Przeczytaj
W atmosferze, glebie, wodach i w skorupie ziemskiej występuje ponad sto różnego rodzaju radioizotopów. Są one źródłem promieniowania, zwanego promieniotwórczościąpromieniotwórczością naturalną.
Naturalne izotopy promieniotwórcze znalazły zastosowanie praktyczne w medycynie. „W jednym z doświadczeń Piotr Curie położył sobie na ramieniu preparat, względnie słabo promieniotwórczy, i przetrzymywał godzin. Zaczerwienienie ukazało się prawie natychmiast; nieco później powstała rana, która goiła się cztery miesiące” (fragment pracy doktorskiej M. Skłodowskiej–Curie, Badanie ciał radioaktywnych). Podobne obserwacje spowodowały podjęcie badań nad wpływem promieniowania na organizmy żywe.
Najwcześniej do niszczenia komórek nowotworowych zaczęto wykorzystywać rad. W Polsce od roku, gdy Maria Skłodowska–Curie podarowała ojczyźnie jeden gram tego pierwiastka. Tak powstał Instytut Radowy, obecnie znany jako Instytut Onkologii w Warszawie (ul. Wawelska). Miligramowe ilości soli radu, zamknięte w szczelnych aplikatorach, umieszcza się w chorych tkankach, gdzie napromieniowane komórki ulegają zniszczeniu. W tej chwili rad jest już zastępowany sztucznymi radioizotopami, np. cezem–.

Niektóre, bardzo długo żyjące pierwiastki promieniotwórcze, np. , , , mogą służyć do wyznaczania wieku skał, w których były zawarte.
Jedną z metod, która umożliwia ustalenie wieku znalezisk archeologicznych, jest datowanie radiowęglowe, opracowane przez Willarda Libbiego, za które zresztą otrzymał Nagrodę Nobla. Określenie daty materiałów pochodzenia organicznego możliwe jest na podstawie ilości zawartego w nich izotopu węgla (alternatywny zapis: ). Stężenie węgla i w organizmach żywych jest stałe i wynika ze składu izotopowego węgla. Jednak po śmierci stężenie w tkankach ulega zmniejszeniu na skutek rozpadu promieniotwórczego. Wiek przedmiotu organicznego można więc określić na podstawie oszacowanego stężenia początkowego względem izotopu oraz ilości w czasie teraźniejszym.
Innym radionuklidem, służącym do oznaczania wieku próbek, zwłaszcza wód, jest izotop wodoru tryt.
Ważnym zastosowaniem izotopów promieniotwórczych jest ich wykorzystanie do pozyskiwania energii elektrycznej w atomowych elektrowniach jądrowych. W roku odkryto, że w warunkach naturalnych rozpada się powoli, jednak pod wpływem uderzenia neutronami, rozpad jąder jego atomów zachodzi szybciej z wydzieleniem dużej ilości energii.

Na przykład:
Powstające trzy wolne neutrony powodują rozszczepienie trzech kolejnych jąder . W ten sposób reakcja łańcuchowa przebiega dalej.

Problemem związanym z pracą elektrowni jądrowej są powstające odpady. Zawierają promieniotwórcze izotopy, które – zamknięte w stalowych lub miedzianych pojemnikach – umieszcza się głęboko pod ziemią na tysiące lat. Alternatywą tego jest recykling odpadów, dzięki czemu można odzyskać część niezużytych materiałów promieniotwórczych i wykorzystać je powtórnie w postaci paliwa. Jednak pozostałości po tym procesie nadal trzeba składować.
Sztuczne izotopy promieniotwórcze znalazły zastosowanie w technice, np. do badania szczelności rurociągów (izotop ) oraz wykrywania wad konstrukcyjnych – głównie w budownictwie, lotnictwie i motoryzacji (, ).

