Radionuklid - Radionuclide

Nesmí být zaměňována s radionukleotid.

A radionuklid (radioaktivní nuklid, radioizotop nebo radioaktivní izotop) je atom která má přebytečnou jadernou energii, takže je nestabilní. Tuto přebytečnou energii lze použít jedním ze tří způsobů: emitovaných z jádra jako gama záření; převeden do jednoho ze svých elektrony vydat jako konverzní elektron; nebo slouží k vytvoření a vydání nového částice (alfa částice nebo beta částice ) z jádra. Během těchto procesů se říká, že radionuklid prochází radioaktivní rozpad.[1] Tyto emise jsou brány v úvahu ionizující radiace protože jsou dostatečně silné, aby uvolnily elektron z jiného atomu. Radioaktivní rozpad může produkovat stabilní nuklid nebo někdy bude produkovat nový nestabilní radionuklid, který může podléhat dalšímu rozpadu. Radioaktivní rozpad je náhodný proces na úrovni jednotlivých atomů: není možné předpovědět, kdy se rozpadne jeden konkrétní atom.[2][3][4][5] Avšak pro soubor atomů jednoho prvku je rychlost rozpadu, a tedy poločas rozpadu (t1/2) pro tuto sbírku lze vypočítat z jejich naměřených hodnot rozpadové konstanty. Rozsah poločasů radioaktivních atomů nemá žádné známé limity a překlenuje časové rozmezí přes 55 řádů.

Radionuklidy se vyskytují přirozeně nebo jsou uměle vyráběny jaderné reaktory, cyklotrony, urychlovače částic nebo radionuklidové generátory. Existuje asi 730 radionuklidů s poločasem delším než 60 minut (viz seznam nuklidů ). Třicet dva z nich jsou prvotní radionuklidy které byly vytvořeny před vytvořením Země. Alespoň dalších 60 radionuklidů je v přírodě detekovatelných, buď jako dcery prvotních radionuklidů, nebo jako radionuklidy produkované přirozenou produkcí na Zemi kosmickým zářením. Více než 2 400 radionuklidů má poločasy kratší než 60 minut. Většina z nich se vyrábí pouze uměle a má velmi krátké poločasy rozpadu. Pro srovnání je jich asi 252 stabilní nuklidy. (Teoreticky je pouze 146 z nich stabilních a dalších 106 se pravděpodobně rozpadá rozpad alfa, rozpad beta, dvojitý rozpad beta, elektronový záchyt nebo dvojitý elektronový záchyt.)

Všechno chemické prvky mohou existovat jako radionuklidy. I ten nejlehčí prvek vodík, má známý radionuklid, tritium. Prvky těžší než Vést a prvky technecium a promethium, existují pouze jako radionuklidy. (Teoreticky prvky těžší než dysprosium existují pouze jako radionuklidy, ale některé takové prvky, jako zlato a Platina, jsou pozorovatelně stabilní a jejich poločasy nebyly stanoveny).

Neplánovaná expozice radionuklidům má obecně škodlivý účinek na živé organismy včetně lidí, i když k nízké úrovni expozice dochází přirozeně bez poškození. Stupeň poškození bude záviset na povaze a rozsahu vyprodukovaného záření, množství a povaze expozice (blízký kontakt, vdechnutí nebo požití) a biochemických vlastnostech prvku; se zvýšeným rizikem rakoviny nejčastějším důsledkem. Radionuklidy s vhodnými vlastnostmi se však používají v nukleární medicína pro diagnostiku i léčbu. Zobrazovací stopa vyrobená z radionuklidů se nazývá a radioaktivní stopovač. A farmaceutický lék vyrobené s radionuklidy se nazývá a radiofarmaka.

Původ

Přírodní

Na Zemi přirozeně se vyskytující radionuklidy spadají do tří kategorií: prvotní radionuklidy, sekundární radionuklidy a kosmogenní radionuklidy.

