Радиоактивные изотопы и ионизирующие излучения в различных областях естествознания, медицине

Слово «ядерная» охватывает 3 различные группы технологий. Первая группа – это технологии, требуемые для производства ядерного оружия. Вторая – технологии для производств электроэнергии. Третья – «применение ядерных методов», включает технологии, которые используют возможности позитивного воздействия радиации или использование ее для регистрирующих и других устройств.

Хотя это мало известно широкой общественности, но ядерные и радиационные технологии, не связанные с производством оружия и электроэнергии давно и надежно интегрировались во многие сферы человеческой деятельности. Они поражают своим многообразием и оказывают весьма ощутимое воздействие на каждый аспект жизни человека. В развитых страна доходы таких технологий превышают доходы от использования ядерной энергетики в 5-7 раз.

По данным Гоатомнадзора России в течение первой половины 2000 года в сфере народного хозяйства работало 2540 поднадзорных предприятий, организаций и учреждений (далее - организаций), осуществлявших свою деятельность с использованием атомной энергии и имевших в своем составе 7806 радиационно опасных объектов - цехов, лабораторий, технологических единиц и пр. К числу таких организаций относятся большинство предприятий металлургической, химической промышленности, предприятия топливно-энергетического комплекса, а также научные организации, медицинские учреждения и таможенные органы. Основными видами деятельности в области использования атомной энергии для таких организаций являлась эксплуатация радиационных источников (РИ) при ведении технологических процессов, а также обращение с радиоактивными веществами (РВ) при их производстве, переработке, использовании, транспортировании и хранении. Перечень основных направлений использования и областей использования ядерных технологий в мирных целях представлен в табл.4.

Одним из наиболее активно развивающихся направления является использование ядерных технологий в медицине. Ядерные методы активно используются в радионуклидной диагностике (радиоимунный анализ, компьютерная томография, биомедицинские исследования, кардиология, маммография, онкологии), а также для радиотерапии, радиолучевой стерилизации медицинских инструментов и материалов. Наибольшие применения в медицине получили гамма-излучающие нуклиды. Гамма-излучение частично поглощается в тканях, а частично проникает наружу и может быть зарегистрировано с помощью специальных приборов. Широкое распространение в радионуклидной диагностике получили радионуклиды: технеций-99 (распознавание опухолей головного мозга, изучение центральной и периферической гемодинамики, щитовидной железы, костной системы и др.); йод-131 и его соединения (исследование йодного обмена, функции печени, почек); хром-51 – в гематологии; натрий-24, калий-42, рубидий-86, бром-82 – для изучения водносолевого обмена; коллоидные растворы технеция-99, золота-198, йода-131, индия-111 и др. (исследование печени, легких головного мозга); газообразный радионуклид ксенон-133 (исследование функции легких, центральной и периферической динамики, уровня блокады субарахноидального пространства спинного мозга); соединения, меченные селеном-75 и технецием-99 – в онкологии; натрий-24 – при диагностике сердечно-сосудистых заболеваний и т.д. Радионуклид технеция -99 производится сегодня НИИ ЯФ ТПУ на реакторе ИРТ-Т для нужд медицинских исследовательских центров сибирского региона России. В НИИ физики и химии имени Карпова серийно производятся таблетки для излечения онкологические заболевания. Медики считают, что за этим лекарством огромное будущее. Рак – только одна из болезней, которая будет лечиться этими таблетками.

