Меченые атомы помогают исследовать процессы, происходящие в живых
организмах, изучать глобальные изменения климата, а также
диагностировать рак. Как был разработан метод радиоактивных
индикаторов и что помогает идентифицировать злокачественную
опухоль?Это материал из гида Радиация: яд или лекарство,
приуроченного к 75-летию атомной промышленности. Партнер гида
Росатом.История радиоактивныхиндикаторовРодоначальником метода
радиоактивных индикаторов считается венгерский ученый Дьёрдь
Хевеши, который еще на заре науки об атомном ядре работал в
лаборатории известного физика Эрнеста Резерфорда. Резерфорду
австрийское правительство подарило довольно большое количество
радиоактивных отходов массу свинца, содержащего радиоактивный
материал, а именно радий D, который является одним из продуктов
распада радия. Радиоактивный материал в таком виде невозможно было
использовать, и поэтому Резерфорд дал своему молодому коллеге
вполне решаемую, на его взгляд, задачу: отделить радий D от
свинца.Хевеши потратил на решение этой задачи изрядное количество
времени, но не преуспел: как он ни старался, отделить радий D от
свинца ему не удалось. Обескураженный неудачей и тем, что он не
оправдал надежд Резерфорда, Хевеши тем не менее пришел к выводу,
что радий D является не чем иным, как радиоактивной разновидностью
свинца, своего рода детектируемой меткой, и что его можно
использовать для исследования поведения свинца в самых разных
химических процессах, поскольку неотделимый от свинца радий D ведет
себя абсолютно так же, как и свинец. В частности, Хевеши предложил
использовать радий D для определения растворимости хромата свинца,
что стало одним из приложений метода радиоактивных индикаторов.В то
время, когда Хевеши работал у Резерфорда, он снимал жилье у
квартирной хозяйки, которая также готовила ему еду. Ученый
заподозрил, что она повторно использует продукты, оставшиеся от
прежней трапезы. Тогда Хевеши взял радиоактивный материал и после
того, как поел, добавил его в остатки еды, а на следующий день
измерил уровень радиоактивности в свежей пище электроскоп показал
повышенный уровень радиоактивности. Эта история показывает, как еще
можно использовать метод радиоактивных индикаторов, хотя она
кажется нам странной сейчас, когда мы знаем, какое влияние
оказывает на организм радиоактивность.Зачем нужны радиоактивные
индикаторыС этого началась эпоха в науке, связанная с исследованием
радиоактивных индикаторов. Одно из первых важных открытий, которое
сделал Хевеши, заключалось в том, что метод радиоактивных
индикаторов можно применять в том числе для изучения биологических
процессов. О том, что организм постоянно обновляется, догадывались
и философы, и биологи, жившие до Хевеши, но прямых доказательств
того, что все атомы нашего организма находятся в динамическом
состоянии, не было.За открытие метода радиоактивных индикаторов
Хевеши получил Нобелевскую премию. Преимущество этого метода перед
остальными заключается в его сверхвысокой чувствительности: ядерные
методы позволяют регистрировать отдельные события, например
отдельные распады ядер, и, соответственно, чувствительность
достигает единичных атомов, ядер и так далее. Сейчас этот метод
применяется в самых разных областях, и одна из наиболее важных сфер
индустриальная, в рамках которой изучаются процессы смешения,
диффузии, перемешивания газов, жидкостей и так далее. Кроме того,
это исследование биологических процессов: с помощью радиоактивных
элементов можно увидеть, как устроен метаболизм в живых организмах
и что происходит внутри растений.Метод радиоактивных индикаторов
также широко применяется в медицине, в которой он известен под
названием радионуклидная диагностика. Ядерная медицина предполагает
введение препарата, содержащего радиоактивный изотоп, в организм
человека. Обычно используют биологически активные соединения,
например аминокислоты: в аминокислоте стабильный углерод заменяется
углеродом-11 короткоживущим радиоактивным изотопом, и, наблюдая за
распространением аминокислоты по организму и ее участием в
метаболизме, мы можем понять, что происходит в организме человека
скажем, присутствуют ли в органах и тканях те или иные
нарушения.Один из наиболее распространенных препаратов,
использующихся при медицинских исследованиях, это
фтордезоксиглюкоза (фтор-18), которая является радиоактивным
аналогом глюкозы и отличается тем, что в ней гидроксильная группа
заменена радиоактивным фтором. До определенного момента
фтордезоксиглюкоза ведет себя так же, как и обычная глюкоза. Но
накапливается она быстрее в опухолевых клетках, которые отличаются
ускоренным метаболизмом и гораздо интенсивнее остальных потребляют
глюкозу, благодаря этому очень удобно идентифицировать довольно
большое количество злокачественных опухолей. Сейчас этот метод,
который называют позитронно-эмиссионной томографией (ПЭТ), является
одним из наиболее высокотехнологичных современных методов
медицинской диагностики.Необходимо также отметить применение метода
радиоактивных индикаторов в исследованиях окружающей среды,
например океанских течений. Сейчас никто не станет, как делал
Хевеши, добавлять, допустим, в море радиоактивные материалы с целью
провести эксперимент. Но сама жизнь неоднократно ставила такие
эксперименты: в результате переработки облученного ядерного топлива
в окружающую среду, в том числе в море, было выброшено огромное
количество разнообразных радиоактивных изотопов особенно отличились
здесь западноевропейские перерабатывающие предприятия. И по
распределению в Мировом океане изотопа йод-129, период полураспада
которого составляет около 16 миллионов лет, можно отследить
поверхностные течения, смешение арктических и атлантических водных
масс и найти ответы на самые разные вопросы, которые стоят перед
учеными в исследованиях глобальных изменений климата.