  • Radionuklidy se vyrábějí v hvězdná nukleosyntéza a exploze supernovy spolu se stabilními nuklidy. Většina se rozpadá rychle, ale stále je lze pozorovat astronomicky a může hrát roli v porozumění astronomickým procesům. Prvotní radionuklidy, jako např uran a thorium, existují v současné době, protože jejich poločasy jsou tak dlouhé (> 100 milionů let), že se ještě úplně nerozpadly. Některé radionuklidy mají poločasy tak dlouhé (mnohonásobně starší než vesmír), že rozpad byl zjištěn teprve nedávno a pro většinu praktických účelů je lze považovat za stabilní, zejména vizmut-209: detekce tohoto rozpadu to znamenalo vizmut již nebyl považován za stabilní. Je možné, že rozpad lze pozorovat u jiných nuklidů, čímž se přidává do tohoto seznamu prvotních radionuklidů.
  • Sekundární radionuklidy jsou radiogenní izotopy odvozené z rozpadu prvotních radionuklidů. Mají kratší poločas než prvotní radionuklidy. Vznikají v řetěz rozpadu prvotních izotopů thorium-232, uran-238, a uran-235. Mezi příklady patří přírodní izotopy z polonium a rádium.
  • Kosmogenní izotopy, jako uhlík-14, jsou přítomny, protože se neustále vytvářejí v atmosféře kvůli kosmické paprsky.[6]

Mnoho z těchto radionuklidů existuje v přírodě pouze ve stopových množstvích, včetně všech kosmogenních nuklidů. Sekundární radionuklidy se budou vyskytovat úměrně jejich poločasům, takže krátkodobé budou velmi vzácné. Například polonium lze nalézt v uran rudy asi 0,1 mg na metrická tuna (1 díl z 1010).[7][8] Další radionuklidy se mohou v přírodě vyskytovat ve prakticky nezjistitelných množstvích v důsledku vzácných událostí, jako je spontánní štěpení nebo neobvyklé interakce kosmického záření.

Jaderné štěpení

Radionuklidy jsou produkovány jako nevyhnutelný výsledek jaderné štěpení a termonukleární výbuchy. Proces štěpení jader vytváří širokou škálu štěpné produkty, z nichž většina jsou radionuklidy. Další radionuklidy mohou být vytvořeny ozářením jaderného paliva (vytváří se řada aktinidy ) a okolních struktur, poddajný aktivační produkty. Tato složitá směs radionuklidů s různými chemickými látkami a radioaktivitou umožňuje manipulaci jaderný odpad a jednání jaderný spad zvláště problematické.

Syntetický

Umělý nuklid americium-241 emitující částice alfa vloženo do a oblačná komora pro vizualizaci

Syntetické radionuklidy jsou záměrně syntetizovány za použití jaderné reaktory, urychlovače částic nebo radionuklidové generátory:

  • Rádioizotopy lze kromě těžby z jaderného odpadu vyrábět záměrně v jaderných reaktorech a využívat tak vysoký tok neutrony současnost, dárek. Tyto neutrony aktivují prvky umístěné v reaktoru. Typickým produktem z jaderného reaktoru je iridium-192. O prvcích, které mají velkou tendenci přijímat neutrony v reaktoru, se říká, že mají vysoký průřez neutronů.
  • Urychlovače částic jako např cyklotrony zrychlit částice k bombardování cíle za vzniku radionuklidů. Cyklotrony zrychlují protony na cíl a vytvářejí radionuklidy emitující pozitron, např. fluor-18.
  • Radionuklidové generátory obsahují mateřský radionuklid, který se rozpadá za vzniku radioaktivní dcery. Mateřská látka se obvykle vyrábí v jaderném reaktoru. Typickým příkladem je generátor technecia-99m použito v nukleární medicína. Mateřský produkt produkovaný v reaktoru je molybden-99.

Použití

Radionuklidy se používají dvěma hlavními způsoby: buď pro samotné záření (ozáření, jaderné baterie ) nebo pro kombinaci chemických vlastností a jejich záření (stopovací látky, biofarmaka).

Příklady

V následující tabulce jsou uvedeny vlastnosti vybraných radionuklidů ilustrující rozsah vlastností a použití.

