|
'''Izotopy promieniotwórcze''', '''radioizotopy''', '''radionuklidy''' – odmiany pierwiastków ([[izotopy]]), których [[jądro atomowe|jądra]] atomów są niestabilne i samorzutnie ulegają [[reakcja jądrowa|przemianie promieniotwórczej]]. W wyniku tej przemiany powstają inne jądra atomowe, emitowane są [[Cząstka elementarna|cząstki elementarne]], a także uwalniana jest [[Energia (fizyka)|energia]] w postaci energii kinetycznej produktów przemiany oraz przeważnie (choć nie zawsze) emitowane jest [[promieniowanie gamma]].
Izotopy promieniotwórcze charakteryzuje [[czas połowicznego rozpadu]], tj.to znaczy średni czas, po którym połowa jąder danego [[Pierwiastek chemiczny|pierwiastka]] (izotopu) ulegnie przemianie. Czas połowicznego rozpadu nie zależy od otoczenia chemicznego, w jakim znajduje się izotop.
Radioizotopy wykazują [[aktywność promieniotwórcza|aktywność promieniotwórczą]].
== Pochodzenie ==
Naturalne radionuklidy syntezowane są w [[gwiazda]]chgwiazdach, szczególnie podczas wybuchów [[supernowa|supernowych]]. Niektóre z nich (np. [[uran (pierwiastek)|uran]]) mają wystarczająco długi okres półtrwania, aby nie ulegały rozpadowi w ciągu miliardów lat, dlatego występują w przyrodzie, izotopy o krótszym czasie połowicznego rozpadu nie występują w przyrodzie, chyba że są produktami rozpadu jąder o długim czasie połowicznego rozpadu. Niektóre izotopy tworzą się pod wpływem promieniowania kosmicznego - są to tzw.tak zwane izotopy kosmogeniczne. Np. [[węgiel-14]] tworzy się w reakcji neutronu (powstałego w wyniku reakcji protonów promieniowania kosmicznego z jądrami składników atmosfery) z jądrem azotu <sup>14</sup>N.
Sztuczne radionuklidy są wytwarzane przez człowieka głównie w [[reaktor jądrowy|reaktorach jądrowych]] oraz [[akcelerator cząstek|akceleratorach]].
W reaktorach jądrowych nowe izotopy powstają wskutek oddziaływania neutronów z materiałem aktywowanym (mogą to być materiały celowo wprowadzane do reaktora w celu aktywacji bądź też materiały konstrukcyjne reaktora). Przykładem jest polon-210, otrzymywany na drodze [[aktywacja neutronowa|aktywacji neutronowej]] bizmutu-209 (występującego naturalnie). Tworzący się bizmut-210 rozpada się następnie przez rozpad beta minus do polonu-210.
Cząstki przyspieszane w [[akcelerator cząstek|akceleratorach]] mogą zderzać się z innymi cząstkami bądźlub z jądrami tzw.tak zwanej tarczy, produkując izotopy o różnych zastosowaniach, często niewystępujące w przyrodzie (np. [[fluor]]-18, mający zastosowanie w medycynie nuklearnej, jest otrzymywany przez bombardowanie protonami tarczy zawierającej tlen-18).
Tzw. [[generator radionuklidów|generatory radionuklidów]] zawierają izotop (rodzic)macierzysty o względnie krótkim czasie półtrwania, który – rozpadając się – tworzy użyteczny radionuklid. Generatory te są używane w [[medycyna nuklearna|medycynie jądrowej]], np.na przykład do otrzymywania [[metastabilność|metastabilnego]] [[Izomery jądrowe|izomeru jądrowego]] [[technet]]utechnetu-99m (<sup>99m</sup>Tc) powstającego z [[molibden]]umolibdenu-99.
Niektóre radionuklidy są obecne w naturze w mikroskopijnych ilościach z powodu rzadkości występowania, a także krótkiego czasu półtrwania.
