Кіріспе

Гамма сәулесін шығаратын радионуклидтер түрлі өнеркәсіптік, ғылыми және медициналық технологияларда маңызды қолданысқа ие. Осы мақалада технологиялық тұрғыдан маңызды, кең таралған гамма-сәуле шығаратын радионуклидтер мен олардың қасиеттері тізімделген.

Бөліну өнімдері

Технологиялық маңызы бар көптеген жасанды радионуклидтер ядролық реакторлардың ішінде бөліну өнімдері ретінде өндіріледі. Бөліну өнімі – ядролық бөліну реакциясында осындай ядро "бөлініп" кеткеннен кейін қалған уран немесе плутоний ядросының шамамен жартысы массасы бар ядро. Цезий-137 осындай радионуклидтердің бірі. Оның жартылай ыдырау мерзімі 30 жыл, және ол гамма сәулелерін шығармай, бета ыдырау арқылы барий-137 (Барий-137) метастабильді күйіне дейін ыдырайды. Барий-137м-нің жартылай ыдырау мерзімі 2,6 минутты құрайды және осы ыдырау тізбегіндегі гамма сәулелерінің барлық шығарылуына жауапты. Барий-137-нің тұрақты күйі бар. Барий-137 фотонының энергиясы (бір гамма сәулесінің энергиясы) шамамен 662 кэВ-қа тең. Бұл гамма сәулелерін, мысалы, қатерлі ісіктерді емдеу, тағамдарды сәулелендіру немесе өнеркәсіптік өлшегіштер мен сенсорларда қолдануға болады. Цезий-137 өнеркәсіптік радиографияда кеңінен қолданылмайды, себебі кобальт-60 немесе иридий-192 сияқты басқа нуклидтер, берілген көлемде жоғары сәуле шығару мүмкіндігін ұсынады. Йод-131 – гамма сәулелендіретін радионуклидтердің тағы бір маңыздысы, ол бөліну өнімі ретінде пайда болады. 8 күндік қысқа жартылай ыдырау мерзімімен бұл радиоизотоп өнеркәсіптік радиографияда немесе сенсорларда радиоактивті көздер ретінде тиімді қолданылмайды. Алайда, йод – қалқанша безі гормондары сияқты биологиялық молекулалардың құрамында болатындықтан, йод-131 ядролық медицинада, сондай-ақ медициналық және биологиялық зерттеулерде радиоактивті іздеуші ретінде маңызды рөл атқарады. Лантан-140 – барий-140-тың ыдырау өнімі, ол бөлінудің жалпы нәтижесі болып табылады. Бұл – қуатты гамма сәулелендіргіш. Ол Манхэттен жобасы кезінде RaLa эксперименттерінде көп мөлшерде қолданылған.

Белсенділендіру өнімдері

Кейбір радионуклидтер, мысалы, кобальт-60 және иридий-192, ядролық реакторда қалыпты радиоактивті емес кобальт пен иридий металдарын нейтрондық сәулелендіру арқылы жасалады, нәтижесінде бұл элементтердің радиоактивті нуклидтері пайда болады, олар бастапқы тұрақты нуклидтерге қарағанда артық нейтрондарды қамтиды. Радиографияда қолданылуынан басқа, кобальт-60 (Co 60) және иридий-192 (Ir 192) екеуі де қатерлі ісіктерді сәулемен емдеуде қолданылады. Кобальт-60 телетерапия құрылғыларында цезий-137-ге қарағанда жоғары фотон энергиясының баламасы ретінде қолданылады, ал иридий-192 терапияның басқа түрінде, яғни ішкі сәулелік терапияда немесе брахитерапияда қолданылады. Брахитерапияға арналған иридий сымдары – нейтрондық белсендіру арқылы радиоактивтендірілген палладиймен қапталған иридий/палладий қорытпасынан жасалған сымдар. Бұл сым ісікке, мысалы, сүт безі ісігіне енгізіледі, ал ісік сымнан шығатын гамма сәулелерінің фотондарымен сәулелендіріледі. Емдеу аяқталғаннан кейін сым алынып тасталады. Гамма сәулесінің сирек кездесетін, бірақ маңызды көзі – натрий-24; оның жартылай ыдырау периоды шамамен 15 сағатты құрайды, бірақ ол өте жоғары энергиялы (>2 МэВ) фотондарды шығарады. Радиография өндіріс орнына жақын жерде жүргізілсе, оны қалың болат заттарды рентгенмен зерттеу үшін қолдануға болады. Co 60 және Ir 192 сияқты, ол да кең таралған тұрақты изотоптың нейтрондық белсендіруі арқылы түзіледі.

