放射性核素及其应用

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1、放射性核素及其应用王文珍程鹏(南开大学化学系夭津300071)摘要介绍了近年来放射性核素在能源利用、医学和生物学、化学、材料科学、地质和考古学以及工农业等各个领域的应用情况。近年来，我国的高等院校化学教材建设呈现非常繁荣的景象,教材的实用性和针对性越来越强，各类针对不同专业需求和不同学习背景的教材在选材和内容编排上均各有侧重,其中大部分基础无机化学教材均将核化学单列一章，介绍有关核衰变反应和放射性的基础知识。鉴于近年来放射性核素在能源利用、医学和生物学、化学、材料科学、地质和考古学以及工农业等方面越来越广泛的应用⑴，本文介绍一些相关内

2、容,供教学中对该部分内容深入探讨时参考。天然放射性核素发现不久,科学家就预见到放射性核素将在各个学科中得到广泛的应用。放射性核素首先应用于医学上。1902年，人们发现镭射线能破坏患病组织的细胞，因而可以用来治疗某些疾病。1907年就有用镭治愈了皮癌的报道。放射性核素示踪也是放射性核素的早期应用，它的基本原理是利用放射性核素作为示踪原子，通过放射性测量以显示其存在位置、数量及变化过程，从而跟踪研究对象的运动情况。在1913年赫维西(G・de.Hevesy)和佩尼斯(F.A.Paneth)建立示踪原子法后,放射性核素被广泛用于物理、化学、

3、生物学及其他领域的研究，解决某些过去无法解决的难题,如复杂的化学反应过程和生理变化过程等，成为一个极其重要的识别工具。如1920年代赫维西应用天然放射性TbB(2,2Pb)研究铅盐在豆科植物内的分布和转移;1924年克列舜生(J・A.Christiansen)等人研究放射性祕和放射性铅在大白鼠体内的分布和排泄情况;1941年赫兹(S・Hertz)应用研究甲状腺生理;1940年代利用“C和“C研究植物的光合作用等。放射性核素所引起的链式核反应在军工方面的巨大威力亦已在第二次世界大战中得到了证明。随着近年来科学技术的迅速发展，放射性核素在

4、能源利用、医学和生物学、化学、材料科学、地质和考古学以及匸农业等许多领域得到了广泛的应用。从总体上讲,放射性核素的应用包括两部分:示踪应用和射线应用。下面简要介绍几个主要应用领域及所使用的放射性核素。1在医学和生物领域的应用放射性核素及其标记化合物在医学和生物学中的应用，使之成为现代医学和生命科学中不可缺少的工具，并催生了一门新的学科——核医学。许多学者认为，原子示踪法的应用是显微镜发明以来医学史上最突岀的成就,在医学科学中引起了划时代的变化，在现代临床诊断、治疗和基础医学研究中发挥重要作用。据报道，早在20世纪80年代，美国约有1/

5、3就诊病人接受核医学检査。当代研究出来的新药在试用于临床之前，几乎每一种都用放射性核素标记研究过。放射性药物诊断是基于放射性药物进入体内后遵循一定的规律选择性地分布、积聚在身体的某些脏器和组织,或参加某一代谢过程，或流经某一通道,因而可通过体外测定放射性，进行扫描,7照相或发射电脑断层图像,根据吸收的速度和质量以及在脏器内分布的情况，可以做出脏器的形态显示和功能判断来诊断病症。女口:给病人服用示踪量的Na,3,I,经过一定时间后，在甲状腺部位测定放射性，根据甲状腺吸⑻I率，通过与正常人进行比较，判断病人是甲状腺功能亢进者，还是甲状腺功

6、能低下;红骨髓对59FeSO4和胰腺对7'Se■硒代蛋氨酸的吸收和利用，以及用只Cr标记的红细胞判断是否有胃肠道岀血及岀血的量;用惰性气体"Xe作示踪剂测定肺局部血流量及通气功能等，均基于此原理。另外，微骨细结构的表面吸附"mTc（AX和“X分别为和同质异能素符号。其中"X代表核素人乂的一个长寿命激发态即同核异能态，通常把寿命较长的同核异能态当作一个独立的核素看待。如,"Tc的半衰期为2.14xlO5a,"raTc的半衰期为6.02h；,,3In是稳定核素，而N3mIn的半衰期为99.5min0）标记的各种磷酸盐，骨骼中的0H•可与“

7、厂进行离子交换，是骨显像的原理；而"昵严％严Yb严I则是常用的脑扫描剂用放射性核素。放射性核素治疗疾病，是利用其衰变时放岀的射线在机体内引起电离作用,破坏病变细胞来达到治疗目的。如，使用‘中内照射治疗血液病和肿瘤的基础就是利用病态和肿瘤组织对‘巾具有选择性吸收的能力，因此积聚'中较多;而且肿瘤组织对0射线的敏感性也比正常组织高严P发射的0射线在组织内平均射程为4mm,所以利用，2p进入体内,对病态和肿瘤组织的局部照射，可以破坏和抑制其生长，达到治疗目的。除了内服外,还可通过在体外照射使射线达到患病部位进行治疗。如，使用‘中敷贴剂可治疗

8、皮炎;^Sr敷贴剂可治疗体表肿瘤、神经性皮炎等。放射治疗是目前治疗癌症的重要手段/Co是放射治疗癌症应用最多的一种核素。核辐射所产生的高能射线或加速电子束与被辐射物质相互作用，能引起一系列物理、化学变化，可以利用这些变化