Termin izotopy został po raz pierwszy wprowadzony przez brytyjskiego chemika i fizyka Fredericka Soddy¢ego (1877-1956). W 1921 roku otrzymał on Nagrodę Nobla za badania dotyczące izotopów. Natomiast istnienie izotopów zostało potwierdzone w 1913 roku przez brytyjskiego fizyka Josepha Thomsona.

  • izotopy

Izotopy są to atomy takiego samego pierwiastka, posiadające taką samą liczbę protonów w jądrze, a różniące się liczbą neutronów. Izotopy mają identyczna liczbę atomową Z, natomiast inne liczby masowe A. Izotopy zajmują to samo miejsce w układzie okresowym pierwiastków. Możemy je podzielić na izotopy naturalne, które występują w przyrodzie, oraz sztuczne, które zostały otrzymane w wyniku reakcji jądrowych. Inny podział uwzględnia izotopy promieniotwórcze (radioizotopy) oraz izotopy trwałe. Największą liczbę (10) trwałych izotopów posiada cyna, Sn, ale są też takie pierwiastki, które nie mają żadnego trwałego izotopu. Są to np. technet, promet oraz pierwiastki, których liczba atomowa Z jest większa od 83. Izotopy tego samego pierwiastka różnią się właściwościami fizycznymi, np. masą, momentami magnetycznymi, rozmiarami. Natomiast posiadają one te same właściwości chemiczne, ponieważ mają identyczne zewnętrzne powłoki elektronowe.

  • zastosowanie izotopów promieniotwórczych

Znanych jest 272 trwałych izotopów, a także około 2000 radioizotopów. Izotopy promieniotwórcze, które są produkowane w reaktorach jądrowych oraz cyklotronach, znalazły zastosowanie w bardzo wielu działach techniki i nauki. Izotopy znalazły zastosowanie jako wskaźniki promieniotwórcze, do określania wieku przedmiotów, w defektoskopii, a także radioterapii. Stosowane są również w ogniwach izotopowych, sterylizacji, kalibracji aparatury pomiarowej, w przemyśle metalurgicznym oraz analizie aktywacyjnej. W celach leczniczych stosowane są przede wszystkim izotopy emitujące promieniowanie gamma, np. cez, kobalt i rad.

  • wpływ promieniowania na organizm człowieka

Do niedawna sądzono, że promieniowanie jonizujące ma szkodliwy wpływa na żywe organizmy niezależnie od ilości dawki, a skutki popromienne (zmiany genetyczne oraz choroby nowotworowe) występują na skutek działania zarówno małych jak i dużych dawek. Jednak na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że małe dawki promieniowania (zwykle terminem tym określana jest dawka 10 do 1000 razy mniejsza od dawki szkodliwej dla określonego organizmu), nie tylko nie są szkodliwe, ale maja pożyteczny wpływ na organizmy żywe. zatem promieniowanie jonizujące można zaliczyć do czynników, które w małych ilościach mają pozytywny wpływ, a w dużych dawkach są szkodliwe dla organizmów żywych. Podobne działanie ma np. promieniowanie słoneczne, kofeina czy antybiotyki. Zjawisko polegające na negatywnym działaniu dużej ilości, a pozytywnym wpływie małej dawki jakiegoś czynnika, nazywamy hormezą. Jeżeli chodzi o promieniowanie jonizujące, mamy do czynienia z hormezą radiacyjną. Zjawisko to zostało bardzo obszernie udokumentowane, jednak nie potwierdza się go oficjalnie. Dotychczasowe badania potwierdziły, że małe dawki promieniowania jonizującego powodują m.in. szybszy rozwój, dłuższy czas życia, większy wzrost oraz zwiększenie się odporności na infekcje i skutki ponownego ewentualnego napromieniowania.

Im bardziej organizm jest złożony, tym bardziej jest on podatny na działalność promieniowania. Zatem najmniejszą radioczułość wykazuje np. pierwotniak, a największą - człowiek.

W przyrodzie spotykanych jest bardzo wiele izotopów promieniotwórczych, które emitują promieniowanie jonizujące. Promieniowanie takie może pochodzić ze źródeł zewnętrznych: z przestrzeni kosmicznej (promieniowanie kosmiczne), izotopów znajdujących się w powietrzu, glebie oraz wodzie (izotopy uranu, potasu, radonu i radu), a także źródeł wewnętrznych, które są związane z powietrzem oraz pożywieniem (np. 40K, składnik pożywienia, w ciągu jednej sekundy zachodzi ok.4000 rozpadów tego izotopu w organizmie człowieka). Izotopy promieniotwórcze gromadzą się na niewielkich roślinach, głównie trawach, co prowadzi do mniejszej ilości radioizotopów wprowadzanych do atmosfery, ale zwiększa zawartość izotopów w glebie. Izotopy promieniotwórcze mogą się kumulować także na porostach, dzięki czemu można określić stopień skażenia danej biocenozy w ekosystemie (bioindykatory). w wodzie izotopy promieniotwórcze gromadzą się w osadach dennych, a także glonach. Radioizotopy wykryte zostały również w mleku krów, które żywiły się skażoną radioaktywnie trawą. Spowodowało to spadek jakości mleka oraz zmniejszenie mleczności krów. Szczególnie niebezpieczne jest mleko, zawierające stront-90. Ma on właściwości chemiczne zbliżone do wapnia, jednak może powodować nieodwracalne skutki somatyczne w organizmie człowieka. W górnych warstwach atmosfery znajduje się promieniotwórczy izotop 14C, którego obecność umożliwia określenie wieku różnych przedmiotów (datowanie radiowęglowe).