=== Przemysł i fizyka ===
Stosowane są w wielu dziedzinach badań technicznych. Za ich pomocą można z zewnątrz śledzić przemieszczanie się płynów w układzie. Implementując izotopy w elementy konstrukcyjne, np.na przykład silnika, można badać stopień zużycia poszczególnych elementów poprzez rejestrowanie zmiany aktywności tego izotopu w [[olej silnikowy|oleju silnikowym]]. W przemyśle zastosowanie znalazły izotopowe czujniki poziomu oraz wagi izotopowe. Badania dyfuzji oraz badania struktury materiałów z użyciem izotopów są wykonywane rutynowo.
W oparciu o właściwości promieniotwórcze powstała [[defektoskopia]], zajmująca się wykrywaniem ukrytych wad wyrobów (do tego celu używa się głównie [[kobalt]]ukobaltu <sup>60</sup>Co) oraz szczelności urządzeń i grubości spawów (głównie izotop [[krypton]]u <sup>85</sup>Kr).
Górnictwo wykorzystuje radionuklidy do badania położenia i koncentracji rozległych złóż rud metali i paliw kopalnych.
Radioizotopy są stosowane w różnego rodzaju czujnikach, detektorach substancji. [[Ameryk]] <sup>241</sup>Am produkowany w reaktorach jądrowych ma zastosowanie - od będących w powszechnym użyciu przeciwpożarowych [[czujnik]]ówczujników dymu po specjalistyczne czujniki chemiczne wykrywające śladowe ilości [[metale ciężkie|metali ciężkich]] w [[woda|wodzie]].
=== Źródło energii ===
Izotopy promieniotwórcze stosowane jako paliwo w reaktorach są źródłem ciepła potrzebnego do wytwarzania pary zasilającej turbiny elektrowni atomowych.
Oprócz elektrowni atomowych, energia rozpadu radioizotopów wykorzystywana jest również w [[Zasilacz izotopowy|zasilaczach izotopowych]]. Mała przenikliwość produkowanego promieniowania alfa i beta powoduje, że na ogół nawet w pobliżu samego zasilacza nie otrzymuje się jego znaczących dawek. Zasilacze izotopowe stosuje się wszędzie tam, gdzie konieczna jest najwyższa niezawodność zasilania, przy jednoczesnych małych wymaganiach, co do mocy, np.między innymi w rozrusznikach serca, w automatach działających w reżimie długotrwałej autonomiczności, np.na przykład w [[sonda kosmiczna|sondach kosmicznych]], automatycznych stacjach meteorologicznych znajdujących się w trudno dostępnym terenie (np. stacje arktycznearktycznych).
=== Datowanie ===
Promieniotwórczy izotop [[węgiel (pierwiastek)|węgla <sup>14</sup>C]] stosowany jest przy oznaczaniu wieku próbek geologicznych oraz wykopalisk archeologicznych i paleontologicznych. Metoda ta zwana jest [[Datowanie radiowęglowe|datowaniem radiowęglowym]] wykorzystuje zachodzącą w czasie zmianę ilości izotopów promieniotwórczych lub produktów przemian izotopowych w badanym materiale. Pod wpływem [[promieniowanie kosmiczne|promieniowania kosmicznego]] w atmosferze [[Ziemia|Ziemi]] powstaje izotop węgla <sup>14</sup>C, który może być wbudowywany w ciało organizmów tylko w czasie ich życia. Po śmierci ilość węgla promieniotwórczego może już tylko spadać. Na podstawie ilości zachowanego izotopu określa się wiek znaleziska.
=== Chemia ===
Izotopy promieniotwórcze stosuje się do modyfikacji cech przedmiotów naświetlanych:, np.na przykład do wywoływania zmian w strukturze [[Polimery|polimerów]]. W przemyśle chemicznym niektóre reakcje są możliwe tylko pod wpływem promieniowania. Do najważniejszych należą produkcja różnych [[żel]]iżeli, folii oraz synteza niektórych związków organicznych. Znaczniki promieniotwórcze pozwalają śledzić etapy pośrednie zachodzących reakcji.
