Naturalne izotopy promieniotwórcze znalazły zastosowanie praktyczne w medycynie. „W jednym z doświadczeń Piotr Curie położył sobie na ramieniu preparat, względnie słabo promieniotwórczy, i przetrzymywał $10$ 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 $1932$ 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–$137$.

RK5Z6U41rSKUa

Na zdjęciu jest Maria Skłodowska-Curie (siedzi po prawej stronie) z mężem (stoi po lewej) w laboratorium. Oboje znajdują się przy stole, na którym stoi metalowe urządzenie.

Niektóre, bardzo długo żyjące pierwiastki promieniotwórcze, np. ${}^{235}\mathrm{U}$, ${}^{238}\mathrm{U}$, ${}^{87}\mathrm{Rb}$, 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 $^{14}\text C$ (alternatywny zapis: $\text{C}-14$). Stężenie węgla $^{12}\text C$ i $^{14}\text C$ w organizmach żywych jest stałe i wynika ze składu izotopowego węgla. Jednak po śmierci stężenie $^{14}\text C$ w tkankach ulega zmniejszeniu na skutek rozpadu promieniotwórczego. Wiek przedmiotu organicznego można więc określić na podstawie oszacowanego stężenia początkowego $^{14}\text C$ względem izotopu $^{12}\text C$ oraz ilości $^{14}\text C$ w czasie teraźniejszym.

Innym radionuklidem, służącym do oznaczania wieku próbek, zwłaszcza wód, jest izotop wodoru $^3\text H$ tryt.

Ważnym zastosowaniem izotopów promieniotwórczych jest ich wykorzystanie do pozyskiwania energii elektrycznej w atomowych elektrowniach jądrowych. W $1939$ roku odkryto, że $^{235}\text U$ w warunkach naturalnych rozpada się powoli, jednak pod wpływem uderzenia neutronami, rozpad jąder jego atomów zachodzi szybciej z wydzieleniem dużej ilości energii.

RC6ilcALay0X2

Zdjęcie przedstawia kominy elektrowni. Na pierwszym planie pole, na którym rośnie zboże. Nieco dalej rosną drzewa.

Na przykład:

Powstające trzy wolne neutrony powodują rozszczepienie trzech kolejnych jąder $^{235}\text U$. W ten sposób reakcja łańcuchowa przebiega dalej.

R1G2fy4khwdwa1

Na obrazie widoczne są 3 żółte kontenery służące do składowania odpadów radioaktywnych.

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 $^{44}\text{Na}$) oraz wykrywania wad konstrukcyjnych – głównie w budownictwie, lotnictwie i motoryzacji ($^{75}\text{Se}$, $^{192}\text{Ir}$).

RiV3rBMjDKBxx1

Na zdjęciu jest czujnik dymu. Urządzenie jest wykonane z plastiku, jest płaskie, okrągłe.

Sztuczne izotopy promieniotwórcze $^{241}\text{Am}$ lub $^{241}\text{Pu}$ 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 $\alpha$, wykorzystywane w czujnikach, ma krótki zasięg – do kilku $\text{cm}$ w powietrzu – dzięki czemu nie wydostaje się poza czujnik. Dodatkowo sama obudowa wystarcza do całkowitej absorbcji promieniowania $\alpha$.

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.

Słownik

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.