Radioaktives Isotop, auch Radioisotop, Radionuklid oder radioaktives Nuklid genannt, eine von mehreren Arten desselben chemischen Elements mit unterschiedlichen Massen, deren Kerne instabil sind und überschüssige Energie durch spontane Aussendung von Strahlung in Form von Alpha-, Beta- und Gammastrahlen abgeben.
Was ist ein radioaktives Isotop?
Ein radioaktives Isotop, auch Radioisotop, Radionuklid oder radioaktives Nuklid genannt, ist eine von mehreren Arten desselben chemischen Elements mit unterschiedlichen Massen, deren Kerne instabil sind und überschüssige Energie durch spontane Aussendung von Strahlung in Form von Alpha-, Beta- und Gammastrahlen abgeben. Jedes chemische Element hat ein oder mehrere radioaktive Isotope. Zum Beispiel hat Wasserstoff, das leichteste Element, drei Isotope, die die Massenzahlen 1, 2 und 3 haben. Allerdings ist nur Wasserstoff-3 (Tritium) ein radioaktives Isotop; die beiden anderen sind stabil. Es sind mehr als 1.800 radioaktive Isotope der verschiedenen Elemente bekannt. Einige davon kommen in der Natur vor, die übrigen werden künstlich als direkte Produkte von Kernreaktionen oder indirekt als radioaktive Nachkommen dieser Produkte hergestellt. Jedes „Elternteil“ radioaktiver Isotope zerfällt schließlich in ein oder höchstens ein paar stabile Isotop-„Töchter“, die spezifisch für dieses Elternteil sind.
Wie werden radioaktive Isotope erzeugt?
Es gibt mehrere Quellen für radioaktive Isotope. Einige radioaktive Isotope sind als Erdstrahlung vorhanden. Radioaktive Isotope von Radium, Thorium und Uran zum Beispiel kommen natürlich in Gesteinen und Böden vor. Uran und Thorium kommen auch in Spuren im Wasser vor. Radon, das durch den radioaktiven Zerfall von Radium entsteht, ist in der Luft vorhanden. Organische Materialien enthalten typischerweise geringe Mengen an radioaktivem Kohlenstoff und Kalium. Kosmische Strahlung von der Sonne und anderen Sternen ist eine Quelle der Hintergrundstrahlung auf der Erde. Andere radioaktive Isotope werden vom Menschen durch Kernreaktionen erzeugt, die zu instabilen Kombinationen von Neutronen und Protonen führen. Eine Möglichkeit, die Kerntransmutation künstlich herbeizuführen, besteht darin, stabile Isotope mit Alphateilchen zu beschießen.
Wie werden radioaktive Isotope in der Medizin eingesetzt?
Radioaktive Isotope haben viele nützliche Anwendungen. Insbesondere in der Nuklearmedizin und der Strahlentherapie spielen sie eine zentrale Rolle. In der Nuklearmedizin können Tracer-Radioisotope oral eingenommen oder in den Körper injiziert oder inhaliert werden. Das Radioisotop zirkuliert durch den Körper oder wird nur von bestimmten Geweben aufgenommen. Seine Verteilung kann anhand der Strahlung, die es abgibt, verfolgt werden. In der Strahlentherapie werden Radioisotope typischerweise eingesetzt, um kranke Zellen zu zerstören. Die Strahlentherapie wird üblicherweise zur Behandlung von Krebs und anderen Erkrankungen eingesetzt, die mit abnormalem Gewebewachstum einhergehen, wie z. B. Schilddrüsenüberfunktion. Strahlen aus subatomaren Teilchen, wie Protonen, Neutronen, Alpha- oder Betateilchen, die auf erkranktes Gewebe gerichtet sind, können die atomare oder molekulare Struktur der abnormalen Zellen stören und sie zum Absterben bringen. In der Medizin werden künstliche Radioisotope verwendet, die aus stabilen Isotopen hergestellt wurden, die mit Neutronen beschossen wurden.
