Radionuklid

Znak za opasnost od radioaktivnosti

Žuti kolač je pročišćeni koncentrat uranijeve rude, koji sadrži uglavnom uranijev oksid U₃O₈ (70% do 90%).

Americij-241 koji se stavlja u detektore dima.

Datiranje ugljikom-14 je metoda koja koristi prirodni izotop ugljika-14 da otkrije starost materijala koji sadrži ugljikove spojeve, starosti do 60 000 godina. Ionizacijska komora djeluje na Geigerov brojač, koji radi kao proporcionalni brojač

Ubrizgavanje tehnecija-99m.

Radionuklid, radioaktivni element ili radioizotop je nuklid kod kojeg postoji višak mase ili energije, pa stabilnost postiže radioaktivnim raspadom: alfa raspad, beta raspad (beta minus i beta plus), gama zračenje, elektronski uhvat i drugi. Nuklid je atom kemijskog elementa za koji je točno poznat ne samo redni ili atomski broj Z, već i ukupan broj nukleona (protona i neutrona) u atomskoj jezgri. Prema svojstvima jezgre, nuklidi se dijele na stabilne i nestabilne. Nestabilni nuklidi ili radionuklidi pokazuju svojstvo radioaktivnosti i njihova se količina u uzorku tijekom vremena smanjuje prema zakonitostima radioaktivnoga raspada.

Podjela radionuklida

Preko 60 radioaktivnih elemenata ili radionuklida se može naći u prirodi i oni se mogu svrstati u tri kategorije:

• Praiskonski radionuklidi - radioaktivni elementi koji postoje od nastanka Zemlje;
• Kozmogenički radionuklidi - nastali kao posljedica kozmičkog zračenja;
• 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 kemijskog simbola i atomske mase. Radionuklidi se nalaze u zraku, vodi, tlu i u nama i oni su proizvod nas i naše okoline. Svaki dan mi unosimo u svoje tijelo nuklide putem zraka kojeg dišemo, hrane koju jedemo, vode koju pijemo. Radioaktivnost nalazimo u tlu, stijenama, vodi oceana i svakoj građevini i kući. Ona je svuda. Ne postoji mjesto na zemlji gdje možemo pobjeći od prirodne radioaktivnosti.

Prosječna ekvivalentna doza iznosi oko 3 mSv po osobi godišnje. Oko 82% od ukupne primljene apsorbirane doze uzrokuju prirodni izvori zračenja, od kojega je najveći dio od radona. Ostatak od 18% zračenja dolazi od umjetnih izvora. To su prije svega medicinske dijagnoze i tretmani.

Praiskonski radionuklidi

Praiskonski radionuklidi postoje od postanka svijeta. Oni su dugoživući radionuklidi s vremenom poluraspada reda veličine 100 milijuna godina. Aktivnost radionuklida koji postoje dulje od 30 vremena vlastitih poluživota je nemjerljiva. Potomci i produkti raspada praiskonskih nuklida također spadaju u praiskonske nuklide. Primjeri praiskonskih radionuklida su:

• uranij-235 (vrijeme poluraspada je 7,04 x 10⁸ godina): ima ga u prosjeku oko 0,72% od ukupne količine prirodnog uranija (u nalazištima i rudnicima uranija);
• uranij-238 (vrijeme poluraspada je 4,47 x 10⁹ godina): ima ga u prosjeku oko 99,27% od ukupne količine prirodnog uranija (u nalazištima i rudnicima uranija); ima ga 0,00005% do 0,00047% u uobičajenim vrstama stijena;
• torij-232 (vrijeme poluraspada je 1,41 x 10¹⁰ godina): ima ga od 0,00016 do 0,002% u uobičajenim vrstama stijena s uobičajenim prosjekom od 0,00107%;
• radij-226 (vrijeme poluraspada je 1,6 x 10³ godina): ima ga oko 16 Bq/kg u vapnencu i 48 Bq/kg u vulkanskim stijenama;
• radon-222 (vrijeme poluraspada je 3,82 dana): to je plemeniti plin, a godišnji prosjek koncentracije u zraku 0,6 Bq/m³ do 28 Bq/m³;
• kalij-40 (vrijeme poluraspada je 1,28 x 10⁹ godina): ima ga u tlu od 0,037 do 1,1 Bq/g. Prosječna ekvivalentna doza zbog prirodne radioaktivnosti (kalij-40, ugljik-14) ljudskog tijela je 0,40 mSv/godinu.

Neki nuklidi imaju više koraka pri raspadanju tako da od njih kroz vrijeme nastaju mnogi drugi nuklidi. Na primjeru torija vidimo vremenski slijed raspadanja, odnosno promjene 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.

