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この水はすごい！酸素18とトリチウムを含む重水が普通の水より30％も重いなんてあり得るの？
水は私たちの日常生活に欠かせません。しかし、水の化学構造は、含まれる水素と酸素の同位体によって変化する可能性があることを認識している人は多くありません。酸素18とトリチウムが結合して、通常の水よりも約30％重い特殊な重水が形成されます。このような重水は科学実験において重要な役割を果たすだけでなく、環境変化に関する研究にも重要なデータを提供します。
酸素 18 (18O) は安定した天然同位体であり、多くの科学的研究にとって非常に重要な環境同位体の 1 つです。
酸素18の特性と用途
酸素 18 は水中に自然に存在する比較的稀な同位体です。その存在率は約0.2％で、その安定性は科学研究に最適です。放射性医薬品業界では、酸素 18 は、陽電子放出断層撮影 (PET) で一般的に使用される放射性同位元素であるフッ素 18 を生成するために使用されます。
製造プロセスでは、酸素 18 を豊富に含む水 (H2Ω) に高エネルギー陽子を照射してフッ素 18 を生成します。このフッ素 18 はフルオロデオキシグルコース (FDG) に合成され、画像診断のために患者に注入されます。このような用途では、特殊重水は密度が普通の水よりもはるかに高いため特に重要であり、科学研究においてかけがえのない存在となっています。
古気候学における重要性
酸素18は古気候学においても重要な役割を果たします。科学者は氷床コア中の酸素18と酸素16の比率を分析することで、古代の気候変動を追跡することができます。このプロセスはδ18O分析と呼ばれます。極地の気候と環境はあまり変化しないと仮定すると、科学者は氷が形成された温度を計算することで過去の気候データを得ることができます。
1950 年代にハロルド・ユーリーが行った実験では、通常の水と酸素 18 を含む水を混ぜることで古気候を分析できることを示しています。
科学者は化石中に見つかった酸素同位体の比率を通じて古代の気温を測定することもできる。植物や動物の成長過程の化石は、過去の環境に関する詳細な情報を提供してくれます。これは生態系の変化を理解する上で重要です。
植物生理学への応用
植物生理学では、酸素 18 は植物の光呼吸の研究にも使用されます。植物の周囲に酸素18を標識することで、科学者は光合成中の酸素の吸収と放出を測定することができます。研究によると、産業革命以前の時代には、植物が光合成中に生成した酸素のほとんどは光呼吸によって再吸収され、それが植物の成長と収穫量に直接影響を及ぼしていたことがわかっています。
フッ素18の製造プロセス
フッ素 18 を生成するには通常、酸素 18 を含む水に高エネルギー陽子を衝突させる必要があります。このプロセスには、サイクロトロンや線形加速器などの非常に高度な装置が必要です。このような製造プロセスでは、作成者がさまざまな変数を正確に制御する必要があるだけでなく、最終的に合成された放射性医薬品の安全性と有効性を確保するために、出力溶液を精製して不純物を除去することも必要です。
たとえば、90 分間の治療では、チタン セルを通過することで生成された 2 mL の酸素 18 濃縮水を利用できます。
終わりに
この魔法の重水について、より深く理解できましたか?酸素18とトリチウムの組み合わせは、水に対する私たちの理解を変えただけでなく、科学研究に新たな扉を開きました。将来を見据えると、このような科学的探究は、さらに新たな疑問を提起するでしょう。おそらく私たちが考えるべきことは、将来の科学研究に大きな進歩をもたらす可能性のある、他の未知の同位体は存在するのか、ということです。
