Radioizotop
Radioizotop (radioaktivni nuklid, radionuklid ili radioaktivni izotop) radioaktivni je izotop jednog hemijskog elementa (suprotan stabilnom izotopu). Atomska jezgra se javljaju u dva tipa, stabilan i nestabilan. Za ona koja pripadaju nestabilnom tipu, kaže se da su radioaktivna. Nestabilna jezgra se preko radioaktivnog raspada eventualno mogu transformisati u stabilna. Pojam radioizotop se takođe koristi za bilo koji tip radioaktivnih atoma. Dok je samo dvanaestak radioizotopa pronađeno u prirodi u značajnim količinama, na stotine drugih je veštački stvoreno bombardovanjem stabilnih atomskih jezgara atomskim projektilima.
Radioizotop ima višak nuklearne energije, što ga čini nestabilnim. Ovaj višak energije može se koristiti na jedan od tri načina: emituje se iz jezgra kao gama zračenje; prenosi se na jedan od njegovih elektrona da bi ga oslobodio kao konverzijski elektron;[1][2] ili se koristi za stvaranje i emitovanje nove čestice (alfa čestica ili beta čestica) iz jezgra. Tokom tih procesa, za radionuklid se kaže da se radioaktivno raspada.[3] Ove emisije se smatraju jonizujućim zračenjem, jer su dovoljno snažne da oslobađaju elektron iz drugog atoma. Radioaktivni raspad može proizvesti stabilan nuklid ili će ponekad proizvesti novi nestabilni radionuklid koji može proći kroz dalje raspadanje. Radioaktivni raspad je slučajan proces na nivou pojedinačnih atoma: nemoguće je predvideti kada će se pojedini atom raspasti.[4][5][6][7] Međutim, za kolekciju atoma jednog elementa, brzina raspadanja, a time i vreme poluraspada (t1/2) za tu kolekciju, može se izračunati iz njihove izmerene konstante raspadanja. Raspon vremena poluraspada radioaktivnih atoma nema poznata ograničenja i obuhvata vremenski raspon od preko 55 redova veličine.
Radionuklidi se javljaju prirodno ili se veštački proizvode u nuklearnim reaktorima, ciklotronima, akceleratorima čestica ili generatorima radionuklida. Postoji oko 730 radionuklida sa periodima poluraspada dužim od 60 minuta (pogledajte spisak nuklida). Trideset i dva su iskonski radionuklidi koji su stvoreni pre formiranja zemlje. U prirodi je moguće otkriti još najmanje 60 radionuklida, bilo kao ćerke iskonskih radionuklida, bilo kao radionuklide proizvedene prirodnom proizvodnjom na Zemlji kosmičkim zračenjem. Više od 2400 radionuklida ima vreme poluraspada manje od 60 minuta. Većina se proizvodi samo veštački i imaju vrlo kratak poluživot. Poređenja radi, postoji oko 252 stabilna nuklida. (U teoriji, samo njih 146 je stabilno, a za ostalih 106 se veruje da propadaju alfa raspadom, beta raspadom, dvostrukim beta raspadom, hvatanjem elektrona ili dvostrukim hvatanjem elektrona.)
