Радионуклиды

Радиоактивные атомы с данным массовым числом и атомным номером а для изомерных атомов — и с определенным энергетическим состоянием атомного ядра. Атомы являются сложными системами, состоящими из частиц — волн трех категорий. Протонов и нейтронов в ядре атома и электронов окружающих ядро и образующих электронную оболочку. На ядро приходится почти вся масса атома. Общее число протонов и нейтронов (нуклонов) составляет массу нуклида. Некоторые могут находиться в различных ядерно-энергетических состояниях. Одно из этих состояний представляют изотопы — нуклиды с одинаковым числом протонов, другое — изобары — атомы с различным числом протонов и нейтронов, но с одинаковым массовым числом (например, ). Радионуклиды широко применяются в народном хозяйстве, технике, науке и медицине.

С их помощью изучают физиологические и биохимические процессы в норме и при патологии, а так же закономерности миграции и обмена химических элементов в окружающей среде, организме животных и человека. Получены данные о закономерностях рассеяния искусственных и естественных Р. В общепланетарном масштабе и поведении их в отдельных экологических системах, о процессах круговорота веществ и энергии, взаимодействия природных сфер (атмосфер гидросферы, суши) между собой. В медицинской практике Р. Применяют для лечения и диагностики различных заболеваний, а так же для радиационной стерилизации медицинских изделий, материалов, медикаментов. В клинике используют радиодиагностические и радиотерапевтические препараты (открытые радиофармацевтические препараты) и закрытые радиоизотопные источники излучения.

Знакомство практического врача с Р., особенностями их биологического действия (см. Радиотоксикология) необходимо в связи с реальной возможностью радиоактивного загрязнения местности в результате аварий на ядерных производствах, как это имело место на Чернобыльской АЭС, когда огромные контингенты населения подверглись воздействию самых разнообразных радионуклидов. Радиоактивные изотопы — это Р. Определенных элементов. Поэтому их обозначают символами соответствующих химических элементов вверху слева ставят массовое число, например, химические символы радиоактивных изотопов магния (Mg) имеющего Р. С массовыми числами 20, 21, 22, 23, 27, 28, — 20Mg, 21Mg, 22Mg, 23Mg, 27Mg, 28Mg. Все Р. Делятся на естественные, или природные, и искусственные, получаемые при ядерных реакциях.

Число естественных Р. Сравнительно невелико (100). Искусственные Р. Получены у всех без исключения элементов периодической системы, число их приближается к 1500, что не является пределом. Практически устойчивыми считают все элементы периодической системы Д.И. Менделеева, начиная от водорода (Н), значащегося под № 1, и кончая висмутом (Bi), значащимся под № 83, за исключением технеция (Тс) — № 43 и прометия (Рм) — № 61. Все элементы, следующие за висмутом, радиоактивны. Среди практически устойчивых элементов есть ряд элементов, природные атомы которых в той или иной степени радиоактивны, — это калий (К), рубидий (Rb), индий (In), лантан (La), самарий (Sm), лютеций (Lu) и рений (Re). Естественные Р. Связаны друг с другом генетическим родством и образуют так называемые ряды, или семейства.

В каждом семействе процесс распада, начавшись с ядра-прародителя и пройдя через целую серию промежуточных дочерних ядер, также нестойких, заканчивается на устойчивом нерадиоактивном ядре — потомке. Ядра-прародители. Атом урана (U) с массой 238, возглавляющий радиоактивное семейство урана. Атом тория (Th) с массой 232, атом урана с массой 235, называвшийся ранее актиноураном. Конечные ядра, являющиеся продуктами многоступенчатых превращений в этих семействах, — ядра изотопов свинца (Pb) с массой 206, 208, 207. Известно несколько видов радиоактивных превращений. Α-Распад — самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся испусканием (α-частиц, т. Е. Двух протонов и двух нейтронов, образующих ядро 42Не. В результате заряд исходного ядра уменьшается на 2, а общее число нуклидов, или массовое число, — на 4 единицы (например, 22688Ra → 22288Ra + 4Не).

