ATOMINĖ ENERGIJA IR JOS PANAUDOJIMAS
DR. INŽ. J. VĖBRA
2. Dirbtinės radioaktyvios medžiagos
Atominis reaktorius, kuriame ura-nijus paverčiamas plutonijum, yra gausus įvairaus greičio neutronų šaltinis. Šie neutronai gali prasiskverbti į daugumos elementų branduolius, paversdami juos naujais tų elementų izotopais. Naujieji izotopai dažniausiai būna nelabai pastovūs, taigi radioaktyvūs: kiekvieną, sekundę jų atomų tam tikra nedidelė dalis suirsta, pavirsdami kitais, pastovesniais, elementais. Irstantieji atomai skleidžia įvairius spindulius: vieni sunkius helioninius alfa spindulius (pvz. polonijus), kiti tik labai lengvus ir skvarbius gamma spindulius (pvz. radioaktyvusis kobaltas Co-60), treti tik negatyviuosius beta spindulius (pvz. fosforas P-32), dar kiti — dvi ar visas tris spindulių rūšis kartu. Tokiu būdu, duotame radioaktyvaus izotopo pavyzdyje nepastoviųjų atomų nuošimtis, laikui bėgant, mažėja ir spinduliavimas silpnėja. Laikotarpis, per kurį radioaktyvaus izotopo spinduliavimo intensyvumas sumažėja pusiau, vadinamas šio izotopo pusamžiu. Vienų radioaktyvių izotopų pusamžis trunka tik vieną akimirką, kitų ilgesnį laiką (valandas, dienas, savaites)...), dar kitų — tūkstančius metų. Kuo radioaktyvaus izotopo pusamžis trumpesnis, tuo jo spinduliavimas intensyvesnis.
Per specialiai šiam tikslui rezervuotas angas nuleidžiant į atominį reaktorių įvairių elementų (arba jų junginių) pavyzdžius ir paliekant juos ten tam tikram (kartais gana ilgam) laikui bombarduojamus neutronais, yra gautas didelis skaičius (per 700) įvairių radioaktyvių izotopų (dirbtinių radioaktyvių medžiagų), kurie pasirodė galingu mokslo ir technikos pažangos įrankiu: jais sėkmingai naudojasi mokslas, siekdamas vis gilesnio visatos struktūros supratimo ir jos evoliucijos kelių pažinimo; jais lygiai sėkmingai naudojasi ir technika, nešdama žmonijai vis didesnę ir didesnę medžiaginę gerovę.
Radioaktyvių izotopų reikšmė sparčiai auga. Čia tegalime paminėti — ir tai tik labai bendrais bruožais — vos keletą mokslo ir technikos sričių, kuriose radioizotopai jau spėjo tvirtai įsigalėti.
FIZIKOJ IR CHEMIJOJradioaktyvūs izotopai įgalino tyrinėtojus atlikti ikišiol neįmanomus matavimusir išaiškinti daugelį ikišiol nesuprastų reiškinių ir reakcijų.
Radioaktyvių izotopų spinduliavimui konstatuoti ir jam kiekybiškai nustatyti, mokslininkai turi labai tobulus ir jautrius įrankius: Geiger-Muellerio skaitiklį ir Lauritseno elektroskopu. Šių matavimų nepaprastas tikslumas leidžia išmatuoti tirpingumą tokių medžiagų, kurios ikišiol buvo laikomos “netirpstančio-mis”, arba garų slėgimą tekių medžiagų, kurios ikišiol buvo laikomos “negaruojančiemis”. Tam tikslui užtenka tiriamosios medžiagos molekulon įvesti nors vieną radioaktyvų elementą: tokios radioaktyviais atomais paženklintos medžiagos nuolatos skleidžia spindulius, kurių dėka jos lengvai atpažįstamos, ir jų kiekis nustatomas su ikišiol nesvajotu tikslumu. Tokių “paženklintų” molekulų pagalba jau yra išnarpliota eiga visos eilės chemiškų reakcijų, kurių supratimas turi didelės teoretiškos ir praktiškos reikšmės.