Podela radionuklida
urediPreko 60 radioaktivnih elemenata ili radionuklida se može naći u prirodi i oni se mogu svrstati u tri kategorije:[8]
- Praiskonski radionuklidi - radioaktivni elementi koji postoje od nastanka Zemlje;
- Kosmogeni radionuklidi - nastali kao posledica kosmičkog zračenja;[9]
- Radionuklidi nastali ljudskom aktivnošću. Radioaktivni elementi se često nazivaju radioaktivni izotopi, radionuklidi ili jednostavno nuklidi. Postoji preko 1500 različitih radioaktivnih nuklida. Oni se označavaju pomoću hemijskog simbola i atomske mase. Radionuklidi se nalaze u vazduhu, vodi, tlu i u živim bićima, i oni su proizvod ljudskih aktivnosti i prirodne okoline. Svaki dan ljudi unose u svoje telo nuklide putem vazduha, hrane i vode. Ne postoji mesto na zemlji gde nema prirodne radioaktivnosti.[10][11]
Prosečna ekvivalentna doza iznosi oko 3 mSv po osobi godišnje. Oko 82% od ukupne primljene apsorbovane doze uzrokuju prirodni izvori zračenja, od kojega je najveći deo od radona. Ostatak od 18% zračenja dolazi od veštačkih izvora. To su pre svega medicinske dijagnoze i tretmani.[12]
Praiskonski radionuklidi
urediPraiskonski radionuklidi postoje od postanka sveta. Oni su dugoživući radionuklidi sa vremenom poluraspada reda veličine 100 miliona godina. Aktivnost radionuklida koji postoje duže od 30 vremena vlastitih poluživota je nemerljiva. Potomci i produkti raspada praiskonskih nuklida takođe spadaju u praiskonske nuklide. Primeri praiskonskih radionuklida su:
- uranijum-235 (vreme poluraspada je 7,04 x 108 godina): ima ga u proseku oko 0,72% od ukupne količine prirodnog uranijuma (u nalazištima i rudnicima uranijuma);[13]
- uranijum-238 (vreme poluraspada je 4,47 x 109 godina): ima ga u proseku oko 99,27% od ukupne količine prirodnog uranijuma (u nalazištima i rudnicima uranijuma); ima ga 0,00005% do 0,00047% u uobičajenim vrstama stena;
- torijum-232 (vreme poluraspada je 1,41 x 1010 godina): ima ga od 0,00016 do 0,002% u uobičajenim vrstama stena sa uobičajenim prosekom od 0,00107%;
- radijum-226 (vreme poluraspada je 1,6 x 103 godina): ima ga oko 16 Bq/kg u krečnjaku i 48 Bq/kg u vulkanskim stenama;
- radon-222 (vreme poluraspada je 3,82 dana): to je plemeniti gas, a godišnji prosek koncentracije u vazduhu 0,6 Bq/m3 do 28 Bq/m3;
- kalijum-40 (vreme poluraspada je 1,28 x 109 godina): ima ga u tlu od 0,037 do 1,1 Bq/g. Prosečna ekvivalentna doza zbog prirodne radioaktivnosti (kalijum-40, ugljenik-14) ljudskog tela je 0,40 mSv/godinu.
Neki nuklidi imaju više koraka pri raspadanju tako da od njih kroz vreme nastaju mnogi drugi nuklidi. Na primeru torijuma se vidi vremenski redosled raspadanja, odnosno promene nuklida jednog u drugi: Th-232 --> Ra-228 --> Ac-228 --> Th-228 --> Ra-224 --> Rn-220 --> Po-216 --> Pb-212 --> Bi-212 --> Po-212 --> Pb-208 (stabilan). Neki od takvih nuklida su: V-50, Rb-87, Cd-113, In-115, Te-123, La-138, Ce-142Ce, Nd-144, Sm-147, Gd-152, Hf-174, Lu-176, Re-187, Pt-190, Pt-192, Bi-209.
Kosmogeni radionuklidi
urediKosmičko zračenje ispunjava celi svemir, a potiče uglavnom izvan Sunčevog sistema. Zračenje se javlja u više oblika, od brzih teških čestica pa do visokoenergetskih fotona i miona. Na gornje slojeve atmosfere deluju različite vrste zračenja, gde se stvaraju kozmogenički radioaktivni nuklidi. Oni mogu biti dugoživući, ali su uglavnom kraćeg poluživota od praiskonskih nuklida. Primeri učestalijih kozmogeničkih radionuklida su:[14]
- ugljenik-14 (vreme poluraspada je 5730 godina): nastaje međudelovanjem kosmičkih zraka, a prirodna radioaktivnost je oko 0,22 Bq/g. Koristi se često u arheologiji za određivanje starosti organskih materija metodom datiranja ugljenikom-14;
- tricijum ili H-3 (vreme poluraspada je 12,3 godina): nastaje međudelovanjem kosmičkih zraka s azotom i kiseonikom; ima ga u ručnim satovima za gledanje brojčanika po noći (beta svetlost); prirodna radioaktivnost je oko 1,2 x 10-3 Bq/kg;
- berilijum-7 (vreme poluraspada je 53,28 dana): nastaje međudelovanjem kosmičkih zraka s azotom i kiseonikom; prirodna radioaktivnost je oko 0,01 Bq/kg.
