Как получают радиоактивные изотопы

До 1934 года были известны лишь немногие, естественные радиоактивные вещества, которые добывались из руд урана и тория. Важнейшим из таких радиоактивных веществ являлся радий. Этот элемент уже в первые годы после его открытия Марией и Пьером Кюри (в конце XIX века) начал применяться в медицине для лечения злокачественных опухолей.

В 1934 году известные французские ученые Фредерик и Ирэн Жолио-Кюри открыли возможность получения искусственных радиоактивных изотопов. С тех пор изучено много ядерных реакций, ведущих к возникновению новых, не встречающихся в природе изотопов. Число таких изотопов исчисляется уже многими сотнями (около 900).

Остановимся на описании только одной ядерной реакции, наиболее важной для получения радиоактивных изотопов, в том числе многих из тех, которые применяются в медицине. Покажем, как протекает эта реакция на примере получения радиоактивного изотопа фосфора из природного фосфора (15P31).

В ядре атома фосфора 15 протонов и 16 нейтронов. При бомбардировке природного фосфора медленными нейтронами, обладающими сравнительно небольшой скоростью, часть нейтронов будет захватываться атомными ядрами фосфора. При этом ядро в момент захвата испускает гамма-излучение.

Реакцию в химических обозначениях можно записать так:

15Р31 + 0n1 =15P32 + гамма-излучение.

0n1 здесь обозначен нейтрон. Ноль слева указывает, что нейтрон не имеет заряда, а единица справа показывает, что масса его равна единице.

В ядре атома фосфора, захватившем нейтрон, число положительных зарядов не изменится, так как присоединившийся нейтрон не обладает зарядом. Не изменится и число электронов в оболочке атома. Оно останется равным числу положительных зарядов ядра, то есть 15. Изменяется лишь соотношение протонов и нейтронов. В новом ядре на 15 протонов приходится уже не 16, а 17 нейтронов. Но при этом новом соотношении ядерные силы, действующие между частицами в ядре атома нового изотопа, уже не могут обеспечить его устойчивости. Происходит перестройка ядра, которая заключается в превращении одного ядерного нейтрона в протон. При этом в ядре возникает и из него вылетает бета-частица. Ядро фосфора становится ядром другого элемента, имеющего в составе ядра уже не 15, а 16 протонов. Это будет сера (S), занимающая соседнюю с фосфором клетку в таблице Менделеева. Вот как сокращенно записывается эта реакция:

15Р32   –> 16S32 + бета-частица.

Полученный таким путем искусственный изотоп фосфора будет радиоактивным.

В настоящее время для получения искусственных радиоактивных изотопов при помощи реакции захвата нейтрона используются чаще всего нейтроны, освобождающиеся при делении ядер урана в ядерных реакторах (атомных котлах) —установках для промышленного получения атомной энергии .

Искусственный радиоактивный изотоп фосфора может быть получен и с помощью других ядерных реакций, при помощи других бомбардирующих частиц, кроме нейтронов, и не только из природного фосфора, а также из других элементов — серы, хлора. С другой стороны, помимо указанного изотопа фосфора, искусственно получены и другие его радиоактивные изотопы. Всего для фосфора их известно четыре, а для йода, например, даже семнадцать.

Из многих сотен различных радиоактивных изотопов только сравнительно немногие применяются в медицине.

Одним из условий для выбора радиоактивного изотопа с целью применения в медицине является подходящая скорость радиоактивного распада. У каждого изотопа в единицу времени распадается строго определенная часть всех имевшихся вначале радиоактивных атомов. Эту часть распадающихся за единицу времени атомов называют постоянной распада. Как показывает само название, она остается неизменной величиной для данного изотопа.

Страница 1 of 212