Метод этот основан на изучении наведенной радиоактивности, возникающей в исследуемом объекте при облучении его нейтронами. Нейтроны, как уже об этом было сказано выше, представляют собой частицы, не обладающие электрическим зарядом. Благодаря этому на них не действуют электрические силы, существующие внутри атома, и они легко проникают в ядра атомов. При этом происходят ядерные реакции, в результате которых атомы становятся радиоактивными. Полученные радиоактивные изотопы различаются друг от друга по энергии квантов и частиц, а также по периодам полураспада. Определив с помощью специального прибора (спектрометра) энергию квантов излучения образовавшегося радиоактивного изотопа и измерив период полураспада, можно установить, какому элементу (или каким элементам) принадлежит это излучение и, таким образом, узнать химический состав облученного образца.
Наиболее удобный для данной цели источник нейтронов - ядерный реактор, внутри которого интенсивность потока нейтронов доходит до 1013 - 1014 нейтронов на 1 см2 в секунду. При проведении радиоактивационного анализа исследуемый объект помещают в специальном канале, имеющемся для этой цели в защите реактора, поближе к его активной зоне.
Основное преимущество радиоактивационного анализа - очень высокая чувствительность. Для ряда элементов, например для мышьяка, марганца, ртути, меди, цинка, хрома, фосфора и других, она настолько высока, что эти элементы могут быть обнаружены в количестве 10-10 г, а диспрозий и европий обнаруживаются даже - 10-12 г. Это во много раз превосходит чувствительность спектрального анализа.
Активационный анализ явился ценным дополнением к методу меченых атомов. В приведенном выше примере с пыльцой растений поступили таким образом - пыльцу пометили ничтожными количествами стабильного изотопа. В таком виде она не представляла собой никакой опасности. Затем из ряда мест, где предполагалось наличие пыльцы, брали образцы. Их помещали в ядерный реактор, после чего исследовали излучение образовавшихся радиоактивных изотопов. Таким образом, можно было определить наличие или отсутствие в данном образце элемента, использованного для метки.
В настоящее время радиоактивационный анализ широко используется в биологии для решения самых разнообразных задач. Этим методом определено содержание микроэлементов (т. е. элементов, присутствующих в ничтожных количествах) в различных тканях и жидкостях организма человека и животных. Как показывают данные современной науки, микроэлементы, несмотря на небольшое количество, играют огромную роль в жизни человека, животных и растений. Радиоактивационным методом было определено содержание йода в крови нормальных людей и людей, страдающих расстройствами щитовидной железы.
Эффективным оказалось применение радиоактивационного анализа в токсикологии для обнаружения ничтожных следов ядов в организме. Так, при отравлениях мышьяком он легко, обнаруживается этим методом в волосах и ногтях, причем для исследования достаточно взять сотые доли грамма волос и ногтей. Если исследовать распределение наличия мышьяка по длине волоса, то, учитывая скорость роста волос, можно установить даже время отравления.
Так, проведенное расследование обстоятельств смерти Наполеона в 1821 г. показало, что содержание мышьяка в его волосах в 13 раз превосходило норму. Тщательные измерения, проведенные вдоль волоса (длина волос составляла 13 см), привели к выводу о том, что мышьяк вводился небольшими дозами в течение четырех месяцев.
Этим же методом была проверена историческая версия об отравлении ртутью шведского короля Эрика XIV в. 1568 г. При исследовании останков в них была обнаружена ртуть.
Изотопы ставят диагноз
Методика меченых атомов нашла широкое применение во многих областях науки. Один из наиболее интересных и практически важных случаев использования этой методики - применение ее в медицине для диагностики ряда заболеваний. Позволяя судить о перемещении тех или иных веществ в организме, характере накопления их в отдельных органах и тканях и выведения их из организма, они помогают обнаруживать начальные патологические сдвиги в организме, которые трудно, а подчас и невозможно обнаружить другими методами.
Первые попытки использовать радиоактивные изотопы для целей диагностики относятся к тому периоду, когда не было еще известно об искусственной радиоактивности. Так, в 1927 г. делались попытки использовать радиоактивный элемент - радий С для измерения скорости движения крови в организме. Попытка эта, однако, оказалась неудачной - радий С и долгоживущие продукты его распада накапливались в костях и очень плохо выводились из организма, представляя, таким образом, определенную опасность для больного. Только после открытия искусственной радиоактивности медики получили в свое распоряжение радиоактивные изотопы, пригодные для целей диагностики.