IzotopZNpoločas rozpaduDMDE
keV		Způsob formováníKomentáře
Tritium (3H)1212,3 rβ−19Kosmogennínejlehčí radionuklid, používaný v umělých jaderná fůze, také se používá pro radioluminiscence a jako oceánský přechodný indikátor. Syntetizováno z neutronového bombardování lithium-6 nebo deuterium
Beryllium-10461 387 000 letβ−556Kosmogennípoužívá se ke zkoumání eroze půdy, tvorby půdy z regolitu a stáří ledových jader
Uhlík-14685 700 letβ−156Kosmogennípoužívá radiokarbonové seznamky
Fluor-1899110 minβ+, ES633/1655Kosmogennízdroj pozitronu syntetizovaný pro použití jako lékařství radiotracer v PET skenování.
Hliník-261313717 000 letβ+, ES4004Kosmogennídatování vystavení hornin, sedimentů
Chlor-361719301 000 letβ−, ES709Kosmogennídatování vystavení hornin, sledovač podzemní vody
Draslík-4019211.24×109 yβ−, ES1330 /1505Prvotnípoužívá seznamka draslík-argon, zdroj atmosférického argon, zdroj radiogenní teplo, největší zdroj přirozené radioaktivity
Vápník-41202199 400 letESKosmogennídatování expozice uhličitanové horniny
Cobalt-6027335,3 rokuβ−2824Syntetickýprodukuje vysokoenergetické gama paprsky používané pro radioterapii, sterilizaci zařízení, ozařování potravin
Stroncium-90385228,8 rβ−546Štěpný produktstředně štěpný produkt štěpení; pravděpodobně nejnebezpečnější složka jaderného spadu
Technecium-994356210 000 letβ−294Štěpný produktnejběžnější izotop nejlehčího nestabilního prvku, nejvýznamnější z štěpné produkty s dlouhou životností
Technecium - 99m43566 hody, IC141Syntetickýnejčastěji používaný lékařský radioizotop používaný jako radioaktivní stopovací látka
Jód-129537615 700 000 letβ−194Kosmogennínejdelší žil štěpný produkt; sledovač podzemní vody
Jód-13153788 dβ−971Štěpný produktnejvýznamnější krátkodobé zdravotní riziko z jaderného štěpení, používané v nukleární medicíně, průmyslový indikátor
Xenon-13554819,1 hodinyβ−1160Štěpný produktnejsilnější známý „jaderný jed“ (absorbér neutronů), který má zásadní vliv na provoz jaderných reaktorů.
Cesium-137558230,2 rβ−1176Štěpný produktjiný major středně štěpný produkt štěpení znepokojení
Gadolinium-1536489240 dESSyntetickýKalibrace jaderného zařízení, screening kostní hustoty
Vizmut-209831262.01×1019yα3137Prvotnídlouho považován za stabilní, rozpad zjištěn až v roce 2003
Polonium-21084126138 dα5307Produkt rozpaduVysoce toxický, používá se v otrava Alexandra Litviněnka
Radon-222861363,8 dα5590Produkt rozpaduplyn, který je odpovědný za většinu veřejného vystavení ionizujícímu záření, druhou nejčastější příčinou rakoviny plic
Thorium-232901421.4×1010 yα4083Prvotnína základě thoriový palivový cyklus
Uran-235921437×108yα4679Prvotníštěpitelný, hlavní jaderné palivo
Uran-238921464.5×109 yα4267PrvotníHlavní izotop uranu
Plutonium-2389414487,7 rα5593Syntetickýpoužívané v radioizotopových termoelektrických generátorech (RTG) a radioizotopových ohřívacích jednotkách jako zdroj energie pro kosmickou loď
Plutonium-2399414524 110 letα5245Syntetickýpoužívané pro většinu moderních jaderných zbraní
Americium-24195146432 rα5486Syntetickýpoužívané v detektorech kouře pro domácnost jako ionizační činidlo
Kalifornium-252981542,64 rα / SF6217Syntetickýprochází spontánním štěpením (3% rozpadů), což z něj činí silný zdroj neutronů, který se používá jako iniciátor reaktoru a pro detekční zařízení

Klíč: Z = protonové číslo; N = neutronové číslo; DM = režim rozpadu; DE = energie rozpadu; EC =elektronový záchyt

Detektory kouře pro domácnost

Kontejner Americium-241 v detektoru kouře.
Americium-241 kapsle, jak bylo zjištěno v detektoru kouře. Kruh tmavšího kovu ve středu je americium-241; okolní plášť je hliníkový.

