Радіоактивніізотопи і сполуки, мічені радіоактивними ізотопами, широко застосовуються всамих різних областях людської діяльності. Промисловість ітехнологічний контроль, сільське господарство і медицина, засоби зв'язку інаукові дослідження - охопити весь спектр застосування радіоактивних ізотопівпрактично неможливо, хоча всі вони виникли трохи більше, ніж за 100 років.Представлений нижче матеріал присвячений використанню радіоактивних ізотопів врізних молекулярно-біологічних дослідженнях і єнавчально-методичним посібником, а не суворої наукової публікацією. На жаль, значначастина початківців молодих вчених, що працюють в області life science,уявляє собі специфіку робіт з радіоактивними речовинами поверхнево іфрагментарно. Це не дивно, так як в Росії освіту на медичних ібіологічних факультетах не дає ні основних теоретичних уявлень прорадіоактивності, ні практичних навичок у цій області. У хіміків ситуаціякраще, тому що деякі основні поняття про природу радіоактивності входять внавчальну програму.
Хоча представлений матеріал розрахований на малопідготованих читача,сподіваюся, що він може виявитися корисним і для професіоналів.
1. Основні поняття ітермінологія
Радіоактивність ( Radioactivity ) - це позначення дивного явища природи,відкритого Беккерелем в кінці XIX століття, суть якого полягає вмимовільному спонтанному перетворенні атомних ядер деяких елементів вінші, яке супроводжується виділенням трьох видів "променів". Природупроменів встановили швидко: О±-промені - це двократно іонізовані атоми гелію,ОІ-промені - це електрони, Оі-промені - це жорстке короткохвильовеелектромагнітне випромінювання. Елементи, здатні до таких перетворень сталиназиватися радіоактивними, тобто здатними до цього перетворенню. В залежностівід типу випромінювання, радіоактивні атоми стали визначати відповідно якО±, ОІ або Оі випромінювачі або джерела. Правда, незабаром буловстановлено, що деякі радіоактивні атоми випромінюють відразу два (а можливо,і три) виду променів, тому така класифікація доповнюється поясненнями - це"Чистий" О±-випромінювач або мається супутнєОі-випромінювання. До початковою трьом типам ядерних перетворень (О±,ОІ і Оі - радіоактивний розпад) додалися нові, проте, загальнізакономірності для всіх залишилися незмінними. В кінці ХХ століття булорекомендовано термін "ізотоп" замінити на "нуклід" і,відповідно, "радіоактивний ізотоп" на "радіонуклід".Особливо широкого поширення це нововведення не отримало, і обидва термінивикористовуються в науковій літературі як синоніми.
Кількіснахарактеристика радіоактивності отримала у фізиків назву " активність "( Activity ). Так як фізикам ніхто не давав монопольного права натермін "активність", то з часом з'ясувалося, що в різних областяхнауки під "активністю" розуміють зовсім різні поняття. Порівняйте:активність радіоактивного ізотопу, хімічна активність елемента абоз'єднання, ензимологічні активність ферменту, біологічна (наприклад,антивірусна) активність препарату - все це абсолютно різні поняття.Зближення різних наукових дисциплін ще більше заплутує положення.Спробуйте охарактеризувати фермент, мічений радіоактивним ізотопомвуглецю-14. Активність такого ферменту - це його ензимологічніхарактеристика або радіоактивна? Тому в сучасній науковій літературі(Особливо біологічної) все частіше термін "активність" длярадіоактивних речовин замінюється терміном "радіоактивність".
За одиницю активності(Радіоактивності) радіоактивної речовини в Міжнародній системі СІ прийняташвидкість радіоактивного розпаду, рівна 1 розпаду в секунду, яка отрималаназву бекерель - Бк (в англійській версії Bq). Застаріла, але як і ранішевикористовувана одиниця активності кюрі - Кі (в англійській версії Ci) - цеактивність препарату, еквівалентна активності 1 г металевого радію-226 і рівна3,7 х10 10 розпадів в секунду, тобто 3,7 х10 10 Бк.
