В 1933 г. дочь Марии Склодовской-Кюри Ирен и французский физик Фредерик Жолио-Кюри открыли искусственную радиоактивность. Полученный ими радиоактивный алюминий, подобно естественным радиоактивным элементам, излучал различные виды лучей — альфа, бета, гамма.

Эстафета, начатая вторым поколением Кюри, была быстро подхвачена физиками разных стран. Уже через год было получено более 50 искусственных радиоактивных изотопов, сейчас их насчитывается свыше 800. Изотопами (т. е. занимающими одно и то же место) называются разновидности атомов, обладающие одинаковым положительным зарядом в ядре, но имеющие разный атомный вес. Они находят теперь широкое применение в технике, химии, биологии, медицине, сельском хозяйстве.

Искусственные изотопы, подобно природным, имеют определенный период полураспада. Некоторые распадаются в течение долей секунды, другие «живут» несколько тысяч лет. Для того чтобы получить изотопы искусственным путем, нужно «бомбардировать» ядра атомов различными микроснарядами — альфа-частицами, нейтронами, протонами. Общее количество искусственных радиоактивных изотопов в несколько раз больше числа устойчивых изотопов, встречающихся в природе.

Более десятка радиоактивных изотопов стали верными помощниками медицины. Их целительные лучи спасли немало жизней. Есть среди лечебных изотопов всем хорошо знакомые элементы — фосфор (³²Р), золото (¹⁹⁹Au), иод (¹³¹I), серебро (¹¹¹Ag). Изотопы редких элементов, таких, как цезий (¹³⁷Cs), иттрий (⁹⁰Y), применяются для лечения доброкачественных и злокачественных опухолей, различных заболеваний крови, ими пользуются нередко для лечения болезней внутренних органов, глаз, кожи, уха, горла, носа.

Одно из главных преимуществ невидимых лучей — возможность лечения пораженного болезнью органа или опухоли не одним, а несколькими различными изотопами. Радиоактивными изотопами лечат, воздействуя излучением через кожу, слизистые оболочки с помощью трубочек, игл, шариков, тончайшей проволоки, либо вводят внутрь растворы их солей.

Для наружного облучения применяют долгоживущие с длительным периодом полураспада изотопы, испускающие бета- и гамма-лучи. Это позволяет медикам пользоваться ими в течение многих лет, что, несомненно, имеет большое значение для клинической практики.

Поскольку большинство радиоактивных веществ испускает два, а то и три вида лучей, обладающих к тому же разной силой, т. е. величиной энергии, та часто при облучении пользуются металлическими листочками-фильтрами, которые задерживают излучение малой энергии и беспрепятственно пропускают лучи большой энергии. Для гамма-излучения фильтрами служат платиновые, золотые или свинцовые пластинки, а для бета-излучения — пластмассовые и целлулоидные фильтры.

При лечении рака пищевода, мочевого пузыря, прямой кишки, полости носа нередко наряду с наружным облучением во внутренние полости дополнительно вводят препараты радия, кобальта-60, цезия-137 или других изотопов в форме трубочек, бусинок (диаметром 6 мм), микросуспензии или пластобалита (пластмасса с мелкими (диаметром 2 мм) шариками радиоактивного кобальта, покрытыми тонкой золотой пленкой.

Для внутреннего облучения чаще всего пользуются изотопами со смешанным излучением (бета и гамма) или же такими, которые при распаде отщепляют только бета-частицы. Изотопы, испускающие только гамма-лучи, непригодны для внутреннего облучения, так как обладают более сильной проникающей способностью и поэтому оказывают не только местное, но и общее действие.

На чем же основано целительное действие невидимых лучей, излучаемых радиоактивными веществами? Проникая в клетки облучаемых тканей, они ионизируют и возбуждают их атомы и молекулы. При этом изменяется структура молекул, возникают химические реакции, не свойственные обычно клеткам, что и приводит к разрушению больных клеток.

