Понятие о радионуклидах. Виды ионозирующих излучений. Радионуклиды Sr-90, Cs- 137, I-131. Радиолиз воды.

 

Радионуклиды, нуклиды, ядра которых радиоактивны. По типам радиоактивного распада различают α- радионуклиды, β- радионуклиды, радионуклиды, ядра которых распадаются по типу электронного захвата, и радионуклиды, ядра которых подвержены спонтанному делению (см. Радиоактивность). Испускание радиоактивными ядрами α- и β-частиц, а также электронный захват обычно сопровождаются испусканием рентгеновского или γ-излучения, поэтому большинство радионуклидов представляет собой источники электромагнитного излучения. Например, источником γ-излучения являются ядра β-радиоактивного ⁶⁰Со, широко используемого в так называемых кобальтовых пушках и др. радионуклидных приборах. Число "чистых" радионуклидов, при распаде ядер которых испускается только корпускулярное α- или β-излучение, не сопровождаемое электромагнитным излучением, невелико. К "чистым" β-излучателям относятся T (³Н), ¹⁴С, ³⁵S, ³²P и некоторые др.

Общее число известных радионуклидов превышает 1800; осуществление ядерных реакций приводит к синтезу новых радионуклидов. Сведения о типах распада и периодах полураспада Т _1/2 радионуклидов, имеющих практическое применение, приведены в статьях об отдельных химических элементах.

В зависимости от устойчивости ядер радионуклиды подразделяют на короткоживущие и долгоживущие; четкой границы между этими понятиями нет. Условно принимают, что радионуклиды, у которых Т _1/2 менее 10 суток, относятся к короткоживущим, а радионуклиды с большими периодами полураспада – к долгоживущим. В связи с развитием экспрессной экспериментальной техники все большее практическое значение приобретают радионуклиды с малыми Т _1/2 (несколько секунд или десятки секунд, например ¹⁶N (T _1/2 7,13 с), ¹⁹О (T _1/2 27 с). Важное преимущество таких радионуклидов состоит в том, что их полный распад происходит за короткое время – несколько минут, поэтому такие радионуклиды практически безвредны, их можно использовать для анализа продуктов, различных потребительских товаров.

Ионизи́рующее излуче́ние — различные виды микрочастиц и физических полей, способные ионизировать вещество. В более узком смысле к ионизирующему излучению не относят ультрафиолетовое излучение и излучение видимого диапазона света, которое в отдельных случаях также может быть ионизирующим. Излучение микроволнового и радиодиапазонов не является ионизирующим.Природа ионизирующего излученияНаиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения: коротковолновое электромагнитное излучение (рентгеновское и гамма-излучения), потоки заряжённых частиц: бета-частиц (электронов и позитронов), альфа-частиц (ядер атома гелия-4), протонов, других ионов, мюонов и др., а также нейтронов.В природе ионизирующее излучение обычно генерируется в результате спонтанного радиоактивного распада радионуклидов, ядерных реакций (синтез и индуцированное деление ядер, захват протонов, нейтронов, альфа-частиц и др.), а также при ускорении заряженных частиц в космосе (природа такого ускорения космических частиц до конца не ясна). Искусственными источниками ионизирующего излучения являются искусственные радионуклиды (генерируют альфа-, бета- и гамма-излучения), ядерные реакторы (генерируют главным образом нейтронное и гамма-излучение), радионуклидные нейтронные источники, ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц, а также тормозное фотонное излучение), рентгеновские аппараты (генерируют тормозное рентгеновское излучение).Биологическое действие ионизирующих излученийИонизация, создаваемая излучением в клетках, приводит к образованию свободных радикалов. Свободные радикалы вызывают разрушения целостности цепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и канцерогенезу и мутагенезу. Наиболее подвержены воздействию ионизирующего излучения активно делящиеся (эпителиальные, стволовые, также эмбриональные) клетки.

Виды ионизирующих излучений и их свойства Наиболее разнообразны по видам ионизирующих излучений так называемые радиоактивные излучения, образующиеся в результате самопроизвольного радиоактивного распада атомных ядер элементов с изменением физических и химических свойств последних. Элементы, обладающие способностью радиоактивного распада, называются радиоактивными; они могут быть естественными, такие, как уран, радий, торий и др. (всего около 50 элементов), и искусственными, для которых радиоактивные свойства получены искусственным путем (более 700 элементов).

