巧用“原子偵探”

張曉天

1911年，瑞典放射化學(xué)家赫維西租住了一間公寓。那時(shí)的房東除了出租房子，還要提供一日三餐，但房東總是用吃剩下的食物再摻些別的東西，為赫維西做“剩菜雜燴”。赫維西對(duì)此早有覺察，只是一時(shí)還沒有真憑實(shí)據(jù)。于是，在一次就餐時(shí)，赫維西往食物里滴了一滴溶液。等到下一餐時(shí)，房東又為赫維西端上來一碗“剩菜雜燴”，赫維西就從衣袋里掏出一件儀器靠近“剩菜雜燴”，儀器立刻發(fā)出報(bào)警聲。開始，房東還不肯承認(rèn)，赫維西便向她說出了事情的始末，并用儀器演示了一遍。在事實(shí)面前，房東只好低頭認(rèn)錯(cuò)。

那么，赫維西往食物里滴的是什么東西呢？原來，那是一滴含有弱放射性同位素的溶液。它不會(huì)與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而是吸附在該物質(zhì)上，跟隨其一起運(yùn)動(dòng)。這樣，用放射線探測(cè)儀就可以檢測(cè)出該物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)情況。

利用同位素進(jìn)行觀察實(shí)驗(yàn)的例子還有很多。植物通過光合作用可以釋放出氧氣，可是植物光合作用的原料有水和二氧化碳，但因?yàn)樗投趸贾卸己醒踉樱敲粗参锿ㄟ^光合作用釋放出的氧氣，究竟是來自水還是來自二氧化碳？這個(gè)問題在學(xué)界曾爭論了幾十年，一直未得到解決。1938年，美國加利福尼亞大學(xué)教授魯賓和卡門用“原子示蹤法”解決了這個(gè)問題。他們用氧的同位素做成含放射性氧的水，然后用這種水去澆灌植物，再用示蹤原子檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)被澆過的植物通過光合作用所釋放出的氧是來自水，而不是二氧化碳。

再后來，到了1945年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)放射性同位素碳-14，于是又用碳-14做原子示蹤劑，進(jìn)一步揭開光合作用的秘密。1952年，美國加州大學(xué)化學(xué)教授卡爾文用放射性同位素碳-14做實(shí)驗(yàn)，揭示了光合作用過程中有機(jī)物質(zhì)形成的來龍去脈?？栁耐鶐讉€(gè)盛有綠色小球藻的玻璃器皿中分別通入含有碳-14的二氧化碳，然后每隔1分鐘、30秒、10秒、1秒、0.2秒，分別將器皿里的小球藻殺死，最后測(cè)定其形成物?？栁暮椭肿隽松锨Т螌?shí)驗(yàn)，最后終于揭示了光合作用的循環(huán)的復(fù)雜過程。

放射性同位素是一種用途很廣的原子示蹤劑，俗稱“原子偵探”。在醫(yī)療上，將放射性元素作為原子示蹤劑，如果患者內(nèi)服或少量注射，元素的射線就會(huì)通過患者身體的表皮組織，向體外的放射性射線指示器報(bào)告它所處的位置，醫(yī)生就會(huì)發(fā)現(xiàn)患者的病灶所在。放射性元素不僅能用來治病，還可以用在生產(chǎn)上。利用原子示蹤劑可以測(cè)定煉鋼過程的時(shí)間、合金的結(jié)構(gòu)，還可以檢查出地下輸油管線的漏油點(diǎn)：讓含有放射性同位素碘-131的油流經(jīng)需要檢查的地下輸油管道，在管道損壞的地方就會(huì)有油滲入土中，原子示蹤檢測(cè)儀就可以找到漏油的地方。用這種辦法“查漏”，真是既準(zhǔn)確又經(jīng)濟(jì)。把原子示蹤劑滴到化肥中施到田里，可以檢測(cè)出化肥被莊稼吸收了多少，流失了多少。用原子示蹤劑也可以檢測(cè)出某些文物出自什么年代。有意思的是，科學(xué)家用原子示蹤劑發(fā)現(xiàn)了雞蛋的蛋清和蛋黃是由一個(gè)月前所吃的食物形成的，蛋殼卻是由前一天吃下的食物形成的。

放射性同位素這個(gè)“原子偵探”的本領(lǐng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止上述這些，很多地方都留下它那神奇的“跟蹤”足跡！