Izotop promieniotwórczy, zwany także radioizotopem, radionuklidem lub nuklidem promieniotwórczym, dowolny z kilku gatunków tego samego pierwiastka chemicznego o różnych masach, których jądra są niestabilne i rozpraszają nadmiar energii przez spontaniczną emisję promieniowania w postaci promieni alfa, beta i gamma.
Co to jest izotop promieniotwórczy?
Izotop promieniotwórczy, zwany również radioizotopem, radionuklidem lub nuklidem promieniotwórczym, to każdy z kilku gatunków tego samego pierwiastka chemicznego o różnych masach, których jądra są niestabilne i rozpraszają nadmiar energii poprzez spontaniczną emisję promieniowania w postaci promieni alfa, beta i gamma. Każdy pierwiastek chemiczny ma jeden lub więcej izotopów promieniotwórczych. Na przykład wodór, najlżejszy z pierwiastków, ma trzy izotopy o masach 1, 2 i 3. Jednak tylko wodór-3 (tryt) jest izotopem radioaktywnym; pozostałe dwa są stabilne. Znanych jest ponad 1800 radioaktywnych izotopów różnych pierwiastków. Niektóre z nich występują w przyrodzie; pozostałe są wytwarzane sztucznie jako bezpośrednie produkty reakcji jądrowych lub pośrednio jako radioaktywne potomstwo tych produktów. Każdy „macierzysty” izotop promieniotwórczy rozpada się ostatecznie na jeden lub co najwyżej kilka stabilnych izotopów „córek” charakterystycznych dla danego rodzica.
Jak powstają izotopy promieniotwórcze?
Istnieje kilka źródeł izotopów promieniotwórczych. Niektóre izotopy promieniotwórcze są obecne w postaci promieniowania ziemskiego. Radioaktywne izotopy radu, toru i uranu, na przykład, występują naturalnie w skałach i glebie. Uran i tor występują również w śladowych ilościach w wodzie. Radon, powstający w wyniku radioaktywnego rozpadu radu, jest obecny w powietrzu. Materiały organiczne zazwyczaj zawierają niewielkie ilości radioaktywnego węgla i potasu. Promieniowanie kosmiczne ze Słońca i innych gwiazd jest źródłem promieniowania tła na Ziemi. Inne radioaktywne izotopy są wytwarzane przez ludzi w wyniku reakcji jądrowych, w których powstają niestabilne kombinacje neutronów i protonów. Jednym ze sposobów sztucznego wywoływania transmutacji jądrowej jest bombardowanie stabilnych izotopów cząstkami alfa.
Jak izotopy promieniotwórcze są wykorzystywane w medycynie?
Izotopy promieniotwórcze mają wiele użytecznych zastosowań. W szczególności, są one kluczowe dla dziedzin medycyny nuklearnej i radioterapii. W medycynie nuklearnej radioizotopy znakujące mogą być przyjmowane doustnie, wstrzykiwane lub wdychane do organizmu. Radioizotop krąży w organizmie lub jest pobierany tylko przez niektóre tkanki. Jego rozmieszczenie może być śledzone w zależności od promieniowania, które wydziela. W radioterapii, radioizotopy są zazwyczaj stosowane do niszczenia chorych komórek. Radioterapia jest powszechnie stosowana w leczeniu raka i innych schorzeń związanych z nieprawidłowym wzrostem tkanek, takich jak nadczynność tarczycy. Wiązki cząstek subatomowych, takich jak protony, neutrony, cząstki alfa lub beta, kierowane w stronę chorych tkanek mogą zakłócić strukturę atomową lub molekularną nieprawidłowych komórek, powodując ich obumarcie. W medycynie stosuje się sztuczne radioizotopy, które zostały wyprodukowane ze stabilnych izotopów bombardowanych neutronami.
Następnie następuje krótkie omówienie izotopów promieniotwórczych. Dla pełnego leczenia, zobacz izotop: Izotopy promieniotwórcze.
Każdy pierwiastek chemiczny ma jeden lub więcej izotopów promieniotwórczych. Na przykład wodór, najlżejszy pierwiastek, ma trzy izotopy o liczbach masowych 1, 2 i 3. Jednak tylko wodór-3 (tryt) jest izotopem radioaktywnym, pozostałe dwa są stabilne. Znanych jest ponad 1000 radioaktywnych izotopów różnych pierwiastków. Około 50 z nich występuje w przyrodzie; pozostałe są wytwarzane sztucznie jako bezpośrednie produkty reakcji jądrowych lub pośrednio jako promieniotwórcze potomstwo tych produktów.
Izotopy promieniotwórcze mają wiele użytecznych zastosowań. W medycynie, na przykład, kobalt-60 jest szeroko stosowany jako źródło promieniowania w celu zatrzymania rozwoju raka. Inne izotopy promieniotwórcze są wykorzystywane jako znaczniki w celach diagnostycznych, jak również w badaniach nad procesami metabolicznymi. Kiedy izotop radioaktywny jest dodawany w małych ilościach do stosunkowo dużych ilości stabilnego pierwiastka, zachowuje się on dokładnie tak samo jak zwykły izotop pod względem chemicznym; może być jednak śledzony za pomocą licznika Geigera lub innego urządzenia wykrywającego. Jod-131 okazał się skuteczny w leczeniu nadczynności tarczycy. Innym ważnym z medycznego punktu widzenia izotopem promieniotwórczym jest węgiel-14, który jest wykorzystywany w teście oddechowym do wykrywania bakterii Heliobacter pylori powodującej wrzody.
Encyclopædia Britannica, Inc.See all videos for this article
W przemyśle, izotopy promieniotwórcze różnego rodzaju są używane do pomiaru grubości blach metalowych lub plastikowych; ich dokładna grubość jest wskazywana przez siłę promieniowania, które przenika przez kontrolowany materiał. Mogą być one również stosowane zamiast dużych urządzeń rentgenowskich do badania wyprodukowanych części metalowych pod kątem wad strukturalnych. Inne znaczące zastosowania obejmują wykorzystanie izotopów promieniotwórczych jako kompaktowych źródeł energii elektrycznej – np. pluton-238 w statkach kosmicznych. W takich przypadkach ciepło wytwarzane podczas rozpadu izotopu promieniotwórczego jest zamieniane na energię elektryczną za pomocą obwodów termoelektrycznych lub podobnych urządzeń.
W tabeli wymieniono niektóre naturalnie występujące izotopy promieniotwórcze.
| izotop | okres połowicznego rozpadu (lata, chyba że zaznaczono) |
|---|---|
| Źródło: 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 dni |
| 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 dni |
| 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 dnia |
| 238U | 4,468 × 109 |