Postoje još mnogi kosmički radionuklidi, neki od njih su: Be-10, Al-26, Cl-36, Kr-80, Si-32, Ar-39, Na-22, S-35, Ar-37, P-33, P-32, Mg-38, Na-24, S-38, Si-31, F-18, Cl-39, Cl-38, Cl-34m (oznaka m je za metastabilno stanje).
Radionuklidi nastali ljudskim delovanjem
urediLjudi koriste radioaktivnost oko stotinu godina i kroz to vreme neki radionuklidi su nastali ljudskim delovanjem. Količine takvih nuklida su manje nego količine kozmogeničkih radionuklida. Oni obično imaju kraće vreme poluraspada od praiskonskih i kozmogeničkih nuklida. Zabranom testiranja nuklearnog oružja iznad površine zemlje, zabeležen je pad tako nastalih radionuklida. Neki od nuklida koji su nastali ljudskim delovanjem su:[15]
- tricijum ili H-3 (vreme poluraspada je 12,3 godina): nastao testiranjem oružja i u nuklearnim reaktorima; nastao proizvodnjom nuklearnog oružja;
- jod-131 (vreme poluraspada je 8,04 dana): produkt nuklearne fisije u reaktorima i testiranju oružja; medicinsko lečenje bolesti štitne žlezde;
- jođ129 (vreme poluraspada je 1,57 x 107 godina): produkt nuklearne fisije u reaktorima i testiranju oružja;
- cezijum-137 (vreme poluraspada je 30,17 godina): produkt nuklearne fisije u reaktorima i testiranju oružja;
- stroncijum-90 (vreme poluraspada je 28,78 godina): produkt nuklearne fisije u reaktorima i testiranju oružja;
- tehnecijum-99m (vreme poluraspada je 6,03 sati): produkt raspada Mo-99, koristi se u dijagnostičke svrhe (radiologija – nuklearna medicina);
- tehnecijum-99 (vreme poluraspada je 2,11 x 105 godina): produkt raspada tehnecijuma-99m
- plutonijum-239 (vreme poluraspada je 2,41 x 104 godina): nastaje neutronskim bombardovanjem uranijuma-238 (U-238 + n--> U-239--> Np-239 +ß--> Pu-239+ß)
Popis dostupnih radionuklida na tržištu
urediZa dobijanje samo gama zračenja
uredi| Radionuklid | Radioaktivnost | Vreme poluraspada | Energija (KeV) |
|---|---|---|---|
| Barijum-133 | 1 μCi | 10,7 godina | 81,0, 356,0 |
| Kadmijum-109 | 1 μCi | 453 dana | 88,0 |
| Kobalt-57 | 1 μCi | 270 dana | 122,1 |
| Kobalt-60 | 1 μCi | 5,27 godina | 1173,2, 1332,5 |
| Evropijum-152 | 1 μCi | 13,5 godina | 121,8, 344,3, 1408,0 |
| Mangan-54 | 1 μCi | 312 dana | 834,8 |
| Natrijum-22 | 1 μCi | 2,6 godina | 511,0, 1274,5 |
| Cink-65 | 1 μCi | 244 dana | 511,0, 1115,5 |
| Tehnicijum-99m | 1 μCi | 6,01 sati | 140 |
Za dobivanje samo beta-čestica
uredi| Radionuklid | Radioaktivnost | Vreme poluraspada | Energija (KeV) |
|---|---|---|---|
| Stroncijum-90 | 0,1 μCi | 28,5 godina | 546,0 |
| Talijum-204 | 1 μCi | 3,78 godina | 763,4 |
| Ugljenik-14 | 10 μCi | 5730 godina | 49,5 (prosečno) |
Za dobivanje samo alfa-čestica
uredi| Radionuklid | Radioaktivnost | Vreme poluraspada | Energija (KeV) |
|---|---|---|---|
| Polonijum-210 | 0,1 μCi | 138 dana | 5304,5 |
Za dobivanje više različitih elementarnih čestica ionizirajućeg zračenja
uredi| Radionuklid | Radioaktivnost | Vreme poluraspada | Energija (KeV) | |
|---|---|---|---|---|
| Cezijum-137 | 1, 5, 10 μCi | 30,1 godina | Gama i beta raspad | G: 32, 661,6 B: 511,6, 1173,2 |
Vidi još
urediReference
uredi- ^ Loveland, Walter D. (2005). Modern Nuclear Chemistry. Wiley. str. 232. ISBN 0471115320.