Β-Распад — самопроизвольное превращение ядер, при котором заряд исходного ядра изменяется на единицу, а массовое число остается тем же. Β-Распад представляет собой взаимопревращение входящих в состав ядра протонов и нейтронов, сопровождающееся испусканием или поглощением электронов (е-) или позитронов (е+), а также нейтрино (ν) и антинейтрино (ν) Существует три вида β-распада. 1) электронный. 2) позитронный. 3) электронный захват. При β-распаде происходят взаимные превращения протонов и нейтронов до достижения наиболее выгодного соотношения протонов и нейтронов, обеспечивающего устойчивое содержание ядра. Естественные Р., содержащиеся в горных породах, водоемах и почвах, вместе с космическим излучением являются источниками внешнего радиационного фона (Радиационный фон).

40К и радионуклиды урана и тория, которые находятся в организме в равновесных концентрациях в результате поступления с пищей, питьевой водой и атмосферным воздухом, являются источниками внутреннего облучения. За счет естественных Р., содержащихся в строительных материалах, выбросах электростанций в результате сжигания ископаемого топлива, светосоставах некоторых приборов и часов, формируется техногенный радиационный фон (см. Радиационный фон). Искусственные Р. Получают на ядерных реакторах и ускорителях заряженных частиц. Уже синтезированы заурановые элементы (№ 93—103). Элементом № 103 (лоуренсием) заканчивается серия элементов под названием «актиниды». Искусственным путем были получены курчатовий — 260104Ku, нильсборий — 261(260) Ns.

Последний по химическим свойствам является аналогом тантала (Та). Радионуклиды различаются физическим периодом полураспада, (Т1/2ф — время, в течение которого число ядер данного Р. В результате самопроизвольных ядерных превращений уменьшается в 2 раза), видом распада, энергией частиц, удельной активностью и удельной массой. Активность нуклида в радиоактивном источнике в системных единицах измеряется к беккерелях (Бк). Внесистемной единицей является кюри (ku). 1 ku = 3,7․1010Бк. Каждый Р. Определяет особенности макро- и микрогеометрии передачи энергии излучения в клетках и тканях, а также реакцию организма на лучевое воздействие (см. Ионизирующие излучения). Р. Поступают в организм через органы дыхания, пищеварительный тракт, кожу, царапины, раны, ожоговую поверхность.

Наиболее реальными источниками поступления Р. Являются воздух, зараженный радиоактивными газами и аэрозолями, а также продукты питания и вода. Величина коэффициента резорбции (всасывания) Р. Из места его поступления, а также дальнейшее поведение в организме определяются химическими свойствами элементов (растворимостью, способностью к гидролизу), физико-химическим состоянием, сродством элементов и их соединений тканям и физиологическими факторами. По характеру распределения в организме Р. Условно делят на 4 группы. 1) сравнительно равномерно распределяющиеся (134Cs, 137Cs, 24Na, 106Ru, 210Ро, 95Nb, 14С, 32S). 2) остеотропные (89Sr, 90Sr, 140Ва, 226Ra, 224Ra, 40Са, 90Y, 91Y). 3) накапливающиеся преимущественно в органах ретикулоэндотелиальной системы и скелете (144Се, 147Pm, 241Am, 238Pu, 239Pu, 227As, 140La).

4) избирательно накапливающиеся в отдельных органах и тканях (радиоактивные изотопы йода — в щитовидной железе, 59Fe — в эритроцитах, 65Zn — в поджелудочной железе, 99Мо — в радужной оболочке глаза). Наибольшее количество Р. Выделяется через желудочно-кишечный тракт, особенно плохо из него всасывающиеся трансурановые элементы, лантаноиды. Растворимые соединения, а также Р. С равномерным типом распределения (тритий, цезий) выделяются через почки. Основное количество газообразных веществ выводится через кожу и легкие. Наибольшее количество Р. Выделяется в первые дни после поступления. Длительно задерживаются Р. С большой атомной массой, находящиеся в организме и коллоидном состоянии (210Po, 226Ra, 238U) и редкоземельные элементы Р., образующие коллоидные комплексы с белками, поступают в печень и выводятся с желчью.

