O historii i działaniu reaktora MARIA cykl wpisów rozpoczął na naszym blogu Mirek, wczoraj mogliśmy przeczytać również o tym jak są wynagradzani pracownicy tego ośrodka, w którym produkowane są radiofarmaceutyki np. molibden-99.

O samym reaktorze i technicznej stronie wytwarzania takich izotopów w jego wnętrzu przeczytacie w części pierwszej Reaktor jądrowy MARIA – 1. Historia i konstrukcja i kolejnych, my zaś skupmy się na molibdenie.

fot. domena publiczna

Tego metalu powinniśmy szukać, w układzie okresowym pod symbolem przywodzącym na myśl Milicję Obywatelską, czyli Mo, i pod liczbą atomową 42. Wspomniany wcześniej izotop to ⁹⁹Mo, czyli taki, którego jądro jest zbudowane z 42 protonów i 57 neutronów. Sam molibden w stanie czystym ma barwę srebrzystobiałą i jest niezwykle twardy oraz odznacza się niezwykle wysoką temperaturą topnienia – aż 2623 °C! Ponieważ zalicza się do chromowców, jest raczej mało aktywny chemicznie, co czyni go dość odpornym na warunki atmosferyczne. Choć mało aktywny w temperaturze pokojowej, to po podgrzaniu tworzy związki z niemetalami np. dwutlenek molibdenu o fioletowej barwie.

fot. na licencji CC BY 3.0

Molibden występuje naturalnie na naszej planecie głównie w postaci minerału z grupy siarczków, znanego jako molibdenit (MoS₂). Wydobywa się go głownie w Chinach, USA i Chile. Jako ciekawostkę warto zauważyć, że początkowo związki molibdenu były mylone ze związkami węgla lub ołowiu, w czystej postaci został wyodrębniony dopiero w XVIII w., a właściwości jego stopów zauważono prawie sto lat później.

Te i inne właściwości sprawiły że molibden znalazł wiele zastosowań np. jako dodatek do stopów stali, czyniący je odpornymi na temperaturę czy korozję, poprzez półprzewodniki, smary, barwniki, katalizatory, chemię analityczną itp. aż do medycyny nuklearnej. Tu warto wiedzieć że wykorzystywany jest nie tyle molibden, co produkt jego rozpadu, mający w jądrze o jeden proton więcej – technet.

Pewna osoba, gdy zapytałem ją, z czym kojarzy jej się ta nazwa, odrzekła: „z muzyką techno”. Biorąc pod uwagę, że wnętrze jądra atomowego, z uwagi na panującą w nim kotłowaninę związaną z oddziaływaniem kolorowym, przypomina trochę taki widok –

– to łatwo zgadnąć, skąd się bierze ów technet, który powstaje dokładnie tak jak muzyka techno: sztucznie i w skomplikowanym urządzeniu :). Izotop ⁹⁹Mo jest imprezą, na której od czasu do czasu któryś z uczestników się rozsypie. Tym uczestnikiem jest jeden z neutronów, który rozpada się za pośrednictwem wuonu (cząstki odpowiedzialnej na kwantowej imprezie za oddziaływania słabe) na proton, elektron i antyneutrino. Skoro jądro traci jeden neutron, a zyskuje proton, to z pewnością przestaje być molibdenem i staje się czymś innym. Czym? Technetem, gdyż taki sposób rozpadu oznacza, że przesuwamy się w okładzie okresowym w prawo, od 42 do 43.

Technet nie występuje naturalnie w przyrodzie, co jest o tyle dziwne, że wszystkie poza prometem pierwiastki o liczbach atomowych mniejszych niż ołów posiadają stabilne izotopy. Jedyne miejsca, w których znaleziono jego śladowe ilości, to rudy uranu, gdzie powstaje w wyniku jego samorzutnego rozpadu, oraz w widmach niektórych gwiazd, gdzie powstaje w procesie nazywanym wychwytem neutronu. W medycynie zaś zastosowanie znalazł jego izotop oznaczony jako technet-99m, co niektórzy biorą za literówkę. Zapis taki lub równoważny, ^99mTc, jest jak najbardziej poprawny i oznacza, że rozmawiamy o czymś, co nazywa się „metastabilny izomer”. Jeśli ktoś zastanawia się, co oznacza stan metastabilności, to polecam przypomnieć sobie scenę z kreskówek, w których postać niesie chwiejący się na wszystkie strony stos talerzy stabilny do momentu, gdy nie wychyli się za bardzo w którąś ze stron. Można też wykonać proste ćwiczenie polegające na próbie utrzymania ołówka postawionego pionowo na wyciągniętej dłoni. Łatwo zaobserwujecie, że istnieje stan pozornej równowagi, którą można bardzo łatwo zaburzyć. W podobnym stanie znajduje się ciecz w ogrzewaczu do dłoni: jeśli zadziałać odpowiednim bodźcem, polegającym na wygięciu blaszki wewnątrz, całość zaczyna się błyskawicznie krystalizować wyzwalając ciepło, tj. energię. W przypadku jądra technetu taki stan oznacza, że jądro pozostaje w stanie wzbudzonym tj. posiadającym nadmiar energii, której emisja następuje w postaci kwantu promieniowania gamma, czyli fotonu.

Ten izotop technetu ma czas połowicznego rozpadu ok. 6h, co czyni go świetnym w diagnostyce nowotworów i nie tylko przy pomocy technik takich jak scyntygrafia, metoda SCEPT czy PET. Radiofarmaceutyki to w przybliżeniu radioizotop i nośnik mający zdolność do wiązania się z specyficznymi przeciwciałami na powierzchni nowotworu gdzie ulega rozpadowi emitując kwant gamma czyli foton. Emitowane w wyniku takiego rozpadu fotony są wysokoenergetyczne i łatwo wydostają się z ciała, gdzie mogą być rejstrowane przez odpowiednie detektory. W przypadku metody SCEPT rejestruje się fotony powstające bezpośrednio w wyniku rozpadu podczas gdy metoda PET korzysta z praw mechaniki kwantowej i rejestruje fotony powstające w wyniku anihilacji pozytonu z elektronem. Jest to metoda o tyle precyzyjniejsza w obrazowaniu iż fotony powstałe w wyniku takiego zderzenia rozbiegają się w przeciwnych kierunkach więc można precyzyjnie ustalić gdzie powstały. Ponieważ używanie czystego technetu byłoby kłopotliwe, wykorzystuje się jeden z jego związków kompleksowych – sestamibi technetu-99m. Pod tą nazwą kryje się położony centralnie atom technetu otoczony przez sześć „ramion” metoksyizobutyloizonitrylu.

Rozpady radioaktywne tego i wielu innych pierwiastków znalazły różne zastosowania – od bomb poprzez wykrywacze dymu po medycynę, która dzięki fizyce zyskała odpowiedzi niedostępne do tej pory, odpowiedzi które decydują o zdrowiu i życiu.

(c) by Lucas Bergowsky
Jeśli chcesz wykorzystać ten tekst lub jego fragmenty, skontaktuj się z autorem.