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同位素的应用

作者:小编 日期:2020-11-16 11:35:33 点击数:

自二十世纪初,英国科学家索迪提出同位素的概念到现在已有一百年历史了。这些年来,随着科学技术水平的不断提高,科学工作者对同位素的研究和应用取得了令人瞩目的成就。到目前为止,在已发现的一百多种元素中,稳定同位素约有三百多种,而放射性同位素达到一千五百多种,同位素技术已广泛应用在农业、工业、医学、地质及考古等领域。有由于很少量的放射性物质很容易被检测出,所以,放射性同位素应用地更广泛一些。同位素的应用主要有以下几个方面:
医学上,利用放射性同位素原子示踪,对甲状腺、肝、肾、脑、心脏、胰脏等脏器进行扫描,来诊断肿瘤等疾病。例如:人体内的甲状腺将人体吸收的碘绝大部分集中起来制成甲状腺素,以调节人体中的脂肪、蛋白质和碳水化合物的新陈代谢,正常的甲状腺吸收的碘量是一定的,如果甲状腺功能强,吸收碘的能力就强,如果甲状腺功能弱,吸收碘的能力就弱。所以,口服Na131I,一定时间后,观察131I 聚集情况,根据131I吸收的快慢和多少,与正常值比较便可判断它的功能状态。此外用131I —马尿酸可测定肾功能,用51Cr 可以测定脾功能,用60Co 可以改善癌症的治疗(即放射疗法)等。

在工业上,利用放射性同位素可以测井探矿、无损探伤、检查管道泄露或管道堵塞等。例如:检验一个部件是否严密,可以先将部件放入一个密闭容器内,然后充入85Kr气体,再将气体抽出,检查部件内是否有85Kr ,如果部件内没有85Kr,则说明部件严密。再如:放射性同位素原子放出α粒子或β粒子的同时,常常伴随γ射线的产生,利用这个性质,可以进行测井探矿。探测时,将放射性同位素系入深井,γ射线射在岩层上被散射后可以进入γ射线探测器里,γ射线的吸收和散射程度,与岩层物质的密度和元素的原子序数有关,密度大,吸收γ射线就多,探测器输出电流强;密度小,吸收γ射线就少,探测器输出电流就弱。通过探测器输出信号的强弱,可推知岩层的位置和厚薄,为煤、石油等的开采提供准确的地下信息。
在地质、考古方面,利用放射性同位素的半衰期,可以确定矿石的年龄,化石的年代。例如:碳的同位素除12C(占98.8%) 和13C(占1.11%)外,还有少量的 14C ,14C具有放射性,14C经过 β 衰变后变成14N ,半衰期为5720年,在大气中,C氧化为CO2(含放射性和非放射性碳)以后,被植物吸收,动物以植物为食物,这样14C 进入动物的组织中,通过14C的吸收和放射性衰变的自然平衡,活有机体内的14C和12C的恒态比与大气中的14C和12C的比例达到相等,动植物死亡后,C的吸收停止,放射性碳的含量由于衰变而逐渐减少。在5720年后14C的含量变为原来的一半。这样通过测定含碳物质如化石等样品中碳的衰变速度,即可确定有机体的死亡时间,即化石的年代。再比如,可以从238U与206Pb的比值来计算岩石的年龄。目前,用这种方法测出的最老的地球岩石年龄大约是3×109 年。
在农业上,利用放射性同位素辐射种子,改变其遗传基因,可以选育良种。另外还可用于防治害虫、贮藏食品、合理施肥、农药残留毒素的研究等。
有些元素不能得到放射性同位素,也可以用稳定同位素原子作为示踪原子,这就要用质谱仪来分析其产物。例如,科学家为了搞清楚羧酸(RCOOH)与醇(ROH)发生酯化反应的机理,就是利用18O (18O 为氧的稳定同位素)对产物进行原子示踪。具体做法是让乙酸(CH3COOH)与用18O标记的乙醇 (CH3CH218OH)发生反应,用质谱仪分析反应后的产物,分析结果是产物中只有乙酸乙酯中有18O,这就证明了酯化反应的机理是酸脱去羟基醇脱去氢原子。再如,用16O与18O的原子个数比推测海水温度:海洋中的贝壳主要成分为CaCO3,而CaCO3 中的O原子主要是16O与18O。通常情况下,18O的含量只有16O含量的1/500,但海水温度发生变化,此比值也会随之变化,海水温度升高时,16O含量增加,反之则减少。根据这个规律可以推测古代海水的温度。
目前,对同位素的研究已日臻完善,同位素技术越来越成熟,同位素的应用范围越来越广,它正不断地造福人类。

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