopide abil toimub populatsioonide liikumine biosfääris. ja üksikisikud antud populatsioonis, mikroobide ränne, samuti üksikud ühendid kehas. Toidu või süstimise teel organismidesse märgise viimisel oli võimalik uurida paljude putukate (sääsed, kärbsed, jaaniussikad), lindude, näriliste ja teiste pisiloomade liikumiskiirust ja rändeteid ning saada andmeid nende populatsioonide suuruse kohta.

Piirkonnas taimede füsioloogia ja biokeemia Isotoopide abil on lahendatud mitmeid teoreetilisi ja rakenduslikke probleeme: on selgitatud mineraalide, vedelike ja gaaside taimedesse sattumise teid, samuti erinevate keemiliste elementide, sh mikroelementide rolli taimede elus. Eelkõige on näidatud, et süsinik siseneb taimedesse mitte ainult lehtede, vaid ka juurestiku kaudu; mitmete ainete liikumisteed ja kiirused juurestikust varre ja lehtedeni ning nendest elunditest juured on loodud.

Piirkonnas loomade ja inimeste füsioloogia ja biokeemia on uuritud erinevate ainete sisenemise kiirust nende kudedesse (sh raua sisenemise kiirust hemoglobiini, fosforit närvi- ja lihaskoesse, kaltsiumi luudesse). "Märgistatud" toidu kasutamine viis uue arusaamani toitainete imendumise ja jaotumise kiirusest, nende "saatusest" kehas ning aitas jälgida sisemiste ja väliste tegurite (nälgimine, lämbumine, ületöötamine jne) mõju. ainevahetuse kohta.

KOKKUVÕTE

Silmapaistvad prantsuse füüsikud Maria Sklodowska-Curie ja Pierre Curie, nende tütar Irene ja väimees Frédéric Joliot ning paljud teised teadlased ei andnud mitte ainult suure panuse tuumafüüsika arengusse, vaid olid kirglikud rahu eest võitlejad. Nad tegid märkimisväärset tööd aatomienergia rahumeelse kasutamise alal.

Nõukogude Liidus algas töö aatomienergiaga 1943. aastal väljapaistva nõukogude teadlase I. V. Kurtšatovi juhtimisel. Enneolematu sõja keerulistes tingimustes lahendasid Nõukogude teadlased aatomienergia valdamisega seotud kõige keerukamaid teaduslikke ja tehnilisi probleeme. 25. detsembril 1946 viidi I. V. Kurtšatovi juhtimisel Euroopa ja Aasia mandril esimest korda läbi ahelreaktsioon. Algas Nõukogude Liidus rahumeelse aatomi ajastu.

Oma töö käigus sain teada, et kunstlikult saadud radioaktiivsed isotoobid on leidnud laialdast rakendust teaduses, tehnikas, põllumajanduses, tööstuses, meditsiinis, arheoloogias jm. See on tingitud radioaktiivsete isotoopide järgmistest omadustest:

· radioaktiivne aine eraldab pidevalt teatud tüüpi osakesi ja intensiivsus ajas ei muutu;

· kiirgusel on teatud läbitungimisvõime;

· radioaktiivsusega kaasneb energia vabanemine;

· kiirguse mõjul võivad kiiritatavas aines tekkida muutused;

· kiirgust saab tuvastada erinevatel viisidel: spetsiaalsete osakeste loenduritega, fotograafiaga jne.

KIRJANDUS

1. F.M. Diaghilev “Füüsika ajaloost ja selle loojate elust” - M.: Haridus, 1986.

2. A.S. Enokhin, O.F. Kabardin ja teised. "Füüsika antoloogia" - M.: Haridus, 1982.

3. P.S. Kudrjavtsev. "Füüsika ajalugu" - M.: Haridus, 1971.

4. G.Ya. Mjakišev, B.B. Bukhovtsev "Füüsika 11. klass." - M.: Haridus, 2004.

5. A.V. Perõškin, E.V. Gutnik "Füüsika 9. klass." - M.: Bustard, 2005.

6. Interneti-ressursid.

Ülevaade

füüsika eksamikirjandi „Radioaktiivsuse fenomen. Selle tähtsus teaduses, tehnoloogias ja meditsiinis."

Autor näeb valitud teema asjakohasust tuumaenergia rahuotstarbelise kasutamise võimaluses. Kunstlikult saadud radioaktiivsed isotoobid on leidnud laialdast rakendust erinevates teadusliku ja praktilise tegevuse valdkondades: teaduses, tehnoloogias, põllumajanduses, tööstuses, meditsiinis, arheoloogias jne.

Peatükk "Sissejuhatus" ei näita aga autori asjakohasust ja huvi abstraktse valitud teema vastu.

Radioaktiivsuse avastamist selgitatakse ligipääsetaval ja loogilisel viisil; "märgistatud aatomite" abil tehtud uuringud.

Referaadi vorming ei vasta kõigil juhtudel nõuetele:

· Leheküljed ei ole nummerdatud;

· Iga jaotist ei prindita uuelt lehelt;

· Tekstis puuduvad viited illustratsioonidele;

· Jaotises „Kirjandus” ei ole Interneti-ressursside saite loetletud.

Üldiselt võib vaatamata väiksematele puudujääkidele koostamises ja kujunduses öelda, et abstraktne „Radioaktiivsuse fenomen. Selle tähtsus teaduses, tehnoloogias ja meditsiinis väärib "head" hinnangut.

Füüsikaõpetaja, munitsipaalharidusasutus "Pobedinskaja keskkool": ___________/L.A. Gagarin/

Looduslikel radioaktiivsetel ainetel on suur nukleonide arv. Kunstlikke radioaktiivseid aineid on võimalik luua, pommitades kergemaid nukliide alfaosakeste, prootonite või neutronitega. Sel viisil moodustunud aineid nimetatakse radioisotoobid.