PRAMONĖJEradioaktyvių izotopų vaidmuo taip pat be paliovos didėja. Pavyzdžiui, viskoznio šilko gamyboje labai svarbu greit ir tiksliai konstatuoti desulfurizacijos pabaigą; į gamybos procese vartojamąjį anglies sulfidą įmaišius nedidelę dalį tokio pat junginio, kurio siera radioaktyvi (S-35), galima nesunkiai pasekti desulfurizacijos eigą pagal spinduliavimo intensyvumo silpnėjimą: spinduliavimo pranykimo momentas sutampa su desulfurizacijos pabaiga. Ten, kur dirbama su labai nuodingomis medžiagomis, radioaktyvaus izotopo nedidelė priemaiša suteikia galimybę atpažinti nuodingų medžiagų ore labai mažoj koncentracijoj. Radioaktyvių izotopų pagalba galima pasekti požemines vandens sroves, nustatyti žibalo šaltinių kontūrus ir pan. Alfa spinduliavimo intensyvumas greit silpnėja, atstumui didėjant. Šiuos alfa spindulius skleidžiu izotopai įgalina išmatuoti labai mažus judesius, pavyzdžiui, kitais būdais neapčiuopiamus mikrosvarstyklių svirties svyravimus, padidindami svėrimo jautrumą kelis šimtus kartų. Šiandieninės mikrochemijos tiksliuose tyrinėjimuose tai didelės reikšmės dalykas.
Radioaktyvių izotopų pagalba jauyra išspręsta daugybė pramonės problemų: automatiškai kontroliuojamas filmų homogeniškumas ir storio vienodumas, išmatuojamas skysčių lyginamasis svoris uždaruose vamzdžiuose ar neprieinamuose induose, išmatuojamas uždaro indo sienų storis millimikrono tikslumu (svarbu metalų korozijos tyrinėjimuose), tolydžio nustatomas daryles koncentracijos kitėjimas tirpale ir audekle, surandami defektai atsakingose mašinų (pvz. lėktuvo variklio) ar ginklų dalyse, tiriami plieno pavirišnio kietinimo procesai (anglies, azoto ir kt. medžiagų difuzija metaluose), nustatomas mišinių homogeniškumas, centrifugavimo, filtravimo ir kt. procesų efektingumas ir t.t. ir t.t.
ŽEMĖS ŪKYJEradioaktyvūs izotopai jau yra padėję išspręsti eilę svarbių klausimų ir duoda didelių vilčių ateičiai. Derliaus reikšmė kiekvienam aiški. Geram derliui gauti, reikia augalui duoti visa, kas jo augimui ir brendimui reikalinga. Tai galima įvykdyti tik žinant kc, kokiame kiekyje ir kokiame pavidale augalui reikia, kurie iš reikalingų dalykų dirvoje yra ir kurių trūksta. Nors žmonija jau nuo labai senų laikų suprato žemės ūkio svarbą, ir juo domėjosi, tačiau čia paminėti klausimai ikišiol neturėjo tikslaus atsakymo. Jei anglies, vandenilio ir deguonio vaidmuo augalo vystymesi buvo beveik patenkinamai ištirtas paprastomis chemijos priemonėmis, tai su fosforu, kaliu, azotu, siera, kalciu, magniu, geležim ir ypač variu, cinku, manganu, molibdenu, boru .. . reikalas buvo sunkesnis, nes šių elementų augale tėra mažas nuošimtis, todėl nustatyti jų kiekį ir išaiškinti jų vaidmenį augalo gyvenime buvo neįmanoma be radioaktyvių izotopų pagalbos.
Dideli kapitalai kasmet išleidžiami fosforinėms trąšoms, tad jų tikslingas panaudojimas žemės ūkyje turi ypatingos reikšmės. Fosforo yra dirvožemyje. Dirbtinės fosforinės trąšos, pasėtos į dirvą, neilgai teišbūna augalui prieinamam pavidale. Jei būtų įmanoma nustatyti, kurią jam reikalingo fosforo dalį javas paima iš natūralinių fosforinių dirvožemio junginių ir kurią iš dirbtinių pasėtų trąšų, būtų aiška, ar į šią dirvą ir šiam javui apsimoka sėti fosforinių trąšų, ar ne. Šią problemą neseniai padėjo išspręsti radioaktyvusis fosforo izotopas. Natūralusis dirvos fosforas (P-31) nėra radioaktyvus. Dirbtinių fosforinių trąšų sųdėtin įvedama nedidelė dalis (nedaugiau vienos milijoninės) radioaktyvaus fosforo izotopo (P-32). Jei jave būtų rastas tas pats radioaktyvaus fosforo nuošimtis kaip ir pasėtoje trąšoje, tai reikštų, kad visą sau reikalingą fosforą javas paėmė iš dirbtinės trąšos. Jei šis nuošimtis pasirodytų perpus mažesnis (radioaktyvusis fosforo izotopas dukart labiau atskiestas), tas reikštų, kad javas pusę sau reikalingo fosforo paėmė iš dirbtinės arąžos, o kitą pusę iš dirvos, ir pan. šiuo būdu buvo išaiškinta, kad medvilnei, tabakui, bulvėms reikia daug fosforo, o kukurūzams mažai. Bulvės naudoja didelius fosforo kiekius per visą jų augimo laiką, o tabakui reikia daug fosforo tik augimo pradžioje. Panašių tyrinėjimų pasėkoje paaiškėjo, kad daugiausia kalio naudoja tabakas ir bulvės. Kalcio (kalkių) labiausiai reikalingi dobilai, šparagai, špinatai, runkeliai, kopūstai; priešingai, kukurūzams, avižoms dirvos kalkinimas nereikalingas. Sierą didesniam kieky tenaudoja tik kai kurie augalai: kukurūzai, pamidorai, cukriniai runkeliai.