Кішігірім актинидтер

Америций-241 төмен энергиялы гамма-фотонның көзі ретінде қолданылған, ол портативті рентгендік флуоресценциялық құралдарда (XRF) және әдеттегі тұрмыстық иондаушы түтін детекторында сияқты кейбір қолданыстарда пайдаланылды. Америций-241 ядролық реакторларда бірнеше нейтронды сіңіру және одан кейінгі бета-ыдырау арқылы өндіріледі, ал плутоний-239 негізінен нейтронды сіңіру және одан кейінгі бета-ыдырау арқылы (табиғи уранның 99% және әдетте аз байытылған уранның немесе MOX отынының шамамен 97% -ы) жасалады.

Табиғи радиоизотоптар

Көптеген жылдар бұрын радий-226 және радон-222 өнеркәсіптік радиография үшін гамма сәулелену көздері ретінде қолданылды: мысалы, радон-222 көзі жарылмаған V-1 ұшатын бомбасының ішкі механизмдерін тексеру үшін пайдаланылды, ал алғашқы Батисфералардың кейбіреулерін жарықтарды анықтау үшін радий-226 арқылы тексеруге болатын. Радий мен радонның екеуі де өте радиотоксикалық және табиғатта сирек кездесетін болғандықтан қымбатқа түсетін, сондықтан бұл табиғи радиоизотоптар соңғы жарты ғасырда қолданыстан шығып, жасанды радиоизотоптармен алмастырылды. Радон терапиясы, денсаулыққа тигізетін пайдасы туралы сенімді деректердің жетіспеуіне байланысты, радиоактивті шарлатандық пен нағыз сәулелік терапияның арасында қалпынан келеді.

Кейбір пайдалы гамма-ыдыратқыш изотоптардың кестесі

Пайдалы гамма-шығарылымды изотоптар Изотоп атомдық масса жартылай өмір Шығарылған гамма энергиясы (MeV) Ескертулер Be 7 7 53 күн 0.48 Na 22 22 2.6 жыл 1.28 Na 24 24 15 сағат 1.37 Mn 54 54 312 күн 0.84 Co 57 57 272 күн 0.122 Co 60 60 5.265 жыл 1.17 Co 60 екі ерекше гамма сәулесін шығарады (жалпы энергиясы 2.5 MeV) Co 60 60 5.265 жыл 1.33 өнеркәсіптік радиографияда қолданылады Ga 66 66 9.4 сағат 1.04 Tc 99m 99 6 сағат 0.14 әртүрлі ядролық медициналық бейнелеу процедураларында қолданылады Pd 103 103 17 күн 0.021 брахитерапияда қолданылады Ag 112 112 3.13 сағат 0.62 Sn 113 113 115 күн 0.392 Te 132 132 77 сағат 0.23 I 125 125 60 күн 0.035 брахитерапияда қолданылады I 131 131 8 күн 0.36 брахитерапияда қолданылады Xe 133 133 5.24 күн 0.08 Cs 134 134 2.06 жыл 0.61 Cs 137 137 30.17 жыл 0.662 кейде әлі де сәулелік терапияда және тығыздықты, сұйық деңгейін, ылғалдылықты және т.б. өлшеу үшін өнеркәсіптік қолданыста қолданылады Ba 133 133 10.5 жыл 0.356 Ce 144 144 285 күн 0.13 Rn 222 222 3.8 күн 0.51 Ra 226 226 1600 жыл 0.19 1950 жылдар шамасында ерте сәулелік терапия үшін қолданылған (Cs 137 және Co 60 алдында) Am 241 241 432 жыл 0.06 Көптеген түтін детекторларында қолданылады

Ескерту: 100 минуттан 5000 жылға дейінгі жартылай өмірлер ғана тізімделген, өйткені қысқа жартылай өмірлерді пайдалану әдетте практикалық емес, ал ұзақ жартылай өмірлер әдетте өте төмен нақты белсенділікке ұшыратады. күн = күн, сағат = сағат, жыл = жыл.