Исследование биологических макромолекул электрофокусированием иммуноэлектрофорезом и радиоизотопными методами - Остерман Л.А.
Скачать (прямая ссылка):
Избыток нейтронов
Этот избыток может быть ликвидирован за счет ядерной реакции преобразования нейтрона в пару протон+электрон: Ней-трон->Протон+Электрон/. Значок / указывает на то, что
электрон не остается в ядре, а испускается атомом в виде свободного электрона, движущегося со значительной энергией. Испускание этого электрона, или, как его называют в этом случае, «(3-частицы», служит внешним проявлением радиоактивного преобразования ядра изотопа — «p-распада». В ядре появляется дополнительный протон; следовательно, исходный атом превращается в атом следующего по порядку элемента периодической системы. Например, p-распад радиоактивного изотопа фосфора приводит к превращению его в стабильный ион серы:
5P-^SS++ r + v.
В ядре серы соотношение частиц устойчиво: 16 протонов и 16 нейтронов. Нехватка одного электрона в электронной оболочке серы (от фосфора осталось 15 электронов вместо нормальных для серы 16) указывает на то, что получается ион серы. Значок Р- означает испускаемую из ядра р-частицу (электрон). В уравнении фигурирует еще и v (нейтрино) — незаряженная элементарная частица ничтожной массы, испускаемая из ядра одновременно с электроном. Она не участвует в перераспределении зарядов и соотношении масс тяжелых частиц (нуклонов) атомного ядра, но играет важную роль в установлении нового баланса энергии. Дело в том, что после описанного превращения ядра («трансмутации») новое ядро обладает избытком энергии, от которого оно должно избавиться, чтобы придти в истинно стабильное состояние. Часть этой энергии уносит вылетающая с большой скоростью р-частица. Другая ее часть удаляется в виде энергии движения нейтрино. Избыточная энергия ядра после трансмутации — величина, строго определенная для данной реакции p-распада, но распределение этой энергии между р-ча-стицей и нейтрино происходит случайным образом, поэтому интересующая нас энергия р-частицы в каждом единичном акте p-распада может иметь любое значение — от максимальной (?mas) ДО нулевой.
Величина Ети, очевидно, характерна для данной ядерной реакции и определяется природой изотопа, участвующего в р-рас-паде. Энергию движения элементарных частиц принято выражать в килоэлектронвольтах (КэВ). 1 КэВ — это энергия, которую приобретает электрон, если его в пустоте ускоряет электрическое поле с разностью потенциалов в 1000 В; 1 КэВ=1,бХ Х10_1< Дж. Нам интересны не столько абсолютные значения ?пия Для различных изотопов, сколько их соотношение. С этой целью сопоставим значения Ет„ в килоэлектрон-вольтах для четырех наиболее интересных с точки зрения биохимика изотопов, испытывающих p-распад: 3Н—18,6; 14С—145; 35S—167; 32Р— 1708. Как видно из этих цифр, максимальная энергия, с которой электроны могут вылетать из ядра радиоактивного атома фосфора, почти в 100 раз превышает максимальную энергию, ко-торую может приобрести электрон при p-распаде трития.
Е 18,6 156 Рис. 45. Спектр распределения {5-частиц по их энергиям
Е — энергия частицы; N — число импульсов в минуту Рис. 46. Энергетические спектры $-частиц для ИС и МР
Для огромной совокупности практически одновременно распадающихся атомов данного изотопа статистически устанавливается строго определенное соотношение чисел электронов, получающих в момент ^-распада то или иное значение энергии. С помощью описанных ниже устройств можно регистрировать число р-частиц, вылетающих из радиоактивного препарата за определенный отрезок времени, причем только тех, энергии ко-торых лежат в заданном диапазоне ДЕ, Продвигаясь с таким диапазоном (неизменной ширины) от нулевого уровня энергии до ?та* и подсчитывая каждый раз число электронов, вылетающих из препарата за 1 мин, можно построить так называемый «энергетический спектр» излучения электронов для выбранного препарата. Общий характер такого спектра представлен на рис. 45, По оси ординат отложено число «импульсов» в минуту, ибо в счетчиках радиоактивности, как мы увидим ниже, каждый акт испускания р-частицы регистрируется одним электрическим импульсом. Представив себе, что задаваемые диапазоны энергии становятся все уже» можно перейти к плавной огибающей спектра. Легко понять, что форма этой огибающей не зависит от количества радиоактивного изотопа в препарате, а обусловлена лишь его природой. Изменение количества отразится только на масштабе ординаты графика.
Энергетический спектр далеко не равномерен. Вероятность испускания электронов с очень малой энергией, как и с энергией, близкой к ?mas, очень мала. Опыт и теория показывают, что с наибольшей вероятностью можно ожидать появления р-частиц с энергией, равной 1/л Ет^. Этой энергии соответствует максимум на кривой (см. рис. 45).
Из-за отмеченных выше различий Еты энергетические спектры разных изотопов сильно отличаются друг от друга, но не своим характером (он одинаков), а степенью растянутости вдоль оси абсцисс. Для сопоставления на рис. 46 в одинаковом масштабе представлены спектры 3Н, 14С и 3Ф.
1708 Е} КЭВ
Недостаток нейтронов
Неустойчивость ядер радиоактивных изотопов может быть обусловлена не только избытком, но и недостатком' нейтронов. Компенсировать этот недостаток может ядерная реакция преобразования одного из протонов в нейтрон, обратная рассмотренной выше: Протон+Электрон~>Нейтрон. Однако внутри ядра нет свободного электрона, поэтому он должен быть захвачен с ближайшей к ядру К-орбиты, на которой у всех атомов (кроме водорода) находятся два электрона. Такой захват и описанная реакция действительно реализуются, что приводит к целому ряду интересных последствий. Прежде всего, уменьшение числа протонов в ядре означает образование элемента, предшествующего исходному в таблице Менделеева. Происходит, так сказать, «трансмутация влево». Например, при превращении одного из радиоактивных изотопов иода (1251) образуется стоящий слева от него теллур: ‘“нГ-^'юТе (в изотопе иода — нехватка двух нейтронов; «нормальный» иод —127S1I). Такое превращение происходит спонтанно, без подвода энергии извне, поэтому, как и в предыдущем случае, оно должно быть связано с переходом от состояния с большей энергией к состоянию с меньшей энергией. Иными словами, и в этом варианте ядерной реакции должна испускаться избыточная энергия. В первую очередь—это «лишняя» энергия ядра. Ее удаление на этот раз не связано с испусканием каких-либо частиц, а происходит путем электромагнитного излучения, которое принято называть «^-излучением». От жесткого рентгеновского излучения («Х-излучения») оно отличается только своим происхождением из ядра. Энергия 4-излучения при трансмутации влево у разных изотопов варьирует в широких пределах — от 10 до 7000 КэВ. Для J25I она строго определенна (35 КэВ). Это —«мягкое» ^-излучение. Отметим, что его энергия примерно соответствует наиболее вероятному значению в энергетическом спектре [1-излучения углерода (см. рис. 46).
