Радионуклиды

    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 радионуклиды 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 радионуклидами , 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 радионуклиды определенных элементов. Поэтому их обозначают символами соответствующих химических элементов вверху слева ставят массовое число, например, химические символы радиоактивных изотопов магния (Mg) имеющего радионуклиды 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 радионуклиды 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 радионуклиды 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. a-Распад — самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся испусканием (a-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).

    b-Распад — самопроизвольное превращение ядер, при котором заряд исходного ядра изменяется на единицу, а массовое число остается тем же. b-Распад представляет собой взаимопревращение входящих в состав ядра протонов и нейтронов, сопровождающееся испусканием или поглощением электронов (е^-) или позитронов (е⁺), а также нейтрино (n) и антинейтрино (n) Существует три вида b-распада: 1) электронный; 2) позитронный; 3) электронный захват. При b-распаде происходят взаимные превращения протонов и нейтронов до достижения наиболее выгодного соотношения протонов и нейтронов, обеспечивающего устойчивое содержание ядра.

    Естественные радионуклиды , содержащиеся в горных породах, водоемах и почвах, вместе с космическим излучением являются источниками внешнего радиационного фона. 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 радионуклиды 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 радионуклид определяет особенности макро- и микрогеометрии передачи энергии излучения в клетках и тканях, а также реакцию организма на лучевое воздействие (см. Ионизирующие излучения). Радионуклиды 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 радионуклиды 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 радионуклиды 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 радионуклиды 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 (Т_1/2б). Фактическая убыль Р. из организма измеряется эффективным периодом полувыведения (Т_1/2эф) — временем освобождения организма от половины депонированного вещества путем биологического выведения и физического распада. Это сложный процесс, т.к. в отдельных органах радионуклиды имеют свой Т_1/2б, который может существенно отличаться от такового во всем теле. Например, ¹³¹I в щитовидной железе и во всем теле имеет Т_1/2б = 138 сут., в почках — 7 сут., в костях — 14 сут. Кроме того, в одном и том же органе радионуклиды может иметь несколько Т_1/2б. В табл. приведены величины физического, биологического и эффективного Т_1/2б некоторых Р. для человека.

 

Таблица

Величины периодов полураспада и полувыведения некоторых радионуклидов для организма человека

Радионуклид	Символ	Физический период полураспада, Т1/2ф	Биологический период полувыведения, Т1/2б	Эффективный период полувыведения, 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 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.