Скорость обмена Р. В тканях характеризуется биологическим периодом полувыведения — временем, в течение которого выводится половина поступившего в организм радиоактивного вещества (Т1/2б). Фактическая убыль Р. Из организма измеряется эффективным периодом полувыведения (Т1/2эф) — временем освобождения организма от половины депонированного вещества путем биологического выведения и физического распада. Это сложный процесс, т.к. В отдельных органах Р. Имеют свой Т1/2б, который может существенно отличаться от такового во всем теле. Например, 131I в щитовидной железе и во всем теле имеет Т1/2б = 138 сут., в почках — 7 сут., в костях — 14 сут. Кроме того, в одном и том же органе Р. Может иметь несколько Т1/2б. В табл. Приведены величины физического, биологического и эффективного Т1/2б некоторых Р.

Для человека.ТаблицаВеличины периодов полураспада и полувыведения некоторых радионуклидов для организма человека--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| Радионуклид | Символ | Физический период | Биологический  | Эффективный || | | полураспада, Т1/2ф | период | период || | | | полувыведения,  | полувыведения, || | | | Т1/2б | Т1/2эф  ||-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|| Тритий | 3H | 12,3 г. | 12 сут.  | 12 сут.  ||-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|| Углерод  | 14C | 5730 лет | 10 сут.

 | 10 сут.  ||-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|| Натрий | 24Na  | 15 ч  | 11 сут.  | 14 ч ||-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|| Фосфор  | 32P | 14,3 сут.  | 257 сут. | 13,5 сут. ||-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|| Железо | 55Fe | 2,7 г. | 1680 сут | 819 сут. ||-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|| Цинк | 65Zn | 243,9 сут.

| 1959 сут. | 218 сут. ||-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|| Стронций  | 90Sr | 29,12 г.  | 35,6 лет | 15,6 лет ||-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|| Йод | 131J | 8,04 сут.  | 138 сут. | 7,6 сут.  ||-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|| Цезий  | 137Cs  | 30,174 г. | 70 сут.  | 70 сут.  ||-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|| Плутоний  | 239Pu  | 2,4065․104 лет | 178 лет | 175 лет ||-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|| Америций | 241Am  | 433 г.

| 55 лет  | 49,3 г.  |-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Воздействие Р. В количествах (дозах), превышающих предельно допустимые величины, ведет к развитию лучевой болезни (Лучевая болезнь) с преимущественным поражением органов депонирования или всего организма (при поражении равно мерно распределяющимися радионуклидами, например, 3Н или 137Cs). В зависимости от количества, пути и длительности поступления Р. Возможно развитие острых, подострых и хронических радиационных эффектов, а также отдаленных последствий. Поступление радионуклидов в организм и содержание их в нем у лиц, работа которых связана с профессиональными вредностями, а также у отдельных лиц из населения и у всего населения в СССР регламентируются нормами радиационной безопасности НРБ—76/87, которые устанавливают систему дозовых пределов, и основными санитарными правилами работы с радиоактивными веществами ОСП—72/87 (см.

Радиационная безопасность). См. Также Радионуклидная диагностика. Библиогр. Моисеев А.А. И Иванов В.И. Справочник по дозиметрии и радиационной гигиене, М., 1984. Москалев Ю.И. Радиобиология инкорпорированных радионуклидов, М., 1989. Нормы радиационной безопасности НРБ—76/87 и «Основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений ОСП-72/ 87», под ред. Г.М. Аветисова, М., 1988. Радионуклидная диагностика, под ред. Ф.М. Лясса, М., 1983..