Wstęp

Jądro każdego atomu składa się z pewnej liczby naładowanych protonów (zaznaczanej jako Z) oraz z obojętnych neutronów (N). W układzie okresowym pierwiastki są opisane dwiema charakterystycznymi liczbami.

 Tak jak jest to przedstawione na poniższym rysunku (Rys. 1):

  Rys.1 Jądro atomu pierwiastka chloru opisanego w układzie

  okresowym zawiera 17 protonów oraz 18 neutronów

Jedna z nich jest to liczba porządkowa układu okresowego zwana jest inaczej liczbą atomową, jest charakterystyczną i stałą liczbą protonów dla każdego pierwiastka.

Druga z nich to liczba masowa jest to liczba nukleonów a więc suma protonów i neutronów.

A = Z + N

Znając liczbę atomową oraz masową można łatwo określić liczbę neutronów jako różnicę:

N = A – Z

W związku z tym, że proton jest naładowany dodatnio, zaś pierwiastki w stanie wolnym są cząstkami obojętnymi liczba protonów jest równa liczbie ujemnie naładowanych elektronów krążących wokół jądra.

  Pojecie izotopu

Izotopy zwane nuklidami są to atomy zawierające taką samą liczbę protonów – liczbę Z, ale odmienną liczbą masową, a wiec różnią się liczbą neutronów – liczba N. Izotopy tego samego pierwiastka różnią się nieznacznie masą atomową, a także mają bardzo podobne właściwości chemiczne. Jednak subtelna różnica masy atomowej wpływa na zmianę właściwości fizycznych takich jak np.: gęstość, temperatura wrzenia czy topnienia.

Przykładem jest atom chloru, posiada on dwa izotopy, charakteryzujące się zapisem:

  •   3517Cl  - izotopy mające liczbę Z równą 17 zaś liczbę A = 35 a więc N = 18
  •   3717Cl  - izotopy mające taką sama liczbę Z zaś liczbę A = 37 a więc N = 20

Innym przykładem jest wodór mający trzy izotopy:

    •   prot (najwięcej jest go w przyrodzie) - 1H posiada jądro złożone z jednego protonu
    •   deuter (jest około setnych części procenta) - 2H posiadający jądro zbudowane z jednego protonu i jednego neutronu;
    •   tryt (w przyrodzie występuje znacznie rzadziej niż deuter) - 3H jego jądro składa się z jednego protonu i dwóch neutronów;
  Naturalne izotopy

Jak już wspomniano prawie wszystkie pierwiastki posiadają kilka izotopy. W przyrodzie zawartość procentowa poszczególnych izotopów jest prawie stała, zaś masa atomowa danego pierwiastka jest średnią liczoną z zawartości i mas atomowych wszystkich izotopów dla danego pierwiastka. Różnice w ilościach poszczególnych izotopów w przyrodzie wynikają z różnych przemian zachodzących w złożach na Ziemi danego pierwiastka na przełomie epok geologicznych. Naturalne izotopy są w większości trwałe, rzadko, kiedy wchodzą w przemiany promieniotwórcze. Jest to odmienne dla izotopów sztucznych, zwane izotopami promieniotwórczymi, które powstają w wyniku procesów jądrowych.

  Radioizotopy

Wśród izotopów wyróżniamy:

  •   Izotopy trwałe (stabilne) – jest ich około 272 wszystkich pierwiastków
  •   Izotopy promieniotwórcze (radioizotopy) w przybliżeniu jest to 2000

Radioizotopy danego pierwiastka są nietrwałe, ulegając samorzutnym rozkładem jąder i cechują się innymi czasami połowicznego zaniku oraz typami rozpadu promieniotwórczego. Mogą to być izotopy naturalne lub tez sztucznie powstałe. Ponieważ większość izotopów promieniotwórczych dawno już uległa rozpadowi, to pozostałe są zazwyczaj stabilne i nie promieniują. Dlatego otaczająca nas materia bywa radioaktywna tylko w śladowych ilościach (promieniotwórczość naturalna). Jednakże w laboratoriach można odbudowywać również te izotopy, które nie występują zwykle w przyrodzie, bo się dawno rozpadły. I wówczas powstaje tzw. promieniotwórczość sztuczna.

  Zastosowanie

Izotopy promieniotwórcze są szeroko stosowane w różnych dziedzinach nauk w zależności od cech charakterystycznych danego izotopu.

 Między innymi stosuje się je

  •   w badaniach przepływów, a wiec jak wędruje substancja płynna zawierająca domieszkę izotopu emitującego promieniowanie;
  •   w badaniach zużycia materiałów - implantując dany izotop w pewne elementy konstrukcyjne (np. silnika) bada się zmiany aktywności tego izotopu w czasie pracy;
  •   w przemyśle jako izotopowe wagi, izotopowe czujniki poziomu, czy też czujniki przeciwpożarowe;
  •   medycynie jako radiofarmaceutyki, czy też zasilacze izotopowe;
  •   biologii np. w śledzeniu obiegu oraz roli mikroelementów,
  •   geologii w radiometrycznych metodach geologicznych;
  •   w badaniach podstawowych, takich jak badania strukturalne, metoda atomów znaczonych, czy badania dyfuzji, itp.

Radioizotopy, jako źródła promieniotwórczości, stosuje się także w celu modyfikacji pewnych cech obiektów naświetlanych, np. do sterylizacji, wywoływania zmian struktur np. polimerów, wywoływania mutacji, zabijania komórek nowotworowych - bomba kobaltowa. Największe zastosowanie różnych izotopów promieniotwórczych znajduje się w elektrowniach jądrowych, w powstawaniu broni jądrowej, oraz w napędach statków i okrętów wojennych.