Konstatuota didelė reikšmė augalams visos eilės elementų, kurių augaluose terandama tik labai maži kiekiai: magnio, geležies, vario, cinko, boro, magano... Be radioaktyvių izotopų pagalbos, šių taip negausiai augalų sudėtyje užtinkamų elementų vaidmuo negalėtų būti išaiškintas. Tyrinėjimai šioje srityje vykdomi labai intensyviai ir daug iš jų tikimasi.
Kai kurie žemės ūkio specialistai mano, kad piktžolių ir vabzdžių išnaikinimas dar daugiau pakeltų derlių, nei dirbtinių trąšų naudojimas. Kovai su piktžolėmis ir vabzdžiais chemikai yra sugalvoję tūkstančius junginių, iš kurių parinkti veikliausius ir nustatyti tinkamiausius jų panaudojimo būdus taip pat padeda radioaktyvūs izotopai. Pvz., į tyrimų reikalams auginamų kenkėjų maistą įmaišant radioaktyvių medžiagų, patys kenkėjai, visose savo gyvenimo fazėse (kiaušinėliai, vikšrai), tampa radioaktyvūs. Šio radioaktyvumo dėka lengva kenkėjus pasekti, išaiškinti jų gyvenimo būdą ir sugalvoti tinkamiausias apsigynimo priemones.
BIOLOGIJOJ, FARMAKOLOGIJOJradioaktyvūs izotopai vaidina vis didesnį ir didesnį vaidmenį. Jų pagalba pavyko pasekti žmogaus organizme svarbius jam elementus (kalcį, geležį, fosforą, jodą, sierą...) bei junginius (angliavandenius, aminorūgštis, riebalus...) ir precizuoti jų vaidmenį gyvybiniuose procesuose. Radioaktyvi anglis, įvesta į cukraus molekułą, tikimasi, netolimoj ateity išaiškins ikišiol nesuprastą cukraus ligą. Įvedant radioaktyvius izotopus į vaistų molekulus, pasekamas jų kelias bei transformacijos žmogaus organizme ir išaiškinama, kokiu būdu vaistai naikina mikrobus arba kitaip šalina organizmo negalavimus. Gydymo procesų detalus pažinimas įgalina chemiką suprojektuoti ir pagaminti dar veiklesnius gydomuosius junginius.
Yra pastebėta, kad į gyvus organizmus patekęs radioaktyvusis fosforas (P-32) skaldo chromozomas ir sužadina biologines mutacijas: tikimasi šiuo būdu sukurti naujų gyvų organizmų.
MEDICINOJradioaktyvūs izotopai vartojami diagnozei ir gydymui. Pvz., tiroidinės liaukos sutrikimams anksčiau buvo išpjaunama liaukos dalis ir analizuojama. Dabar ši nemaloni ir pavojinga operacija nebereikalinga; užtenka įšvirkšti pacientui tirpalo, kurio sudėtin įeina radioaktyvusis jodas 1-131 ir po 1 - 2 valandų patikrinti tiroidinės liaukos radioaktyvumą, prie paciento sprando priglaudžiant Geiger-Muellerio skaitiklį. Iš skaitiklio parodymo matyti, ar liauka absorbuoja normalų jodo kiekį, ar perdidelį (hypertiroidizmas) ar permažą (hipotiroidizmas). Tas pats radioaktyvusis jodas, įvestas į darylinį junginį, vadinamą dijodofluoresceinu, tarnauja smegenų vėžiui pažinti ir gydyti. Daugumoj jaunos, greit besidauginančios vėžiagumbio ląstelės godžiau absorbuoja jodu paženklintą fluoresceiną, negu normalios sveiko audinio ląstelės. Pacientui įšvirkštas dijodo-fluiresceinas jau po 15 minutų pradeda rinktis vėžiagumbiuose; po 1 1/2-2 val. jo koncentracija būna didžiausia. Vėžiagumbių absorbuotą jodą lengva konstatuoti iš lauko pusės, prie galvos priglaudžiant Geiger-Muellerio skaitiklį ar Lorentseno elektroskopą. Diagnozė greita ir neskausminga. To paties radioaktyvaus jodo pagalba galima išmatuoti ligonio kraujo tūrį. Tam tikrą kiekį šiuo radioizotopu paženklinto baltymo įšvirškus į veną ir po 20 min. iš tolimiausio tai