=== Przechowywanie żywności ===
Napromieniowanie żywności stosowane jest w celach dezynfekcyjnych, przedłużających jej trwałość. Na podstawie przeprowadzonych badań okazało się, że żywność utrwalana radiacyjnie nie jest toksyczna ani też radioaktywna, jednak podobnie jak inne procesy konserwujące radiacja powoduje pewne zmiany chemiczne w konserwowanej żywności. Pod wpływem promieniowania tworzą się między innymi wolne rodniki i zmniejsza się o 20–60% zawartość witamin A, B1, C i E.
Radionuklidy zabezpieczają świeże zbiory przed kiełkowaniem, a także umożliwiają kontrolę procesu [[dojrzewanie|dojrzewania]] przechowywanych warzyw i owoców.
=== Biologia ===
W [[biochemia|biochemii]] stosuje się często izotopy jako znaczniki. WprowadzaWbudowuje się je celowo do [[cząsteczka|cząsteczek chemicznych]], a następnie tak "oznakowane"„oznakowane” cząsteczki wprowadza się do [[organizm]]uorganizmu, po czym dzięki [[detekcja|detekcji]] emitowanego przez nie promieniowania gamma śledzi się ich rozmieszczenie oraz obecność w różnych związkach pośrednich. Umożliwia to badanie mechanizmów reakcji chemicznych oraz szlaków [[metabolizm|metabolicznych]] w [[organizm]]ieorganizmie. Najczęściej stosowanymi do tych celów izotopami są: [[węgiel-14|węgla]] <sup>14</sup>C i <sup>15</sup>N. Ta sama metoda pozwala śledzić rolę i obieg mikroelementów w organizmach.
W badaniach środowiska naturalnego wykorzystują izotopy promieniotwórcze poprzez dodawanie ich śladowych ilości do emitowanych zanieczyszczeń. Dzięki temu można określić zasięg, rozprzestrzenianie i koncentrację odpadów od danego punktu emisyjnego. Jest możliwe także określanie kierunków przepływu powierzchniowych prądów wodnych, pomiary wód pochodzących z opadów deszczu i śniegu oraz prędkości i szlaki przepływ np. podziemnych rzek i innych ciągów wodnych.
Izotopy znajdują także zastosowanie w badaniu wpływu [[pestycydy|pestycydów]] i [[nawozy|nawozów]] na organizmy żywe. Poddając eksperymentalne zwierzęta napromieniowaniu, można znacznie zwiększyć ilość mutacji, tym samym przyspieszając powstawanie nowych odmian o bardziej korzystnych cechach uprawnych i hodowlanych.
=== Medycyna ===
Medycyna nuklearna zajmuje się zastosowaniem izotopów promieniotwórczych w [[Rozpoznanie (medycyna)|rozpoznawaniu]] i leczeniu chorób ([[radioterapia]]{{fakt|data=2010-01}}) oraz w badaniach naukowych (np.na przykład zastosowanie znaczników radioizotopowych w testach [[ELISA (test immunoenzymatyczny)|ELISA]]){{fakt|data=2010-01}}. Zastosowanie diagnostyczne izotopów promieniotwórczych polega na wprowadzeniu substancji promieniotwórczej do tkanek i narządów organizmu, a następnie na rejestrowaniu promieniowania za pomocą detektorów umieszczonych poza badanym obiektem ([[scyntygrafia]], [[pozytonowa emisyjna tomografia komputerowaemisyjna|PET]], [[badania SPECT|SPECT]]){{fakt|data=2010-01}}. Zgromadzenie substancji promieniotwórczej w tkance lub narządzie oraz jej rozmieszczenie pozwalają na wysnucie konkretnych wniosków diagnostycznych.
Obecnie stosuje się około 200 różnych związków znakowanymi izotopami promieniotwórczymi, dobieranych w zależności od tego jaki narząd będzie badany i pod jakim kątem. Wynik badania izotopowego wprawdzie nie może być podstawą do rozpoznania określonej choroby może jednak znacznie proces ten ułatwić dając obraz: stanu nerek lub rozdziału krwi w łożysku naczyniowym.
