TEMAT:

IZOTOPY

PROMIENIOTWÓRCZE

1

1. IZOTOPY PROMIENIOTWÓRCZE-

inaczej nazywane - radioizotopami -

- to pierwiastki lub odmiany pierwiastków, których jądra atomów są niestabilne i samorzutnie ulegają przemianie promieniotwórczej. W wyniku tej przemiany powstają inne atomy, cząstki elementarne, a także uwalniana jest energia w postaci promieniowania gamma i energii kinetycznej produktów przemiany. Radioizotopy wykazują aktywność promieniotwórczą.

Izotopy promieniotwórcze charakteryzuje czas połowicznego rozpadu, tj. średni czas, po którym połowa jąder danego pierwiastka (izotopu) ulegnie przemianie.

Czas połowicznego rozpadu nie zależy od otoczenia chemicznego atomu izotopu.

W środowisku można zaobserwować ponad 60 izotopów promieniotwórczych.

2. Podział izotopów promieniotwórczych:

- ze względu na pochodzenie; dzielimy na 3 grupy

Izotopy promieniotwórcze

pierwotne izotopy promieniotwórcze

- posiadające czasy połowicznego zaniku (T1/2) powyżej 0,5 mld lat,

- powstały wraz ze stabilną materią tworzącą Ziemię (nukleogeneza) i nie zdążyły się jeszcze całkiem rozpaść

- najbardziej istotnymi izotopami w tej klasie są:

40K (1,28 mld lat), 238U (4,5 mld lat), 232Th (14 mld lat), mniej istotne to 235U (0,71 mld lat), 87Rb (48 mld lat) oraz alfa promieniotwórcze pierwiastki ziem rzadkich, np. 147Sm (105 mld lat), a także kilkanaście innych.

wtórne izotopy promieniotwórcze

- pochodzą z sekwencyjnych rozpadów niektórych izotopów należących do kategorii pierwszej (szeregi promieniotwórcze),

- jest to grupa ponad trzydziestu izotopów,

wśród nich najistotniejsze są izotopy:

• radu- 226Ra, 228Ra,

• radonu- 222Rn, 220Rn,

• polonu - 210Po,

• ołowiu - 210Pb.

kosmogenne pierwiastki promieniotwórcze

- grupa ponad dziesięciu izotopów promieniotwórczych lekkich pierwiastków,

powstających ciągle, głównie w górnych warstwach atmosfery ziemskiej, w reakcjach jądrowych wywołanych przez protony promieniowania kosmicznego

- najbardziej istotne wśród nich to: 14C (5,7 tys. lat), 7Be (54 dni), 10Be (1,7 mln lat), 3H (12 lat),

- mniej istotne, to wybrane izotopy siarki, chloru, fosforu, aluminium

2

Wśród izotopów promieniotwórczych można także wyróżnić:

• NATURALNE izotopy promieniotwórcze:

wodoru, węgla, potasu, rubidu, indu, lantanu, neodymu, samaru, lutetu, renu, platyny, polonu, astatu, radonu, fransu, radu, aktynu, toru, protaktynu, uranu

• SZTUCZNE izotopy promieniotwórcze:

wodoru, węgla, sodu, krzemu, fosforu, siarki, potasu, wapnia, żelaza, kobaltu, miedzi, galu, arsenu, kryptonu, strontu, niobu, srebra, indu, antymonu, jodu, ksenonu, cezu, irydu, platyny, złota, talu, polonu, plutonu

3. ZASADA DZIAŁANIA IZOTOPÓW PROMIENIOTWÓRCZYCH.

Działanie izotopów promieniotwórczych polega na tym, że w sposób ciągły wysyłają promieniowanie alfa, beta, gamma, które może być rejestrowane przez specjalne liczniki. Pozwala na badanie różnych przedmiotów czy też organów ludzkiego ciała w różny sposób pochłaniających to promieniowanie.

Badane obiekty umieszcza się między promieniotwórczym źródłem a licznikiem

(rysunek poniżej)

Licznik promieniowania

Mata pomiarowa

Źródło promieniowania

W zależności od stosowanej metody otrzymuje się informacje w postaci barwnych obrazów na monitorach specjalnych komputerów, a także jako dźwiękowe lub świetlne.

3

4. ZASTOSOWANIE IZOTOPÓW PROMIENIOTWÓRCZYCH.

• Izotopy promieniotwórcze mają ogromne znaczenie w lecznictwie.

Na przykład jod 31I, technet 99Tc, czy potas 40K stosuje się w diagnostyce medycznej. Dzięki nim uzyskuje się tzw. warstwowe obrazy mózgu i innych organów wewnętrznych. Pozwala to na umiejscowienie nowotworów, tętniaków, zwężania żył, a często na wyeliminowanie zbędnych zabiegów chirurgicznych.

• Medycyna nuklearna zajmuje się zastosowaniem izotopów promieniotwórczych jako znaczniki w rozpoznawaniu i leczeniu chorób oraz w badaniach naukowych.

