Izotop promieniotwórczy
Z Wikipedii
Izotopy promieniotwórcze, radioizotopy – niestabilne, izotopy radioaktywne, których atomy samoistnie rozpadają się, dając w wyniku inne atomy, cząstki elementarne oraz wydzielając energię w postaci promieniowania gamma. Atomy radioizotopów nazywamy radionuklidami.
Izotopy promieniotwórcze charakteryzuje okres połowicznego zaniku, tj. czas w którym zanika połowa jąder danego pierwiastka. Okres połowicznego zaniku nie zależy od otoczenia chemicznego atomu izotopu.
Spis treści |
[edytuj] Pochodzenie
Naturalne radionuklidy syntezowane są w gwiazdach, szczególnie podczas wybuchów supernowych. Niektóre z nich (np. uran posiadają wystarczająco długi okres półtrwania, aby nie ulegały one samorzutnemu rozpadowi w ciągu miliardów lat. Niektóre izotopy (np. 14C) są tworzone podczas zderzeń wysokoenergetycznych cząstek pochodzących z kosmosu z budulcami atmosfery ziemskiej.
Sztuczne radionuklidy są wytwarzane w reaktorach jądrowych oraz akceleratorach umożliwiających syntezę nowych pierwiastków.
Radioizotopy syntezowane podczas przemian jądrowych w reaktorach powstają w wyniku oddziaływania dużej ilości neutronów na elementy reaktora, przykładem jest syntezowany tal-201.
Cząsteczki przyspieszane w cyklotronach mogą zderzać się z innymi pierwiastkami, produkując specjalne izotopy (np. fluor-18 emitujący pozytrony), czy nowe nieznane wcześniej pierwiastki (np. Bohr).
Generatory radionuklidów zawierają izotop (rodzic) o względnie krótkim czasie półtrwania, który rozpadając się tworzy użyteczny radionuklid. Generatory te są używane w medycynie jądrowej. Przykładowym generatorem jest technet-99 produkujący pożądany molibden-99.
Niektóre radionuklidy są obecne w naturze w mikroskopijnych ilościach z powodu rzadkości występowania, a także krótkiego czasu półtrwania. Sztuczne radionuklidy są wytwarzane wyłącznie w sztucznych przemianach jądrowych.
[edytuj] Zastosowania
Izotopy promieniotwórcze stosowane są w wielu dziedzinach badań technicznych (np.: w badaniach przepływów – śledząc z zewnątrz układu przemieszczanie się w nim płynu zawierającego domieszkę izotopu promieniotwórczego, lub w badaniach zużycia materiałów – implantując izotop w elementy konstrukcyjne np. silnika i badając zmiany aktywności tego izotopu w oleju silnikowym w czasie pracy), znajdują zastosowanie w przemyśle (izotopowe czujniki poziomu, wagi izotopowe, izotopowe czujniki przeciwpożarowe), medycynie (radiofarmaceutyki, zasilacze izotopowe), biologii (śledzenie obiegu i roli mikroelementów), geologii (radiometryczne metody geologiczne) oraz w badaniach podstawowych (metoda atomów znaczonych, badania dyfuzji, badania strukturalne itd.). Izotopy promieniotwórcze stosuje się również do modyfikacji cech przedmiotów naświetlanych: wywoływania mutacji, sterylizacji, wywoływania zmian w strukturze polimerów, zabijania tkanek nowotworowych. Mała przenikliwość promieniowania alfa lub beta powoduje, że na ogół nawet w pobliżu zasilacza nie otrzymuje się znaczących dawek. Zasilacze izotopowe stosuje się wszędzie tam, gdzie konieczna jest najwyższa niezawodność zasilania, przy jednoczesnych małych wymaganiach, co do mocy, np. w rozrusznikach serca, w automatach działających w reżimie długotrwałej autonomiczności, np. sondy kosmiczne, automatyczne stacje meteorologiczne znajdujące się w trudno dostępnym terenie (np. stacje arktyczne).
[edytuj] Zastosowania
WODÓR stosuje się jako surowiec w wielu syntezach przemysłowych, np. do otrzymywania amoniaku, chlorowodoru, utwardzania olejów roślinnych, w syntezie benzyny. POLON stosuje się w chemii radiacyjnej jako źródło cząstek, zmieszany z berylem jako źródło neutronów. RAD wykorzystuje się go do celów leczniczych i do celów naukowych. TOR metaliczny tor stosuje się do powlekania drucików wolframowych w lampach elektronowych i jako adsorbent gazów w aparatach wysoko próżniowych. URAN metaliczny uran o dużej czystości znajduje zastosowanie w reaktorach jądrowych do otrzymywania energii jądrowej. Używa się go także do barwienia szkłą i wyrobów ceramicznych, jako katalizator w fotogradii i jako paliwo jądrowe. SÓD wolny ma szerokie zastosowanie. W stopie z potasem stosowany jest jako chłodziwo w reaktorach jądrowych, zaworach silników lotniczych, a także w wielu innych urządzeniach i procesach KRZEM stosuje się jako dodatek do stopów żelaza i glinu, polepszający ich własności mechaniczne i odporność na korozję. FOSFOR izotop 32P jest stosowany w nauce i technice jako wskaźnik promieniotwórczy i źródło promieni beta, w medycynie do diagnostyki nowotworów i znakowania czerwonych ciałek krwi. POTAS sole potasu wytwarzane w przemyśle są zużywane w charakterze sztucznych nawozów. KOBALT stosowany w medycynie do leczenia nowotworów, do sterylizacji żywności, narzędzi chirurgicznych i lekarstw (bomba kobaltowa). ARSEN związki z arsenem stosowane są do konserwacji skór i preparatów zwierzęcych, do impregnacji drewna, w przemyśle szklarskim do odbarwiania szkła, dodawane do trucizn na gryzonie i owady. PLUTON jest paliwem w energetyce jądrowej.