Sztuczne izotopy promieniotwórcze lub do dziś są stosowane w czujnikach dymu (ostatnio stopniowo wycofywane z użycia ze względu na pojawienie się prostszych metod wykrywania dymu). Zasada działania opiera się na zakłóceniu przez dym emisji promieniowania izotopu, co uruchamia alarm w instalacjach przeciwpożarowych.
Promieniowanie , wykorzystywane w czujnikach, ma krótki zasięg – do kilku w powietrzu – dzięki czemu nie wydostaje się poza czujnik. Dodatkowo sama obudowa wystarcza do całkowitej absorbcji promieniowania .
W nauce izotopy promieniotwórcze znalazły szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach: biologii, medycynie, agrotechniki, archeologii i naukach o Ziemi, a także przy wytwarzaniu nowych lekarstw, badaniach rolniczych, tworzeniu i rozwoju odmian roślin odpornych na choroby, produkcji nawozów. Niewielkie ilości materiałów promieniotwórczych służą do obserwacji ruchów zanieczyszczeń w środowisku. Na podstawie zawartości odpowiednich naturalnych radionuklidów w skałach, określa się wiek skał i bada dryf kontynentalny.
Pierwsze zastosowania izotopów promieniotwórczych w medycynie i radioterapii.
Przykłady zastosowania niektórych izotopów promieniotwórczych
- w czujnikach dymu;
- do zapewnienia jednorodnej gęstości materiału produkowanego taśmowo, jak np. papieru;
- jako źródło kalibracyjne;
- w połączeniu z berylem jako źródło do rozruchu badawczych reaktorów jądrowych;
- do badań w wierceniach dla geologii i geofizyki;
- w miernikach grubości;
- jako źródła do analizatorów fluorescencji rentgenowskiej (XRF);
- do pomiarów zawartości ołowiu w suchych farbach.
- w terapii nowotworów;
- do pomiarów dawkowania promieniotwórczych radiofarmaceutyków;
- do pomiarów przepływów cieczy w rurociągach;
- do zapewnienia odpowiedniego zapełnienia opakowań żywności i innych produktów (produkty nie stają się promieniotwórcze);
- sterylizacja i konserwacja żywności.
- w wykrywaniu materiałów wybuchowych w bagażu pasażerów linii lotniczych;
- do pomiarów wilgotności materiałów;
- jako źródła stosowane przy wierceniach w geologii i geofizyce.
- do konserwacji żywności (drób, owoce, przyprawy);
- w radiografii przemysłowej.
- w badaniu metabolizmu nowych leków;
- do produkcji farb świecących;
- jako materiał służący do wykrywania przemytu materiałów wybuchowych;
- w określaniu wieku wody w odciętych od reszty środowiska zbiornikach.
- jako paliwo jądrowe;
- do barwienia szkła;
- jako dodatek do szkła fluoryzującego.
Ameryk-241 znalazł zastosowanie:
Cez-137 znalazł zastosowanie:
Fosfor-32 znalazł zastosowanie w badaniu z zakresu biologii molekularnej.
,
Jod-123 i jod-125 znalazł zastosowanie w diagnostyce tarczycy.
Kaliforn-252 znalazł zastosowanie:
Kobalt-60 znalazł zastosowanie:
Ksenon-133 znalazł zastosowanie do badania wentylacji płuc i przepływu krwi w medycynie nuklearnej.
Nikiel-63 znalazł zastosowanie do detekcji materiałów wybuchowych oraz jako regulatory napięcia w układach elektronicznych.
,
Pluton-238 i 239 znalazł zastosowanie jako paliwo jądrowe, jest stosowany w RTG, w radioizotopowych generatorach termoelektrycznych, do zasilania urządzeń w satelitach i w badaniach kosmosu, w rozrusznikach serca; z berylem stosowany jest jako podręczne źródło neutronowe.
Polon-210 znalazł zastosowanie do redukcji ładunku statycznego w produkcji błon fotograficznych i płyt gramofonowych oraz papieru.
Technet-99 znalazł zastosowanie jako izotop najczęściej wykorzystywany w medycynie nuklearnej do diagnostyki organów wewnętrznych (litera „m” w zapisie „technet-99m" oznacza stan metastabilny izotopu, gwarantujący odpowiednio długi okres połowicznego rozpadu).
Tryt znalazł zastosowanie:
Uran-235 znalazł zastosowanie:
Wapń-47 znalazł zastosowanie do biomedycznych badań funkcjonowania komórek i rozwoju kości u ssaków.
Węgiel-14 znalazł zastosowanie do datowania znalezisk oraz w badaniach nowych lekarstw, celem sprawdzenia braku ich szkodliwości.
Słownik
dział chemii poświęcony badaniom własności przemian chemicznych i jądrowych nuklidów oraz ich zastosowaniom
dział chemii, który zajmuje się procesami zachodzącymi w materii, pod wpływem promieniowania jonizującego, i ich efektami chemicznymi
radioaktywność; zdolność jąder atomowych do rozpadu, który najczęściej związany jest z emisją znacznej ilości energii w postaci cząstek (alfa), cząstek (beta) oraz promieniowania (gamma)
dział chemii jądrowej swoim zakresem obejmuje m.in. chemię naturalnych i sztucznych pierwiastków promieniotwórczych, metody syntezy związków znakowanych i wykorzystania wskaźników promieniotwórczych do badania struktury związków chemicznych, mechanizmów reakcji chemicznych, procesów fizykochemicznych (np. zjawisk powierzchniowych) oraz metody wydzielania i badania produktów reakcji jądrowych
Bibliografia
Atkins P., Jones L., Chemia ogólna, Warszawa 2004.
Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej. Tom 1 i 2, Warszawa 2010.
Czerwiński A., Energia jądrowa i promieniotwórczość, Warszawa 1998.
Czerwiński A., Czerwińska A., Jeziorna M., Kańska M., Chemia 1. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego, liceum profilowanego, technikum, Warszawa 2004.
Dobrzyński L., Droste E., Wołkiewicz R., Adamowski Ł., Trojanowski W., Spotkanie z promieniotwórczością, Otwock 2010.
Encyklopedia PWN
Hassa R., Mrzigod A., Mrzigod J., Sułkowski W., Chemia 1. Podręcznik i zbiór zadań w jednym, Warszawa 2003.
Krygowski T.M., Chemia – słownik szkolny, Warszawa 2004.
Litwin M., Styka‑Wlazło Sz., Szymońska J., To jest chemia 1, Warszawa 2013.
Wacławek W., Wacławek M., 110 europejskich twórców chemii, Opole 2002.