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. 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.

• Jako źródło promieniowania gamma radioizotopy są stosowane w medycynie do niszczenia komórek rakowych.

Stosuje się je jako tak zwane bomby naświetleniowe - czyli duże porcje promieniowania skierowane w opanowane przez raka miejsca lub w formie chemioterapii radiacyjnej. Podaje się wtedy pacjentowi promieniotwórcze związki mające naturalne powinowactwo do tkanek rakowych. Bardzo dobre efekty daje technet-99 produkujący silnie lecz krótkotrwale promieniotwórczy molibden-99. 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 bakterii i grzybów chorobotwórczych i gnilnych jest nawet bardziej zabójcze niż wysoka temperatura. Zasilacze izotopowe stosowane w rozrusznikach serca pozwalają na ich wieloletnią pracę oszczędzając chorym operacji w celu wymiany baterii.

4

• Szerokie zastosowanie mają izotopy promieniotwórcze w badaniu układu krążenia.

Dzięki doskonaleniu metod pomiarowych i wprowadzaniu systemów komputerowych do analizy otrzymanych wyników znaczenie rozszerzyły się wskazania diagnostyczne. Współczesne metody izotopowe pozwalają na badanie ukrwienia mięśnia sercowego oraz ocenę parametrów krążenia. W badaniu układu kostnego stosuje się związki fosforanowe. Przeprowadzane badania mają na celu wykrycie ognisk nowotworowych w przypadku pierwotnych nowotworów kości oraz przerzutów nowotworowych w celu określenia miejsc ewentualnej resekcji chirurgicznej.

• 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 pestycydów i 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.

• Izotopy promieniotwórcze wykorzystuje się również w przemyśle.

Między innymi w tzw. defektoskopii przy badaniu ewentualnych ukrytych wad wyrobów oraz sprawdzaniu szczelności sprawnych metali, przy badaniu składu przepływających cieczy i gazów, przy określaniu jakości materiałów budowlanych, gęstości cementu i ziemi,

w przeróbce kopalin przy ustalaniu stopnia wzbogacenia rudy, w czujnikach dymu zainstalowanych w pomieszczeniach, gdzie łatwo o pożar lub gdzie znajduje się cenna aparatura, w czujnikach oblodzenia samolotów.

• 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 dojrzewania przechowywanych warzyw i owoców.

5

• Najnowsze analizy zawartości izotopów promieniotwórczych w próbkach materii planetarnej i meteorytowej udzielają nam również nowych informacji na temat powstawania naszej planety.

Zwłaszcza zainteresowano się badaniem hefnu 182, który rozpada się w wolfram182, przy czym okres połowicznego rozpadu wynosi 9 milionów lat. Na podstawie badań tych izotopów naukowcy stwierdzili, że jądro naszej planety powstało dwukrotnie szybciej niż dotąd przypuszczano, czyli 29 milionów lat po uformowaniu się słońca.

• W badaniach nad mechanizmem reakcji chemicznych stosuje się substraty zawierające w swoich cząsteczkach atomy pierwiastków promieniotwórczych, tzw. atomy znaczone.

W zależności od tego, w którym z produktów reakcji znajdą się takie atomy, można wnioskować o jej przebiegu.

• Przykładem złego wykorzystania izotopów promieniotwórczych jest niewątpliwie stworzenie broni masowej zagłady, przy której przede wszystkim korzysta się z energii jądrowej.

Broń tą po raz pierwszy zastosowano w czasie II wojny światowej. Pierwszymi ofiarami byli mieszkańcy Hiroszimy i Nagasaki. Bomby jądrowe zrobione są w znacznej części z trotylu. W czasie wybuchu cały ładunek zamienia się w gazy osiągające temperaturę 1000000 stopni Celsjusza. Promieniowanie cieplne rozprzestrzenia się z prędkością 300 tys. kilometrów na sekundę (prędkość światła) niszcząc wszystko na swojej drodze. Ta broń w rękach człowieka jest czymś najniebezpieczniejszym na świecie.

6

Zatem podsumowując wszystkie izotopy promieniotwórcze są bardzo cenne i mają wszechstronne zastosowanie w wielu dziedzinach nauki i gospodarki. Dzięki nim jesteśmy w stanie odgadywać zagadki przeszłości, pozwalają na uśmierzanie bólu, dają nam energię i znajdują szerokie zastosowanie w technice.

Należy jednak pamiętać, że są one zarówno potrzebne dla środowiska i dla nas samych, jak i szkodliwe, gdyż mają zastosowanie przy produkcji broni masowego rażenia, a jej nieumiejętne użytkowanie może stanowić źródło samozniszczenia.

Źródła:

• Janusz Matusewicz „ Chemia nieorganiczna”, Encyklopedia Multimedialna 1999.

• Szkolna Encyklopedia Multimedialna 2001, część 3 - Nauki ścisłe

• http://chemia.panoramix.net.pl/tabele/zastosowanie_izotopow.html

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Izotop_promieniotw%C3%B3rczy

---