Radionuklidy jsou přítomny v mnoha domácnostech, protože se používají v nejběžnější domácnosti detektory kouře. Použitý radionuklid je americium-241, který vzniká bombardováním plutonia neutrony v jaderném reaktoru. Rozpadá se emitováním částice alfa a gama záření stát se neptunium-237. Detektory kouře používají velmi malé množství 241Am (asi 0,29 mikrogramu na detektor kouře) ve formě oxid dusičitý. 241Am se používá, protože emituje alfa částice, které ionizují vzduch v detektoru ionizační komora. Na ionizovaný vzduch se přivádí malé elektrické napětí, které vede k malému elektrickému proudu. V přítomnosti kouře jsou některé z iontů neutralizovány, čímž se snižuje proud, který aktivuje alarm detektoru.[13][14]

Dopady na organismy

Radionuklidy, které se dostanou do životního prostředí, mohou mít škodlivé účinky jako radioaktivní kontaminace. Mohou také způsobit poškození, pokud jsou nadměrně používány během léčby nebo jinými způsoby vystaveny živým bytostem otrava radiací. Potenciální poškození zdraví v důsledku expozice radionuklidům závisí na řadě faktorů a „může poškodit funkce zdravé tkáně / orgánů. Radiační expozice může mít účinky od zarudnutí kůže a vypadávání vlasů až po radiační popáleniny a syndrom akutního záření. Dlouhodobá expozice může vést k poškození buněk a následně k rakovině. Známky rakovinotvorných buněk se mohou projevit až po letech či dokonce desetiletích po expozici. ““[15]

Souhrnná tabulka pro třídy nuklidů, „stabilní“ a radioaktivní

Následuje souhrnná tabulka pro celkem seznam nuklidů s poločasy rozpadu většími než jedna hodina. Devadesát z těchto 989 nuklidů je teoreticky stabilních, s výjimkou protonového rozpadu (který nebyl nikdy pozorován). Asi 252 nuklidů nikdy nebylo pozorováno, že se rozpadají, a jsou klasicky považovány za stabilní.

Zbývající radionuklidy v tabulkách mají poločasy delší než 1 hodinu a jsou dobře charakterizovány (viz seznam nuklidů pro úplnou tabulku). Zahrnují 30 nuklidů s naměřenými poločasy delšími, než je odhadovaný věk vesmíru (13,8 miliardy let)[16]) a další 4 nuklidy s dostatečně dlouhým poločasem (> 100 milionů let), aby byly radioaktivní prvotní nuklidy, a mohou být detekovány na Zemi poté, co přežily z jejich přítomnosti v mezihvězdném prachu od doby před vznikem sluneční soustavy, asi před 4,6 miliardami let. Dalších 60+ krátkodobých nuklidů lze přirozeně detekovat jako dcery nuklidů s delší životností nebo produkty kosmického záření. Zbývající známé nuklidy jsou známy pouze z umělých nukleární transmutace.

Čísla nejsou přesná a mohou se v budoucnu mírně měnit, protože „stabilní nuklidy“ jsou radioaktivní s velmi dlouhými poločasy.

Toto je souhrnná tabulka[17] pro 989 nuklidů s poločasy delších než jedna hodina (včetně těch, které jsou stabilní), uvedené v seznam nuklidů.