Kozmogenički radionuklidi

Kozmičko zračenje ispunjava cijeli svemir, a potječe uglavnom izvan Sunčevog sustava. Zračenje se javlja u više oblika, od brzih teških čestica pa do visokoenergetskih fotona i miona. Na gornje slojeve atmosfere djeluju različite vrste zračenja, gdje se stvaraju kozmogenički radioaktivni nuklidi. Oni mogu biti dugoživući, ali su uglavnom kraćeg poluživota od praiskonskih nuklida. Primjeri učestalijih kozmogeničkih radionuklida su:

• ugljik-14 (vrijeme poluraspada je 5730 godina): nastaje međudjelovanjem kozmičkih zraka, a prirodna radioaktivnost je oko 0,22 Bq/g. Koristi se često u arheologiji za određivanje starosti organskih tvari metodom datiranja ugljikom-14;
• tricij ili H-3 (vrijeme poluraspada je 12,3 godina): nastaje međudjelovanjem kozmičkih zraka s dušikom i kisikom; ima ga u ručnim satovima za gledanje brojčanika po noći (beta svjetlost); prirodna radioaktivnost je oko 1,2 x 10^-3 Bq/kg;
• berilij-7 (vrijeme poluraspada je 53,28 dana): nastaje međudjelovanjem kozmičkih zraka s dušikom i kisikom; prirodna radioaktivnost je oko 0,01 Bq/kg.

Postoje još mnogi kozmički 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 djelovanjem

Ljudi koriste radioaktivnost oko stotinu godina i kroz to vrijeme neki radionuklidi su nastali ljudskim djelovanjem. Količine takvih nuklida su manje nego količine kozmogeničkih radionuklida. Oni obično imaju kraće vrijeme poluraspada od praiskonskih i kozmogeničkih nuklida. Zabranom testiranja nuklearnog oružja iznad površine zemlje, zabilježen je pad tako nastalih radionuklida. Evo nekih od nuklida koji su nastali ljudskim djelovanjem:

• tricij ili H-3 (vrijeme poluraspada je 12,3 godina): nastao testiranjem oružja i u nuklearnim reaktorima; nastao proizvodnjom nuklearnog oružja;
• jod-131 (vrijeme poluraspada je 8,04 dana): produkt nuklearne fisije u reaktorima i testiranju oružja; medicinsko liječenje bolesti štitne žlijezde;
• jod-129 (vrijeme poluraspada je 1,57 x 107 godina): produkt nuklearne fisije u reaktorima i testiranju oružja;
• cezij-137 (vrijeme poluraspada je 30,17 godina): produkt nuklearne fisije u reaktorima i testiranju oružja;
• stroncij-90 (vrijeme poluraspada je 28,78 godina): produkt nuklearne fisije u reaktorima i testiranju oružja;
• tehnecij-99m (vrijeme poluraspada je 6,03 sati): produkt raspada Mo-99, koristi se u dijagnostičke svrhe (radiologija – nuklearna medicina);
• tehnecij-99 (vrijeme poluraspada je 2,11 x 105 godina): produkt raspada tehnecija-99m
• plutonij-239 (vrijeme poluraspada je 2,41 x 10⁴ godina): nastaje neutronskim bombardiranjem uranija-238 ((U-238 + n--> U-239--> Np-239 +ß--> Pu-239+ß)

Popis dostupnih radionuklida na tržištu

Za dobivanje samo gama zračenja

Radionuklid	Radioaktivnost	Vrijeme poluraspada	Energija (KeV)
Barij-133	1 μCi	10,7 godina	81,0, 356,0
Kadmij-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
Europij-152	1 μCi	13,5 godina	121,8, 344,3, 1408,0
Mangan-54	1 μCi	312 dana	834,8
Natrij-22	1 μCi	2,6 godina	511,0, 1274,5
Cink-65	1 μCi	244 dana	511,0, 1115,5
Tehnecij-99m	1 μCi	6,01 sati	140

Za dobivanje samo beta-čestica

Radionuklid	Radioaktivnost	Vrijeme poluraspada	Energija (KeV)
Stroncij-90	0,1 μCi	28,5 godina	546,0
Talij-204	1 μCi	3,78 godina	763,4
Ugljik-14	10 μCi	5730 godina	49,5 (prosječno)

Za dobivanje samo alfa-čestica

Radionuklid	Radioaktivnost	Vrijeme poluraspada	Energija (KeV)
Polonij-210	0,1 μCi	138 dana	5304,5

Za dobivanje više različitih elementarnih čestica ionizirajućeg zračenja

Radionuklid	Radioaktivnost	Vrijeme poluraspada	Energija (KeV)
Cezij-137	1, 5, 10 μCi	30,1 godina	Gama i beta raspad	G: 32, 661,6 B: 511,6, 1173,2