Eine kurze Behandlung von radioaktiven Isotopen folgt. Für eine vollständige Behandlung siehe Isotop: Radioaktive Isotope.
Jedes chemische Element hat ein oder mehrere radioaktive Isotope. Zum Beispiel hat Wasserstoff, das leichteste Element, drei Isotope mit den Massenzahlen 1, 2 und 3. Allerdings ist nur Wasserstoff-3 (Tritium) ein radioaktives Isotop, die beiden anderen sind stabil. Es sind mehr als 1.000 radioaktive Isotope der verschiedenen Elemente bekannt. Etwa 50 davon kommen in der Natur vor, die übrigen werden künstlich als direkte Produkte von Kernreaktionen oder indirekt als radioaktive Nachkommen dieser Produkte hergestellt.
Radioaktive Isotope haben viele nützliche Anwendungen. In der Medizin wird z. B. Kobalt-60 als Strahlenquelle häufig eingesetzt, um die Entstehung von Krebs zu stoppen. Andere radioaktive Isotope werden als Tracer für diagnostische Zwecke sowie zur Erforschung von Stoffwechselvorgängen eingesetzt. Wenn ein radioaktives Isotop in kleinen Mengen zu vergleichsweise großen Mengen des stabilen Elements hinzugefügt wird, verhält es sich chemisch genauso wie das gewöhnliche Isotop; es kann jedoch mit einem Geigerzähler oder einem anderen Nachweisgerät aufgespürt werden. Jod-131 hat sich bei der Behandlung von Schilddrüsenüberfunktion bewährt. Ein weiteres medizinisch wichtiges radioaktives Isotop ist Kohlenstoff-14, das in einem Atemtest verwendet wird, um das geschwürverursachende Bakterium Heliobacter pylori nachzuweisen.
In der Industrie werden radioaktive Isotope verschiedener Art zur Messung der Dicke von Metall- oder Kunststoffplatten verwendet; ihre genaue Dicke wird durch die Stärke der Strahlung angezeigt, die das zu prüfende Material durchdringt. Sie können auch anstelle von großen Röntgengeräten eingesetzt werden, um gefertigte Metallteile auf Strukturfehler zu untersuchen. Weitere wichtige Anwendungen sind der Einsatz von radioaktiven Isotopen als kompakte Stromquellen, z. B. Plutonium-238 in Raumfahrzeugen. In solchen Fällen wird die Wärme, die beim Zerfall des radioaktiven Isotops entsteht, mittels thermoelektrischer Schaltkreise oder ähnlicher Geräte in Elektrizität umgewandelt.
Die Tabelle listet einige natürlich vorkommende radioaktive Isotope auf.
Isotop | Halbwertszeit (Jahre, sofern nicht angegeben) | |
---|---|---|
Quelle: National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory, NuDat 2.6 (2016). | ||
3H | 12.32 | |
14C | 5.700 | |
50V | >2.1 × 1017 | |
87Rb | 4,81 × 1010 | |
90Sr | 28,9 | |
115In | 4.41 × 1014 | |
123Te | >9,2 × 1016 | 130Te | >3,0 × 1024 |
131I | 8.0252 Tage | |
137Cs | 30,08 | |
138La | 1,02 × 1011 | |
144Nd | 2,29 × 1015 | |
147Sm | 1.06 × 1011 | |
148Sm | 7 × 1015 | |
176Lu | 3,76 × 1010 | |
187Re | 4.33 × 1010 | |
186Os | 2 × 1015 | |
222Rn | 3.8235 Tage | |
226Ra | 1.600 | |
230Th | 75.400 | |
232Th | 1.4 × 1010 | |
232U | 68,9 | |
234U | 245.500 | |
235U | 7,04 × 108 | |
236U | 2.342 × 107 | |
237U | 6,75 Tage | |
238U | 4,468 × 109 |