Таблица 4

Перечень основных направлений использования ядерных технологий

Направления использования	Области применения (в настоящем и будущем)
Дешевая, надежная, неисчерпаемая энергия, получаемая от крупных АЭС на основе деления и синтеза атомных ядер	Опреснение воды; увеличение производства продуктов питания; новые промышленные процессы; электрические шоссейные дороги; экономичная переработка отходов; города с «закрытым циклом»; морские перевозки
Чистые ядерные взрывчатые вещества	Строительство каналов, портов, водохранилищ; новые методы добычи полезных ископаемых, нефти и газа
Небольшие атомные батареи на основе радиоактивных изотопов	Энергия для обеспечения работы искусственных органов человека; энергия для питания аппаратуры и приборов в космическом пространстве и в глубинах океана
Ракеты с ядерными двигателями	Исследование Луны и планет
Измерение больших промежутков времени с применением естественных радиоактивных изотопов	Определение возраста геологических пород; археология
Различные области применения с использованием естественных и искусственных изотопов	Медицина; промышленность; контроль над загрязнением окружающей среды; сельское хозяйство; химия; криминалистика и др.
Излучение радиоактивных изотопов и ядерных реакторов	Онкология; промышленная радиография; стерилизация хирургических инструментов; ускорение химических процессов в промышленности
Высокотемпературная плазма, полученная в результате термоядерных исследований	Универсальный растворитель для переработки отходов промышленности
Кнопочные манипуляторы полуроботы и другие телеманипуляторы	Промышленные и домашние машины для выполнения «грязной работы»

В американской программе исследования Луны использовался комплекс научной аппаратуры для измерения магнитных полей, пыли, солнечного ветра, ионных потоков и сейсмической активности, питающийся электроэнергией от источника, работавшего на изотопе плутоний-238. Подобные источники используются для космических исследований не только в силу своей компактности, но и благодаря возможности работать вне зависимости от крайне неблагоприятных условий окружающей среды (космически низкие или напротив – высокие температуры, интенсивные потоки проникающего излучения и т.п.). Разработки изотопного генератора для космических целей оказались полезными и для медицины – на их основе долгое время изготавливались стимуляторы сердечного ритма с периодическими электрическими импульсами. Кроме сердечных стабилизаторов существует потребность в стабилизаторах электрической активности мозга, помогающих останавливать эпилептические припадки.

Одной из важнейших проблем сегодня и в долгосрочной перспективе является снабжение человечества пресной водой. В решении этой проблемы у России есть замечательный опыт многолетнего использования в опреснительных целях ядерного реактора БН-350. В настоящее время начаты работы по строительству опытной промышленной установки плавучего типа, также имеющей двухцелевой назначение – опреснение воды и получение электроэнергии. Такая установка может располагаться и выполнять свои задачи в заданном районе на побережье морей и океанов, достаточно просто транспортируется и может быть при необходимости заменена стационарным источником.

Огромное значение имеет использование ядерных методов в геологии. Уран-свинцовым методом оценен возраст Земли (около 4,5 млрд. лет). Радиоуглеродный метод позволяет установить возраст предметов, имеющих биологическую природу, с точностью примерно 50 лет в диапазоне 1000 – 50000 лет. Для поиска месторождений полезных ископаемых используется гамма- и нейтронный каротаж буровых скважин. В геологии давно и успешно для поиска следов элементов используется нейтронно-активационный анализ.

На сегодняшний день не используется, в связи с запретом на проведение испытаний, энергия ядерных взрывов в мирных целях. Тем не менее, такое направление применения ядерной энергии нельзя рассматривать как бесперспективное. Подсчитано, что ядерное стимулирование добычи газа позволит увеличить ее эффективность в 15 раз по сравнению с обычной скважиной. Также ядерные взрывы способны не только увеличить добычу газа, но и предотвратить неконтролируемые его выбросы, сопровождающиеся пожарами. Вполне вероятным является использования энергии ядерных взрывов в процессе создания поселений людей вне нашей планеты.

Область применения ядерных методов в агросфере чрезвычайно широка. Это почвовыведение, растениеводство, животноводство, энтомология, агрохимия, сохранение пищевых продуктов. В сельском хозяйстве применятся метод стерилизации ионизирующим излучением многих видов вредителей, проводится предпосевная обработка многих культур, обеспечивающая большую всхожесть и жизнеспособность растений.

Современная криминалистика с помощью активационного анализа легко обнаруживает и опознает микроскопические следы самых разнообразных веществ и связывает воедино преступление и личность преступника.

На основе активационного анализа разработан оригинальный метод мониторинга качества окружающей среды, в котором индикатором служит химический состав слюны человека.

Использование ядерно-энергетических установок в космических исследованиях позволит человечеству перейти на качественно новый уровень в освоении космического пространства.

Таким образом, спектр использования ядерных технологий огромен и вероятнее всего будет только расширяться со временем, так как их потенциал далеко не исчерпан и продолжает основывается на последних достижениях ядерной науки.