При радиоактивном распаде имеют место три основных вида ионизирующих излучений: альфа, бета и гамма.Альфа-частица — это положительно заряженные ионы гелия, образующиеся при распаде ядер, как правило, тяжелых естественных элементов (радия, тория и др.). Эти лучи не проникают глубоко в твердые или жидкие среды, поэтому для защиты от внешнего воздействия достаточно защититься любым тонким слоем, даже листком бумаги.Бета-излучение представляет собой поток электронов, образующихся при распаде ядер как естественных, так и искусственных радиоактивных элементов. Бета-излучения обладают большей проникающей способностью по сравнению с альфа-лучами, поэтому и для защиты от них требуются более плотные и толстые экраны. Разновидностью бета-излучений, образующихся при распаде некоторых искусственных радиоактивных элементов, являются. позитроны. Они отличаются от электронов лишь положительным зарядом, поэтому при воздействии на поток лучей магнитным полем они отклоняются в противоположную сторону.

Из организма быстро выводятся радиоактивные вещества, концентрирующиеся в мягких тканях и внутренних органах (цезий, молибден, рутений, йод, теллур), медленно - прочно фиксированные в костях (стронций, плутоний, барий, иттрий, цирконий, ниобий, лантаноиды). Из большого числа радионуклидов наибольшую значимость как источник облучения населения представляют стронций-90 и цезий-137.
Стронций - 90. Период полураспада этого радиоактивного элемента составляет 29 лет. При попадании стронция внутрь его концентрация в крови уже через 15 мин достигает значительной величины, а в целом этот процесс завершается через 5 часов. Стронций избирательно накапливается в основном в костях и облучению подвергаются костная ткань, костный мозг, кроветворная система. Вследствие этого развивается анемия, называемая в народе "малокровием". Исследования показали, что радиоактивный стронций может находиться и в костях новорожденных. Через плаценту он проходит в течении всего периода беременности, причем в последний месяц перед рождением в скелете его накапливается столько же, сколько аккумулировалось за все предыдущие восемь месяцев. Биологический период полвыведения стронция из скелета составляет свыше 30 лет. Ускорение выведения из организма стронция является труднейшей задачей. По крайней мере до сих пор не найдено высокоэффективных средств для быстрого выведения этого радиоактивного элемента из организма.
Цезий - 137. После стронция-90 цезий-137 является самым опасным радионуклидом для человека. Он хорошо накапливается растениями, попадает в пищевые продукты и быстро всасывается в желудочно-кишечном тракте. Цезий-137 - долгоживущий радионуклид, период его полураспада составляет 30 лет. До 80% цезия откладывается в мышечной ткани. Биологические процессы эффективно влияют на цезий, поэтому в отличие от стронция, биологический период полувыведения цезия у взрослых людей колеблется от 50 до 200 суток, у детей в возрасте 6 - 16 лет от 46 до 57 суток, у новорожденных - 10 суток. Причем около 10% нуклида быстро выводятся из организма, остальная часть - более медленными темпами. Но в любом случае ежегодное его содержание в организме практически определяется поступлением нуклида с рационом в данном году.

Радио́лиз — разложение химических соединений под действием ионизирующих излучений. При радиолизе могут образовываться как свободные радикалы, так и отдельные нейтральные молекулы. Радиолиз в рассматриваемом контексте следует отличать от фотолиза, формально приводящего к тем же результатам для менее прочных химических связей, например для случаев фоторазложения бинарных молекул хлора под действием ультрафиолета или разложения либополимеризации фоторезиста при засветке.

Примером радиолиза может служить распад молекулы воды под действием альфа-излучения.

Радиолиз воды:

гидроксильный радикал

пероксид водорода

Радиолиз может радикально смещать равновесие химических реакций, инициировать и катализировать прохождение реакций, в иных условиях невозможных.

Радиолиз изучается радиационной химией и имеет прикладное значение применительно к первичным радиобиологическим процессам в радиобиологии.

Количественной характеристикой радиолиза является величина радиационно-химического выхода.