Třída stabilityPočet nuklidůPrůběžný součetPoznámky k průběžnému součtu
Teoreticky stabilní pro všechny kromě rozpad protonů9090Zahrnuje prvních 40 prvků. Úpadek protonu teprve bude pozorován.
Teoreticky stabilní do rozpad alfa, rozpad beta, izomerní přechod, a dvojitý rozpad beta ale ne spontánní štěpení, což je možné u „stabilních“ nuklidů ≥ niob-9356146Všechny nuklidy, které jsou možná zcela stabilní (spontánní štěpení nebylo nikdy pozorováno u nuklidů s hmotnostním číslem <232).
Energeticky nestabilní vůči jednomu nebo více známým režimům útlumu, ale dosud nebyl zaznamenán žádný úpadek. Vše považováno za „stabilní“, dokud nebyl detekován rozpad.106252Celkem klasicky stabilní nuklidy.
Radioaktivní prvotní nuklidy.34286Celkem prvotní prvky zahrnují uran, thorium, vizmut, rubidium-87, draslík-40, telur-128 plus všechny stabilní nuklidy.
Radioaktivní nonprimordial, ale přirozeně se vyskytující na Zemi.61347Uhlík-14 (a další izotopy generované kosmické paprsky ) a dcery radioaktivních prvotních prvků, jako např rádium, polonium atd. 41 z nich má poločas rozpadu delší než jedna hodina.
Radioaktivní syntetický poločas ≥ 1,0 hodiny). Zahrnuje nejužitečnější radiotracerů.662989Těchto 989 nuklidů je uvedeno v článku Seznam nuklidů.
Radioaktivní syntetický (poločas <1,0 hodiny).>2400>3300Zahrnuje všechny dobře charakterizované syntetické nuklidy.

Seznam komerčně dostupných radionuklidů

Viz také: Seznam nuklidů a Tabulka nuklidů

Tento seznam zahrnuje běžné izotopy, z nichž většina je ve většině zemí k dispozici široké veřejnosti ve velmi malém množství. Ostatní, kteří nejsou veřejně přístupní, se obchodují komerčně v průmyslových, lékařských a vědeckých oborech a podléhají vládním předpisům.

Pouze emise gama

IzotopAktivitaPoločas rozpaduEnergie (keV )
Barium-1339694 TBq / kg (262 Ci / g)10,7 let81.0, 356.0
Kadmium-10996200 TBq / kg (2600 Ci / g)453 dní88.0
Kobalt-57312280 TBq / kg (8440 Ci / g)270 dní122.1
Cobalt-6040700 TBq / kg (1100 Ci / g)5,27 let1173.2, 1332.5
Europium-1526660 TBq / kg (180 Ci / g)13,5 roku121.8, 344.3, 1408.0
Mangan-54287120 TBq / kg (7760 Ci / g)312 dní834.8
Sodík-22237540 Tbq / kg (6240 Ci / g)2,6 roku511.0, 1274.5
Zinek-65304510 TBq / kg (8230 Ci / g)244 dní511.0, 1115.5
Technecium - 99m1.95×107 TBq / kg (5,27 × 105 Ci / g)6 hodin140

Pouze beta verze

IzotopAktivitaPoločas rozpaduEnergie (keV)
Stroncium-905180 TBq / kg (140 Ci / g)28,5 let546.0
Thalium-20417057 TBq / kg (461 Ci / g)3,78 let763.4
Uhlík-14166,5 TBq / kg (4,5 Ci / g)5730 let49,5 (průměr)
Tritium (Vodík-3)357050 TBq / kg (9650 Ci / g)12,32 let5,7 (průměr)

Pouze emise alfa

IzotopAktivitaPoločas rozpaduEnergie (keV)
Polonium-210166500 TBq / kg (4500 Ci / g)138,376 dní5304.5
Uran-23812580 kBq / kg (0,00000034 Ci / g)4,468 miliardy let4267

Více zářičů záření

IzotopAktivitaPoločas rozpaduTypy zářeníEnergie (keV)
Cesium-1373256 TBq / kg (88 Ci / g)30,1 letGama a betaG: 32, 661,6 B: 511,6, 1173,2
Americium-241129,5 TBq / kg (3,5 Ci / g)432,2 letGama a alfaG: 59,5, 26,3, 13,9 A: 5485, 5443