[edytuj] Znaczniki
Główny artykuł znakowanie izotopowe
W medycynie, biochemii i chemii stosuje się je często jako znaczniki. Wprowadza się je celowo do cząsteczek chemicznych, a następnie tak "oznakowane" cząsteczki wprowadza się do organizmu lub poddaje reakcji chemicznej po czym dzięki detekcji emitowanego przez nie promieniowania gamma śledzi się ich "dzieje" w czasie przemian którym podlegają. Umożliwia to badanie rozprzestrzeniania się wprowadzonych cząsteczek w badanym układzie, a pośrednio mechanizmów reakcji chemicznych oraz procesów metabolicznych w organizmie. Najczęściej stosowanym izotopem do tych celów są: węgla 14C i 15N.
W badaniach historycznych, geologicznych, archeologicznych oraz paleontologicznych wykorzystuje się zmianę w czasie ilości izotopów promieniotwórczych lub produktów przemian izotopowych w badanym materiale. Np. pod wpływem promieniowania kosmicznego w atmosferze Ziemi powstaje izotop węgla 14C. Izotop ten wbudowuje się w organizmy żywe i ulega rozkładowi. Badając ilość tego izotopu w substancji organicznej można w miarę dokładnie określić faktyczny wiek danego zabytku lub skamieliny.
Kontrola radiologiczna monitoruje bieżące możliwości skażenia terenów uprawnych. Wskutek przeprowadzania próbnych wybuchów jądrowych oraz katastrofy czarnobylskiej do środowiska przedostają się zwiększone ilości promieniotwórczych związków. Dzięki użyciu detektora promieniowania, np. licznika Geigera można stwierdzić w jakich rejonach promieniotwórcze izotopy węgla zostały przyswojone przez rośliny uprawne. Rośliny (lub zwierzęta), które pochłonęły więcej skażonego materiału, same mogą okazać się skażone i stanowić niebezpieczeństwo dla człowieka.
[edytuj] Źródło promieniowania
Jako źródło promieniowania gamma radioizotopy są stosowane w medycynie do leczenia raka. Stosuje się je tutaj w formie tzw. bomb naświetleniowych – czyli dużych próbek radioizotopu, które emitując z zewnątrz promieniowanie zabijają komórki rakowe w określonych miejscach ciała, lub w formie chemioterapii radiacyjnej – polegającej na podawaniu związków zawierających dużą ilość radioizotopu, które same mają tendencję do wędrowania w organizmie do chorego miejsca.
W medycynie i przemyśle spożywczym radioizotopy są stosowane do szybkiej i efektywnej sterylizacji sprzętu, leków i żywności. Silne promieniowanie gamma jest bowiem zabójcze dla większości bakterii i grzybów chorobotwórczych i gnilnych. Radionuklidy zabezpieczają świeże zbiory przed kiełkowaniem, a także umożliwiają kontrolę procesu dojrzewania przechowywanych warzyw i owoców. Znajdują także zastosowanie w agrotechnice do uzyskania większych plonów, tworzenia odmian bardziej odpornych na warunki pogodowe, oraz badań wpływu insektocydów i nawozów na organizmy żywe oraz zwiększenia reproduktywności i zdrowia zwierząt hodowlanych.
W przemyśle chemicznym radioizotopy są stosowane jako źródła promieniowania do reakcji zachodzących pod wpływem tego promieniowania. Są stosowane do sieciowania polimerów zwłaszcza przy produkcji żeli i folii oraz przy syntezie niektórych związków organicznych.
Przemysł ciężki i górnictwo wykorzystuje radionuklidy do testowania spawów, wykrywania przecieków, szacowania zużycia metali, badania położenia i koncentracji rozległych rud metali i paliw kopalnych.
W różnego rodzaju czujnikach, detektorach substancji radioizotopy są stosowane jako źródła promieniowania (zawierające promieniotwórczy ameryk, produkowany w reaktorach jądrowych) – od powszechnie stosowanych przeciwpożarowych czujników na dym po specjalistyczne czujniki chemiczne wykrywające śladowe ilości metali ciężkich w wodzie.
Badania środowiska naturalnego wykorzystują izotopy promieniotwórcze poprzez dodawanie ich śladowych ilości do emitowanych zanieczyszczeń. Dzięki temu można określić rozprzestrzenianie i koncentrację odpadów. Jest możliwe także określanie kierunków przepływu powierzchniowych prądów wodnych, pomiary wód pochodzących z opadów deszczu i śniegu oraz prędkości przepływów rzek i innych ciągów wodnych.
[edytuj] Zagrożenia
W przypadku dostania się radionuklidów do środowiska naturalnego w wyniku wypadku, bądź zamierzonego działania, mogą wystąpić szkodliwe efekty w wyniku wystąpienia skażenia promieniotwórczego, które może wpływać destrukcyjnie na wszystkie formy życia organicznego. Radionuklidy mogą także powodować uszkodzenia sprzętu elektrycznego i elektronicznego.