Строго кажучи,радіоактивний розпад - це перетворення ядра атома радіоактивного елемента,яке супроводжується виділенням продуктів такого перетворення. Наприклад,електронний захоплення представляє собою поглинання електрона ядром з виділеннямОі-кванта, і такий тип "радіоактивного розпаду" більш точнослід називати "ядерним перетворенням". Втім, обидва термінивикористовуються в літературі на рівних, незважаючи на перевагу "ядерногоперетворення ".
Основний законрадіоактивного розпаду описується чудовою формулою:
N t = N 0 e -О»t
де:
N t - кількість распавшихсярадіоактивних атомів;
N 0 - початкова кількістьрадіоактивних атомів;
е - основа натурального логарифма;
О» - константа швидкості радіоактивногорозпаду;
t - час.
На практиці дляроботи нею ніхто не користується, проте, з цієї формули слід відразу кількадосить простих, але дуже важливих висновків і наслідків, які треба знати всімпрацюють з радіоактивними ізотопами:
1.Кількість радіоактивних атомів, що розпалися за деякий часспостереження, залежить тільки від їх початкової кількості і часу спостереження(Розпаду). Ніякі інші параметри: астрономічні, фізичні, хімічні,парапсихологічні і "чарівні" на радіоактивний розпад не впливають.Константа швидкості радіоактивного розпаду [О»] (іноді її називаютьконстантою розпаду) визначається тільки природою ізотопу і для кожного ізотопумає свою величину. Всі спроби уповільнити радіоактивний розпад охолодженням(Навіть в рідкому азоті) або прискорити розпад нагріванням абсолютно безглузді.Ви можете впливати на стабільність хімічної сполуки, змінюючи температуру йогозберігання, але кількість радіоактивних атомів в препараті при цьому не зміниться.
2.Швидкість радіоактивного розпаду змінюється по експоненті (тобто нелінійно),і розраховувати кількість радіоактивного матеріалу в вашому препараті треба зурахуванням цього факту, користуючись або вищенаведеної формулою, абовідповідними таблицями розпаду (що зазвичай і роблять на практиці).
3.Уявіть собі, що у формулі радіоактивного розпаду N t =1/2 N 0 , тобто розпалася рівно половина радіоактивних атомів,містяться в препараті. Час цього процесу - константа Т 1 -називається періодом напіврозпаду. Фізичний зміст - час, за якийрозпадається половина радіоактивних атомів даного ізотопу. Ця величина вельмикорисна для працюючих з радіоактивністю, тому дозволяє швидко оцінити"Втрати на розпад" препарату.
4.Фізичний зміст константи швидкості радіоактивного розпаду [О»] -це активність 1 благаючи (або ммоля) 100% радіоактивного ізотопу івідповідно розмірність цієї константи - Бк/моль (Bq/mol) або Кі/ммоль(Ci/mmol). Тобто, це теоретично досяжна молярна активність (активністьодного моля радіоактивної речовини), знання якої дозволяє оцінитичутливість методу і якість радіоактивного препарату. Нижче про це будесказано докладніше.
2. Детекція ікількісні вимірювання радіонуклідів
Детектуваннярадіоактивного розпаду засноване на його різних фізичних властивостях:
5.здатність взаємодіяти з кристалами бромистого срібла,засвічуючи світлочутливі матеріали, - авторадіографія,
6.здатність викликати "світіння" при зіткненні продуктіврозпаду з деякими речовинами - сцинтилляция,
7.здатність іонізувати молекули навколишнього середовища продуктамирадіоактивного розпаду - іонізація,
8.здатність викликати дефекти в кристалічних гратах,
9.здатність здійснювати (або каталізувати) деякі хімічні реакції.
Всі ці здібностібули задіяні при створенні різних вимірювальних приладів і індикаторіврізного призначення. Однак, для вимірювання активності, тобто кількостіядерних перетворень за одиницю часу, найбільш широке розповсюдження отрималиприлади, засновані на використанні сцинтиляції або іонізації. При цьому вlife science використовують, як правило, сцинтиляційні прилади іавторадіогра...