Viz také

Poznámky

  1. ^ R.H. Petrucci, W.S. Harwood a F.G. Sleď, Obecná chemie (8. vydání, Prentice-Hall 2002), s. 1025–26
  2. ^ „Rozpad a poločas“. Citováno 2009-12-14.
  3. ^ Stabin, Michael G. (2007). „3“. V Stabin, Michael G (ed.). Radiační ochrana a dozimetrie: Úvod do fyziky zdraví (Vložený rukopis). Springer. doi:10.1007/978-0-387-49983-3. ISBN  978-0387499826.
  4. ^ Nejlepší, Lara; Rodrigues, George; Velker, Vikram (2013). „1,3“. Radiační onkologický základ a recenze. Demos Medical Publishing. ISBN  978-1620700044.
  5. ^ Loveland, W .; Morrissey, D .; Seaborg, G.T. (2006). Moderní jaderná chemie. Moderní jaderná chemie. Wiley-Interscience. p. 57. Bibcode:2005mnc..kniha ..... L. ISBN  978-0-471-11532-8.
  6. ^ Eisenbud, Merril; Gesell, Thomas F (1997-02-25). Radioaktivita prostředí: Z přírodních, průmyslových a vojenských zdrojů. p. 134. ISBN  9780122351549.
  7. ^ Bagnall, K. W. (1962). "Chemie polonia". Pokroky v anorganické chemii a radiochemii 4. New York: Academic Press. str. 197–226. doi: 10.1016 / S0065-2792 (08) 60268-X. ISBN  0-12-023604-4. Citováno 14. června 2012, s. 746
  8. ^ Bagnall, K. W. (1962). "Chemie polonia". Pokroky v anorganické chemii a radiochemii 4. New York: Academic Press., Str. 198
  9. ^ Ingvar, David H.; Lassen, Niels A. (1961). „Kvantitativní stanovení regionálního průtoku krve mozkem u člověka“. Lancet. 278 (7206): 806–807. doi:10.1016 / s0140-6736 (61) 91092-3.
  10. ^ Ingvar, David H.; Franzén, Göran (1974). „Distribuce mozkové aktivity u chronické schizofrenie“. Lancet. 304 (7895): 1484–1486. doi:10.1016 / s0140-6736 (74) 90221-9. PMID  4140398.
  11. ^ Lassen, Niels A.; Ingvar, David H.; Skinhøj, Eriku (Říjen 1978). "Funkce mozku a průtok krve". Scientific American. 239 (4): 62–71. Bibcode:1978SciAm.239d..62L. doi:10.1038 / scientificamerican1078-62. PMID  705327.
  12. ^ Severijns, Nathal; Beck, Marcus; Naviliat-Cuncic, Oscar (2006). "Testy standardního elektroslabého modelu v jaderném beta rozpadu". Recenze moderní fyziky. 78 (3): 991–1040. arXiv:nucl-ex / 0605029. Bibcode:2006RvMP ... 78..991S. doi:10.1103 / RevModPhys.78.991. S2CID  18494258.
  13. ^ "Kouřové detektory a americium". world-nuclear.org. Archivovány od originál dne 12. 11. 2010.
  14. ^ Úřad radiační ochrany - Am 241 Fact Sheet - Washington State Department of Health Archivováno 18.03.2011 na Wayback Machine
  15. ^ „Ionizující záření, účinky na zdraví a ochranná opatření“. Světová zdravotnická organizace. Listopad 2012. Citováno 27. ledna 2014.
  16. ^ „Kosmičtí detektivové“. Evropská kosmická agentura (ESA). 02.04.2013. Citováno 2013-04-15.
  17. ^ Data tabulky jsou odvozena počítáním členů seznamu; vidět WP: CALC. Odkazy na samotná data seznamu jsou uvedeny níže v referenční části v seznam nuklidů

Reference

Další čtení

externí odkazy