Немало добрых услуг оказали радиоактивные изотопы и в диагностике многих болезней.

Радиоактивные изотопы, словно невидимые миниатюрные радиостанции, все время посылают сигналы о своем местонахождении. Испускаемые ими бета- и гамма-лучи можно обнаружить с помощью специальных приборов-счетчиков частиц. Радиоактивное излучение является своеобразной «меткой», поэтому радиоактивные изотопы часто называют мечеными атомами.

Способность меченых атомов испускать частицы позволяет использовать их в качестве «контролеров» в технике и медицине.

Регистрация вылетающих из ядер частиц позволяет контролировать технологические процессы многих производств, следить за сложными превращениями молекул в химических и биологических процессах, за движением и накоплением различных элементов в организме.

В каждом колосе пшеницы, клубне картофеля, кочане капусты присутствуют миллиарды атомов фосфора. Нет такого растения, которое не нуждалось бы в фосфоре. Жизненно необходим он и животным, и человеку. Он находится во многих тканях и клетках нашего организма. Растение получает нужный ему фосфор из почвы, всасывая корнями растворимые соли фосфорной кислоты. В организм человека и животных фосфор попадает с пищей.

Радиоактивный фосфор позволяет проникнуть в одну из сокровенных тайн природы — «увидеть», как атомы фосфора поднимаются по стеблям и движутся по листьям. И сделать это совсем несложно. Раствором двузамещенного фосфата натрия, в составе которого имеются атомы фосфора-32, поливают почву у корней растения. Спустя некоторое время срезают пять-шесть растений с интервалами в 1–2 ч. Затем от различных частей срезанных растений берут по 1 г зеленой массы, высушивают и сжигают. С помощью специального прибора определяют количество содержащегося в золе радиоактивного фосфора и узнают, в каких частях растения накопилось больше фосфора-32.

Легко проследить также за движением радиоактивного фосфора и других радиоактивных изотопов, если снять «радиоавтограф» растения. Для этого достаточно срезанное растение приложить в темноте к фотопластинке. По интенсивности почернения отдельных мест фотопластинки, отображающих контуры тех частей растения, где накапливается радиоактивный фосфор, можно судить о его концентрации.

Примерно так же с помощью меченых атомов ведется наблюдение за движением фосфора в организме подопытных животных. Например, раствор фосфата натрия впрыскивают под кожу или вводят в желудок белым крысам. Через некоторое время животное умерщвляют, из разных частей тела вырезают по 1 г ткани и сжигают; с помощью счетчика определяют концентрацию радиоактивного фосфора в золе. Еще проще и нагляднее можно проследить за накоплением фосфора-32 с помощью радиоавтографа, который получают, прикладывая разрез тела крысы к фотопластинке.

Радиоактивный фосфор очень быстро разносится по всему телу. Уже через несколько минут после введения его можно обнаружить во всех органах и клетках, особенно много его накапливается в почках.

Применение в диагностике меченых атомов — фосфора-32, йода-131, натрия-24 и других основано на том, что они не отличаются от обычных элементов по своим химическим свойствам и также активно участвуют в процессах обмена в организме. Использование йода-131 позволило раскрыть секреты щитовидной железы, в которой, как известно, больше всего накапливается йода. Впервые удалось проследить весь путь этого вещества в желудочно-кишечном тракте и крови в составе иодидов и в самой щитовидной железе — при образовании сложных органических соединений — йодтирозинов и йодтиронинов. Радиоавтографы помогли изучить распределение йода в нормальной и измененной тиреоидной тканях.

Среди жизненно важных для организма химических элементов одно из почетных мест принадлежит железу. Ведь оно входит в состав гемоглобина, который содержится в эритроцитах. Поэтому представляет большой интерес возможность проследить за движением и распределением железа в организме. Опыты с применением радиоактивного железа показали, что этот элемент накапливается в печени и селезенке в виде белкового вещества — ферритина. Так меченые атомы помогают увидеть невидимое.