Гадолиний

Гадолиний (Gd, Z=64) — редкоземельный металл с необычным сочетанием свойств: наибольшее сечение захвата тепловых нейтронов среди стабильных изотопов (Gd-157: 254 000 барн), исключительный парамагнетизм вблизи точки Кюри (20°C) и возможность усиления магнитно-резонансного контраста. Каждое из этих свойств определяет отдельную нишу применения.

Контрастные агенты для МРТ: хелатные комплексы Gd-DTPA (Магневист), Gd-DOTA и аналоги вводятся внутривенно в дозе 0,1 ммоль/кг; Gd³⁺ с 7 неспаренными электронами создаёт локальное магнитное поле, сокращая время релаксации Т1 в прилегающей воде в 5–10 раз — ткани с нарушенным гематоэнцефалическим барьером (опухоли, воспаление) накапливают контраст и выглядят ярче на T1-взвешенных изображениях. Термин «нефрогенный системный фиброз» (NSF) — редкое осложнение при почечной недостаточности — ограничил применение некоторых линейных комплексов Gd и стимулировал разработку макроциклических форм (Gd-DOTA) с меньшим риском высвобождения свободного Gd.

В ядерных реакторах оксид Gd₂O₃ добавляют в ядерное топливо (UO₂) как выгорающий поглотитель нейтронов (burnable poison): высокое сечение захвата Gd компенсирует избыточную реактивность свежей загрузки и постепенно выгорает с накоплением нейтронов — реактивность остаётся стабильной в течение кампании. Для магнетокалорического охлаждения: гадолиний нагревается при намагничивании и охлаждается при размагничивании — «магнетокалорический эффект» размером ~3°C при поле 5 Тл; разрабатываются холодильные машины без фреона.