Oprócz promieniowania, które pochodzi ze źródeł naturalnych, człowiek może być narażony na działanie promieniowania, związanego z wykorzystaniem izotopów w różnych dziedzinach nauki i techniki. Są to np. izotopy, które znalazły zastosowanie w medycynie (w diagnostyce i terapii). Podczas badania rentgenowskiego (wykonanie jednego małoobrazkowego zdjęcia RTG) pacjent otrzymuje dawkę około 40 000 razy mniejszą od dawki, która powoduje śmierć. Jednak częste promieniowanie, na jakie narażeni są pracownicy, może spowodować pewne popromienne efekty.

Stwierdzono, że w 1985 roku przeciętny Polak otrzymał ok.3,5 mSv (promieniowanie naturalne oraz pochodzące z izotopów stosowanych w medycynie), natomiast statystyczna roczna dawka promieniowania naturalnego wynosi 2,4 mSv, gdzie Sv, siwert, jest to jednostka równoważnika dawki pochłoniętej promieniowania jonizującego w układzie SI.

Wpływ promieniowania na organizm człowieka zależy od jego energii oraz rodzaju.

Szkodliwe działanie izotopów promieniotwórczych może zachodzić na dwa sposoby. Pierwszy sposób polega na napromieniowaniu żywej tkanki promieniowaniem jądrowym, a drugi na wnikaniu izotopów promieniotwórczych do organizmu. Czasami występują obydwa rodzaje w tym samym czasie. Negatywne skutki w żywym organizmie, związane z działalnością promieniowania, można podzielić na dwa rodzaje: skutki somatyczne oraz skutki genetyczne. Skutki somatyczne pojawiają się w wyniku silnego napromieniowania organizmu i można było je zaobserwować po wybuchu bomby, która została zrzucona na Hiroszimę w 1945 roku. do skutków somatycznych zaliczane są: popromienne poparzenia, choroba popromienna, uszkodzenie kośćca, białaczka oraz inne nowotwory. W niektórych przypadkach skutki somatyczne mogą być niespotykane i odmienne od opisanych. Silne promieniowanie może doprowadzić nawet do śmierci organizmu. Skutki somatyczne i genetyczne zazwyczaj występują jednocześnie. Do skutków genetycznych zalicza się defekty chromosomów, spowodowane przez jonizujące cząstki. Po kariokinetycznym podziale takich chromosomów dochodzi do uszkodzenia helisy kwasu dezoksyrybonukleinowego i mogą także wystąpić zmiany nowotworowe Skutki genetyczne będą miały także wpływ na kolejne pokolenia.

Największe ilości promieniowania jonizującego emitują zakłady energetyczne, które używają paliwa nuklearnego. W reaktorze, który jest elementem każdej elektrowni jądrowej, prowadzona jest reakcja łańcuchowa, w wyniku której z niewielkiej ilości paliwa otrzymuje się znaczne ilości energii cieplnej, która jest zamieniana na energię elektryczną. Pomimo tego, że reaktor posiada kilka osłon, to w ciągu dłuższego czasu emituje on znaczne ilości promieniowania. Ponadto wiele radioaktywnych izotopów, powstających w elektrowniach jądrowych jako produkty uboczne, ma długi czas połowicznego rozpadu. Nie ma również skutecznych metod utylizacji oraz zabezpieczenia odpadów radioaktywnych. Do odpadów radioaktywnych należą: wykorzystane paliwo jądrowe i pojemniki, w których było przechowywane, osłony reaktorów, odzież robocza, napromieniowany sprzęt i ciekłe odpady. Składowiska tych odpadów stanowią poważne zagrożenie i zajmują przeważnie bardzo dużo miejsca.

Na skutek awarii elektrowni jądrowych, dochodzi do skażenia rozległych ekosystemów (emitowanie aerozoli, które zawierają radioizotopy). Pyły radioaktywne powodują skażenia w miejscach bardzo oddalonych od źródła awarii. Na świecie wydarzyło się wiele katastrof, które spowodowały skażenie środowiska i miało negatywny wpływ na bardzo wielu ludzi. W 1986 roku doszło do zniszczenia reaktora jądrowego w Czarnobylu (na Ukrainie). Spowodowało to skażenie izotopami promieniotwórczymi znacznych obszarów i była to jedna z największych katastrof. Radioaktywne skażenia dotknęły prawie całą Europę. Jednym z głównych produktów tego wybuchu był cez.

W tym samym roku w Wielkiej Brytanii wydostało się paliwo radioaktywne. W 1975 roku doszło w Niemczech do emisji radioaktywnej pary, a w 1972 roku w Chalk River w Kanadzie wyciekła woda radioaktywna.

Wszystkie te wypadki przyczyniły się do zwiększenia strachu ludzi przed promieniowaniem i elektrowniami jądrowymi. Oszacowaniem szkód, które wynikają z wprowadzania promieniotwórczych substancji do środowiska oraz promieniowania zajmuje się radiosozologia .