- ^ M.E. Rose: "Theory of Internal Conversion", in: Alpha-, Beta- and Gamma-Ray Spectroscopy, ed. by Kai Siegbahn, North-Holland Publishing, Amsterdam (1966), Vol. 2
- ^ R.H. Petrucci, W.S. Harwood and F.G. Herring, General Chemistry (8th ed., Prentice-Hall 2002), p.1025–26
- ^ „Decay and Half Life”. Pristupljeno 2009-12-14.
- ^ Stabin, Michael G. (2007). „3”. Ur.: Stabin, Michael G. Radiation Protection and Dosimetry: An Introduction to Health Physics (Submitted manuscript). Springer. ISBN 978-0387499826. doi:10.1007/978-0-387-49983-3.
- ^ Best, Lara; Rodrigues, George; Velker, Vikram (2013). „1.3”. Radiation Oncology Primer and Review. Demos Medical Publishing. ISBN 978-1620700044.
- ^ Loveland, W.; Morrissey, D.; Seaborg, G.T. (2006). Modern Nuclear Chemistry. Modern Nuclear Chemistry. Wiley-Interscience. str. 57. Bibcode:2005mnc..book.....L. ISBN 978-0-471-11532-8.
- ^ [1] Arhivirano na sajtu Wayback Machine (16. jul 2011) "Radionuklid", www.zpr.fer.hr, 2001.
- ^ Eisenbud, Merril; Gesell, Thomas F (1997-02-25). Environmental Radioactivity: From Natural, Industrial, and Military Sources. str. 134. ISBN 9780122351549.
- ^ Bagnall, K.W. (1962). The Chemistry of Polonium. Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry. 4. New York: Academic Press. str. 197—229. ISBN 0-12-023604-4. doi:10.1016/S0065-2792(08)60268-X.
- ^ Bagnall, K. W. (1962). "The Chemistry of Polonium". Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry 4. New York: Academic Press, p. 198
- ^ [2] Arhivirano na sajtu Wayback Machine (25. новембар 2012) "Jedinica radioaktivnosti", www.radiobiologija.vef.unizg.hr, 2011.
- ^ [3][мртва веза] "Uvod u nuklearnu energetiku", Prof. dr. sc. Danilo Feretić, 2011.
- ^ [4] Архивирано на сајту Wayback Machine (5. јул 2010) "Jonizirajuće zračenje u biosferi", Nuklearna elektrana Krško, Mile Dželalija, Kemijsko-tehnološki fakultet, Sveučilište u Splitu, 2011.
- ^ [5] Архивирано на сајту Wayback Machine (6. januar 2012) "Fizika - Slikovne dijagnostike za medicinare", Davor Eterović, 2011.
Literatura
uredi- Carlsson, J.; Aronsson, Eva Forssell; Hietala, SO; Stigbrand, T; Tennvall, J (2003). „Tumour therapy with radionuclides: assessment of progress and problems”. Radiotherapy and Oncology. 66 (2): 107—117. PMID 12648782. doi:10.1016/S0167-8140(02)00374-2.
- „Radioisotopes in Industry”. World Nuclear Association. Arhivirano iz originala 27. 02. 2013. g. Pristupljeno 18. 05. 2012.
- Martin, James (2006). Physics for Radiation Protection: A Handbook. str. 130. ISBN 978-3-527-40611-1.
- Luig, H.; Kellerer, A. M.; Griebel, J. R. (2011). „Radionuclides, 1. Introduction”. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. ISBN 978-3527306732. doi:10.1002/14356007.a22_499.pub2.
Spoljašnje veze
uredi
- EPA – Radionuclides – EPA's Radiation Protection Program: Information.
- FDA – Radionuclides – FDA's Radiation Protection Program: Information.
- Interactive Chart of Nuclides Архивирано на сајту Wayback Machine (10. октобар 2018) – A chart of all nuclides
- National Isotope Development Center – U.S. Government source of radionuclides – production, research, development, distribution, and information
- The Live Chart of Nuclides – IAEA
- Radionuclides production simulator – IAEA