vietai kūno taško paėmus kraujo pavyzdį, iš jo plazmos radioaktyvumo galima nustatyti, kiek kartų įšvirkštasis baltymas atskiedė, vadinas, kiek kartų paciento kraujuje plazmos yra daugiau, negu buvo įšvirkšta baltymo. Panašiai radioaktyviu fosforu P-32 galima paženklinti ir išmatuoti raudonąsias kraujo ląsteles. Abiejų matavimų kombinacija duoda bendrą paciento kraujo tūrį. Panašiai nustatomas kraujo cirkuliacijos greitis, įšvirkščiant į veną valgomosios druskos tirpalo, kurioje paprastasis natris pakeistas jo radioaktyviu izotopu Na-24, ir žiūrint, per kiek sekundžių šio izotopo spinduliavimas pasirodys, pvz., kojos papėdėj. Šiuo metodu taipogi pavyksta nustatyti įvairius širdies veikimo sutrikimus. Chirurgija taip pat naudojasi radioaktyviais izotopais. Pvz., jei paciento sutriuškintas kelis, į blauzdą įšvirkščiama radioaktyvaus izotopo druskos ir žiūrima, ar radioaktyvumas pasirodys šlaunyje: jei pasirodo — reiškia, kraujas cirkuliuoja ir kelį galima gydyti, jei nepasirodo — kraujo apytaka nutraukta ir koją reikia nuplauti.
Radioizotopai ne tik padeda ligą pažinti, bet dažnai ją ir gydo. Pvz., radioaktyvusis jodas sėkmingai gydo tiroidinės liaukos perdidelį aktyvumą (Graves’o ligą); jis susirenka tiroidinėj liaukoj ir savo spinduliavimu mažina jos veiklumą. Tas pats radioaktyvusis jodas vartojamas gydyme įvairių širdies ligų. Radioaktyvusis fosforas (P-32) gydo daugelį kraujo ligų (leukemia, polycythemia vera ir kt.). Tačiau įspūdingiausiai radioizotopai pasireiškė kovoje su vėžio liga.
Vėžys reiškiasi pergreitu dauginimusi ir augimu kurios nors kūno dalies baltyminių ląstelių. Radioaktyvių izotopų spinduliavimas šį nenormalų augimą stabdo. Reikia tik rasti patogų būdą įvesti radioaktyviam izotopui į vėžiagumbį. Būdų yra įvairių, kurie vartojami pagal aplinkybes. Pvz., tiroidinės liaukos vėžys pagydomas radioaktyviu jodu, kurį ši liauka godžiai absorbuoja. Kaulų smegenys absorbuoja junginį, vadinamą etilbamidinu. Šio junginio sudėtin įeinantį paprastąj anglį pakeičiant jo radioaktyviu izotopu (C-14), gaunamas radioaktyvus stilbamidinas, kuriuo sėkmingai gydomas kaulų smegenų vėžys. Kai vėžiagumbis nesunkiai prieinamas įšvirkštimui, jį patogu gydyti radioaktyviu auksu (Au-198). Įšvirkštas į veną aukso druskos tirpalas renkasi kepenyse ir puikiai tinka kepenų vėžiui gydyti. Radioaktyvusis cinkas (Zn-63) iš kraujo susirenka į plaučių kapiliarus, taigi, tinka kovai su plaučių vėžiu. Iš paprasto cinko gaunamasis radioaktyvus gallijus renkasi kauluose ir pasirodė tikrai veiklus prieš kaulų vėžį. Dar patogesnė priemonė prieš vėžį pasirodė radioaktyvusis kobalto izotopas Co.60: jis pigus, organizmas jį greit eliminuoja (nėra akumuliacinio apsinuodijimo pavojaus), jc spinduliavime vyrauja mažiau pavojingi beta spinduliai, kurie tačiau puikiai tinka vėžiui gydyti.
Negalime čia išvardyti visų atvejų, kuriuose radioaktyvūs izotopai padeda žmogaus organizmui nugalėti ligas, tačiau ir iš kelių suminėtų pavyzdžių, atrodo, pakankamai Išryškėja šios naujos gydymo priemonės vaidmuo žmogaus išsilaisvinime iš fizinio skausmo.
(Sekančiam nr. eis paskutinis labai įdomus šio rašinio skyrius: Politiniai, socialiniai ir moraliniai atominės energijos padariniai”. Sekite naują mūsų žurnalo numerį. Redakcija).
