Что такое изотопы?

Каждый химический элемент отличается от других количеством содержащихся в нем протонов, нейтронов и электронов. Атомы каждого элемента имеют определенное равное количество протонов и электронов, но, что очень важно — не нейтронов, число которых может меняться.

Атомы с одинаковым количеством протонов, но разным количеством нейтронов называются изотопами. Они обладают практически одинаковыми химическими свойствами, но отличаются по массе и, следовательно, по физическим свойствам. Существуют стабильные изотопы, которые не излучают радиацию, и нестабильные изотопы, которые излучают радиацию. Последние называются радиоизотопами.

Ядерные методы используются для определения содержания и соотношения изотопов в веществе. На основе этой информации можно отследить происхождение материала, его прошлое и источник. Подобный анализ позволяет экспертам лучше понять такие вопросы, как функционирование наземных и водных экосистем, объемы определенных витаминов, усваиваемых организмом, или количество поглощаемых растениями удобрений.

Узнайте больше о различных изотопах.

Изотопная сигнатура — это коэффициент соотношения различных изотопов элемента в исследуемой пробе.

Изотопные сигнатуры можно сравнить с отпечатками пальцев человека — они похожи тем, что используются для отслеживания и идентификации. Изотопные сигнатуры встречаются в воде, земле, растениях и организмах животных. Отследив эти «отпечатки пальцев», ученые могут проанализировать:

• миграцию видов в воде и на суше,
• пищевые цепи и изменение рациона питания животных,
• географическое и ботаническое происхождение продуктов питания,
• возраст и состояние водных ресурсов, включая подземные водоносные горизонты,
• причины загрязнения воды и атмосферы.

К примеру, естественный изотоп углерода-14, присутствующий в воде, используется для определения возраста воды и других органических материалов.

Ознакомьтесь с бюллетенем МАГАТЭ, чтобы узнать как именно используются изотопы и их сигнатуры, а также почему это так важно.

Первые 80 элементов периодической таблицы имеют стабильные изотопы. Свойства стабильных изотопов позволяют использовать их для изучения водных и земельных ресурсов и для управления ими. Они также используются для оценки рациона питания, в экологических исследованиях и криминалистике.

Количество и соотношение встречающихся в природе стабильных изотопов, таких как изотопы водорода, используется для анализа проб воды, чтобы определить ее возраст и  происхождение. Эта методика называется изотопной гидрологией. Ознакомьтесь с примерами использования этой методики в Болгарии, Грузии, Казахстане, Молдове, России, Таджикистане, Украине и многих других странах.

Стабильные изотопы можно использовать для исследований, связанных с землей, людьми, животными, насекомыми и растениями. Например, изотопы используются для картирования путей миграции бабочек, помогая защитить природные ресурсы в местах их размножения.

Кроме того, стабильные изотопы применяются и в сельском хозяйстве. Используя биоазотные удобрения, помеченные стабильным изотопом азота-15 (15N), ученые могут отслеживать и определять, насколько эффективно посевы усваивают удобрения. Это важно, поскольку растениям необходимо поглощать азот, чтобы преобразовывать его в необходимые для роста белки. Использование 15N позволяет ученым определить, какое количество удобрений необходимо для получения максимального урожая.

Узнайте больше о стабильных изотопах.

Известны более 3000 радиоизотопов — нестабильных разновидностей элементов. Они излучают радиацию, что делает их полезными в медицине, промышленности, сельском хозяйстве, радиофармацевтике, отслеживании изменений в окружающей среде и биологических исследованиях.

Радиоизотопы искусственно и безопасно производятся в исследовательских реакторах и ускорителях частиц. Одним из применений радиоизотопов является лечение рака и хронических заболеваний с помощью радиоизотопной терапии, которая позволяет безопасно и эффективно лечить раковые клетки. Другие области их применения включают создание более совершенных медицинских товаров путем удаления или нейтрализации химических веществ, бактерий и представляющих опасность токсинов. 

Узнайте о других областях применения радиоизотопов и их продуктов.

• МАГАТЭ помогает странам наращивать потенциал в области использования изотопных методов, производства радиоизотопов и радиофармацевтических препаратов.
• МАГАТЭ помогает местным экспертам повысить качество данных аналитических измерений с помощью проверенных процедур, а также предоставляя доступ к справочным материалам, квалификационным экзаменам и руководствам по охране окружающей среды.
• В рамках программы технического сотрудничества МАГАТЭ изотопные методы используются в работе по приоритетным направлениям в области разработки стандартов здравоохранения и питания, оптимизации производства продовольствия и сельскохозяйственной продукции, проверки подлинности продуктов питания, обнаружения источников парниковых газов и загрязняющих веществ, а также управления водными ресурсами.
• Проекты координированных исследований МАГАТЭ объединяют учреждения, стимулируя создание сетей и баз данных по изотопам и изотопным исследованиям. 
• Глобальная сеть «Изотопы в осадках», управляемая МАГАТЭ и Всемирной метеорологической организацией, предоставляет научные консультации, логистическую и техническую поддержку для проведения исследований и использования технологий.
• МАГАТЭ управляет также Глобальной сетью по изотопам в реках, которая собирает данные об изотопах в реках по всему миру и помогает в управлении водными ресурсами.
• МАГАТЭ оказывает помощь странам, заинтересованным в создании предприятий по производству радиоизотопов, начиная с предоставления консультаций, выбора оборудования и методов и заканчивая надзором за созданием производственных центров.