Märge.

Nukliid on mis tahes spetsiifiline tuum, millel on teatud prootonite ja vastavalt nukleonite arv. Nimetatakse erinevaid nukliide, millel on sama prootoniarv (kuid erinev nukleonide arv). isotoobid(isotoopide nukliidid).

Esimene radioisotoop oli fosfori ebastabiilne isotoop. See saadi 1934. aastal alumiiniumi pommitamisel alfaosakestega:

2 4 Ta + 13 27 Al= 15 30 P+ 0 1 n

Reaktsiooni tulemusena moodustub fosfor-30 ja neutron. Pange tähele, et võrrandi mõlemal küljel on nukleonite arvude summa 31 ja prootoniarvude summa 15. Fosfor-30 laguneb, kiirgades positron ja selle poolväärtusaeg on ligikaudu 3 minutit.

Positronit ei mainitud varem, kuna seda ei esine looduslikus radioaktiivsuses. Selle mass on võrdne elektroni massiga ja positiivne laeng, mis on võrdne ja vastupidine elektroni laengule. Ta on määratud Cheks.

Kui magneesiumi pommitavad neutronid, moodustub naatriumi radioisotoop. Toimub järgmine reaktsioon:

12 24 Mg+ 0 1 n= 11 24 Na+ 1 1 H

Naatrium laguneb, eraldades b osakest:

11 24 Na-1 0 e= 12 24 Mg

Lisateavet radioisotoopide tootmise tehnoloogia kohta saate teistest väljaannetest. Oluline on vaid märkida, et praegu on võimalik sünteesida mis tahes radioisotoopi. Enamikul neist on lühike poolestusaeg. See väga oluline, kuna nende tegevus ja sellest tulenevalt ka radioaktiivse kiirguse oht ei ole pikaajaline.

Radioisotoopide kasutamine

Kõigil teatud aine isotoopidel on samad keemilised omadused ja need käituvad identselt. Radioisotoopide eeliseks on see, et nende asukohta saab nende kiiratava kiirguse järgi kergesti tuvastada.

Radioisotoopide abil saab määrata ka laagrite kulumisastet. Kui laagrisse sisestatakse radioisotoop, on selle õhukesed osakesed, mis pinnalt kustutatakse ja koos õliga minema viiakse, radioaktiivsed. Kui selle õli proovi testitakse radioaktiivsuse suhtes, saab tulemusi kasutada kulumisastme kontrollimiseks.

Torude lekkeid saab tuvastada, kui lisada neid läbivale vedelikule väike kogus radioisotoopi. Radioisotoobi lekkekoha leidmiseks kasutatakse kiirgusdetektorit.

Koobalt-60 on ebastabiilne radionukliid, mille poolestusaeg on 5,23 aastat. See moodustub koobalt-59 neutronitega pommitamisel:

27 59 Co+ 0 1 n= 27 60 Co

Koobalt-60 kiirgab suure energiaga y-kiirgust. Seda kasutatakse vähiravis kõrge energiaga A'-kiirguse asemel, mida on raske saada. Seda saab ka rakendada

pragude tuvastamiseks keevisõmblustes. Kiirgusallikas peab olema eriti hästi varjestatud, kuid selle suureks eeliseks röntgeniallika ees on see, et see on kaasaskantavam ja ei vaja toiteallikat.

Radioaktiivne fosfor P-32 ja radioaktiivne jood-131 on nende arvukate kunstlike radionukliidide esindajad, mida kasutatakse kahjustuste leidmiseks. Segusid, mis sisaldavad väikeses koguses radioaktiivset isotoopi koos stabiilse isotoobiga, kasutatakse ainete liikumise jälgimiseks taimetüves, loomade ja inimeste kehas. Radioaktiivse isotoobi asukohta kehas saab määrata ilma seda avamata või kiirgava kiirgusega läbi tungimata. See võimaldab teil diagnoosida mõne siseorgani seisundit ilma kirurgilise sekkumiseta

Radioisotoope kasutatakse laialdaselt tööstuses, näiteks kontrollimaks, kas toodetava materjali paksus on konstantne. Kui materjal liigub radioaktiivse allika ja loenduri vahelt, põhjustab selle paksuse igasugune muutus loenduskiiruse muutumise (kui paksus väheneb, siis loenduskiirus suureneb) ja etr saab registreerida (joonis 1).




Looduslikud radioaktiivsed isotoobid

Looduslikul kujul leidub väike arv madala prootoniarvuga radioisotoope. Need tekivad kosmosekiirguse (kosmiliste kiirte) pommitamise tulemusena. Tuntuim neist on radioaktiivne süsinik-14, mis tekib lämmastikust, kui seda pommitatakse neutronitega:

7 14 N+ 0 1 n= 6 14 C+ 1 1 H

Süsinik-14 laguneb, eraldades b osakest ja muutub uuesti lämmastikuks:

6 14 C- -1 0 e= 7 14 N

Süsinik-14 poolestusaeg on pikk - umbes 5600 aastat. Tuleb märkida, et süsinik-14 moodustumise taseme ja selle lagunemise taseme vahel atmosfääris valitseb tasakaal ning selle kogus atmosfääris on konstantne. Osa sellest imendub taimedesse ja loomadesse. Kui taim või loom sureb, ei tarbi ta enam süsinikku ja selles sisalduv süsinik-14 laguneb. Seega saab olendi surma aja määrata selles sisalduva süsinik-14 aktiivsuse järgi. Süsinikdateerimine on seega muutunud arheoloogide ja antropoloogide jaoks oluliseks töömeetodiks.