W badaniu układu kostnego stosuje się związki fosforanowe. Przeprowadzane badania mają na celu wykrycie ognisk nowotworowych w przypadku [[Nowotwory kości|pierwotnych nowotworów kości]] oraz przerzutów nowotworowych w celu określenia miejsc ewentualnej resekcji chirurgicznej.
Jako źródło promieniowania gamma radioizotopy są stosowane w medycynie do niszczenia [[komórka nowotworowa|komórek nowotworównowotworowych]]. Stosuje się je jako tak zwane bomby naświetleniowe – czyli duże porcje promieniowania skierowane w opanowane przez raka miejsca lub w formie [[chemioterapia nowotworów|chemioterapii]] radiacyjnej. Podaje się wtedy pacjentowi promieniotwórcze związki mające naturalne powinowactwo do tkanek rakowych. Bardzo dobre efekty daje [[molibden]]-99, produkujący silnie promieniotwórczy [[technet]]-99m (<sup>99m</sup>Tc → <sup>99</sup>Tc + [[promieniowanie gamma|kwant γ]], [[Czas połowicznego rozpadu|T<sub>½</sub>]] ok.około 6 hgodzin).
Izotopowe znaczniki pozwalają śledzić nietypowe, patologiczne szlaki metaboliczne związane ze specyficznymi wadami genetycznymi.
Izotopy służą też do szybkiej i pewnej sterylizacji aparatury, rękawiczek, strzykawek, igieł, zestawów opatrunkowych, eliminując, – zwłaszcza w przypadku tych jednorazowego użytku, – konieczność użycia wysokich temperatur. Silne promieniowanie gamma, dla większości [[Bakterie|bakterii]] i [[Grzyby|grzybów]] chorobotwórczych i gnilnych jest nawet bardziej zabójcze niż wysoka temperatura.
=== Zastosowania według pierwiastka ===
Przykłady zastosowań izotopów promieniotwórczych:
* '''[[Fosfor]]fosfor '''-– <sup>32</sup>P jest stosowany w nauce i technice jako wskaźnik promieniotwórczy i źródło promieni β, w medycynie do diagnostyki nowotworów i znakowania czerwonych ciałek krwi.
* '''[[Kobalt]]'''kobalt -– <sup>60</sup>Co stosowany jest w medycynie do leczenia nowotworów, do sterylizacji żywności, narzędzi chirurgicznych i lekarstw ([[bomba kobaltowa]]).
* '''[[Pluton (pierwiastek)|Pluton]]'''pluton -– <sup>239</sup>Pu stosowany jest w głowicach [[bombabroń jądrowa|bomb jądrowych]], bywa też używany jako materiał rozszczepialny w energetyce jądrowej. Pluton-238 bywa stosowany w generatorach radioizotopowych (składnik termoogniw)
* '''[[Polon]]'''polon -– stosuje się w chemii radiacyjnej jako źródło cząstek, zmieszany z berylem jako źródło neutronów.
* '''[[Radrad (pierwiastek)|Rad]]''' -– wykorzystuje się go do celów leczniczych i do celów naukowych.
* '''[[Uranuran (pierwiastek)|Uran]]''' -– <sup>235</sup>U znajduje zastosowanie w reaktorach jądrowych jako materiał rozszczepialny
== Zagrożenia ==
W przypadku dostania się radionuklidów do środowiska, w wynikuwskutek wypadku, bądźlub zamierzonego działania, mogą wystąpić szkodliwe efekty w wynikuz wystąpieniapowodu [[skażenie promieniotwórcze|skażenia promieniotwórczego]], które wpływa destrukcyjnie na wszystkie formy życia. Radionuklidy mogą także powodować uszkodzenia sprzętu elektrycznego i elektronicznego poprzez emitowane promieniowanie.
== Zobacz też ==
* [[scyntygrafia]]
* [[Pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa|Pozytonowa tomografia emisyjna]] (PET)
* [[Badania SPECT|SPECT]]
* [[radioterapia]]
* [[znakowanie izotopowe]]
| 