Области применения изотопов

Изотопы, выпускаемые ЭХЗ →

Считается, что изотопный состав большинства химических элементов во всех материалах одинаков или варьируется в небольшом диапазоне известных значений. Однако, некоторые физические процессы в природе приводят к заметному изменению изотопного состава элементов, и обнаружение таких изменений используется в научных исследованиях. Более того, в технологической деятельности люди научились изменять изотопный состав химических элементов для получения каких-либо специфических свойств материалов. 

1. МЕТОД «МЕЧЕНЫХ» АТОМОВ

Метод «меченых» атомов — это использование стабильных и радиоактивных изотопов в качестве индикаторов для изучения распределения и путей перемещения вещества в разнообразных системах.

В биологии — исследование процессов биосинтеза, обмена веществ, изучение структуры и функций сложных биологических молекул.

В медицине — изучение динамики активности тех или иных органов, диагностика заболеваний, радиоимунный анализ, авторадиография, сцинтиграфия и т.д.

В сельском хозяйстве — изучение процессов фотосинтеза, изучение усвояемости удобрений и определение эффективности использования растениями азота, фосфора, калия, микроэлементов, водных ресурсов; определение солевого режима почв, исследование эффективности применения, переноса и динамики распада агрохимикатов и пестицидов.

В экологии — определение причин и масштаба загрязнения, исследование глобальных путей переноса, накопления и динамики распада загрязняющих веществ в воде, воздухе и почвах, исследование причин возникновения парникового эффекта.

В гидрогеологии — изучение подземных и поверхностных вод, определение механизмов подпитки подземных вод, получение данных о литологии, пористости и проницаемости водоносных горизонтов, динамика озёр и водоёмов, утечка через дамбы, измерение расхода рек, перенос донных и взвешенных отложений.

В физике — исследование кристаллизации веществ, структуры и однородности высокотемпературных сверхпроводников, тонких плёнок, изучение диффузии примесей в полупроводниках.

В химии — определение качественного и количественного состава веществ, определение растворимости, плотности насыщенных паров, коэффициентов диффузии, исследования в области химической кинетики и электрохимии, изучение гетерогенного катализа, изучение механизмов и кинетики органических реакций.

В промышленности — определение расхода материалов, скорости и длительности протекания технологических процессов, исследование процессов диффузии, сорбции, фазовых превращений, разделения смесей, изучение процессов смешивания, определение однородности смесей, времени смешивания и характеристик смесителей, обнаружение течей, исследование коррозии, износа, процессов смазки.

2. ИЗОТОПЫ КАК ИСТОЧНИКИ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Нестабильные изотопы используются как источники радиоактивного (α-, β-, γ- и нейтронного) излучения, используемого для решения практических задач в различных областях науки и техники.

В биологии — мутации живых организмов, индуцированные радиоактивным излучением.

В медицине — диагностическое оборудование, терапевтическая ядерная медицина (телетерапия, брахитерапия), радиационная стерилизация медицинского оборудования.

В сельском хозяйстве — разведение высококачественных, хорошо адаптированных к местным условиям и устойчивых к болезням сельскохозяйственных и садовых растений с помощью радиационно-индуцированных мутаций, борьба с вредными насекомыми путём их стерилизации или генетического изменения с помощью излучения, уменьшение потерь урожая с помощью облучения.

В геологии — радиометрический полевой анализ, активационные методы поиска и разведки в геофизике.

В физике — ядерно-физические эксперименты.

В технике — методы измерений, основанные на измерении поглощения радиоактивного излучения (толщиномеры, измерители длины, измерители уровня), активационные методы (измерители плотности, влажности), активационное выявление взрывных устройств, гамма-радиография, гамма-дефектоскопия, нейтронная радиография, детекторы дыма, образцовые источники разных типов излучения для калибровки детекторов, радиоактивные ионизаторы среды для снятия статического электричества, светосоставы длительного действия, датчики уровня, толщины и др.

В ядерной энергетике — радионуклидный термоэлектрический генератор (РИТЭГ). Действие РИТЭГ основано на преобразовании тепла, выделяемого при радиоактивном распаде, в электрическую энергию постоянного тока с помощью полупроводниковой термоэлектрической батареи. РИТЭГи применимы как источники энергии для автономных систем, удалённых от традиционных источников электроснабжения и нуждающихся в сравнительно небольшой электрической мощности (несколько десятков-сотен ватт) при очень длительном времени работы. РИТЭГи применялись в космических аппаратах, зондах (если условия их работы делали  неэффективным или невозможным использование солнечных батарей);  в навигационных маяках, радиомаяках, метеостанциях (в частности, обслуживавших Северный морской путь, СССР), в морских буях и подводных установках (США)..

В микроэлектронике — радиационный отжиг полупроводников.

3. ИНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОТОПОВ

В биологии, физике, химии — исследования структуры и свойств веществ методами ядерного магнитного резонанса.

В физике — ядерно-физические эксперименты, мёссбауэровская спектроскопия на основе ядерного гамма-резонанса (ЯГР, или эффект Мёсбауэра).

В лазерной физике — сужение линий генерации лазеров и перестройка частоты их излучения.

В химии — нейтронно-активационный анализ, используемый для определения концентраций химических элементов в твёрдых телах, жидкостях, суспензиях, растворах и газах. После бомбардировки нейтронами в образце образуются элементы с радиоактивными изотопами, обладающими коротким периодом полураспада, по спектрам излучения которых и определяются концентрации элементов. Особое преимущество метода в том, что он не разрушает образец, а продолжительность наведенной радиации обычно составляет от нескольких наносекунд до часов. Метод часто используется для анализа произведений искусства и исторических артефактов.

В ядерной энергетике — топливо для атомных электростанций.

В реакторостроении — конструкционные материалы, замедлители и поглотители нейтронов (используются малые или, наоборот, большие сечения поглощения нейтронов теми или иными изотопами).

В производстве изотопов — получение других стабильных и радиоактивных изотопов в ядерных реакциях на ускорителях и реакторах.

В медицине — томография с использованием ядерного магнитного резонанса (ЯМР), позитронная томография (ПЭТ), магнитно-резонансная томография (МРТ).

Приведённый перечень далеко не полон и охватывает лишь наиболее важные и наиболее известные области применения изотопов.

К таблице выпускаемых изотопов