شما در حال مطالعه نسخه آفلاین یکی از مطالب «مجله فرادرس» هستید. لطفاً توجه داشته باشید، ممکن است برخی از قابلیتهای تعاملی مطالب، مانند امکان پاسخ به پرسشهای چهار گزینهای و مشاهده جواب صحیح آن‌ها، نمایش نتیجه آزمونها، پاسخ تشریحی سوالات، پخش فایلهای صوتی و تصویری و غیره، در این نسخه در دسترس نباشند. برای دسترسی به نسخه آنلاین مطلب، استفاده از کلیه امکانات آن و داشتن تجربه کاربری بهتر اینجا کلیک کنید.
به ایزوتوپ‌های رادیواکتیو یک عنصر، رادیو ایزوتوپ گفته می‌شود و برخلاف ایزوتوپ‌های پایدار هستند. این ایزوتوپ‌های رادیواکتیو در تعداد نوترون‌های موجود در هسته اتم با یکدیگر تفاوت دارند و وجود اختلاف در تعداد نوترون‌های آن‌ها باعث ناپایداری این اتم‌ها می‌شود. در این مطلب از مجله فرادرس می‌آموزیم رادیو ایزوتوپ چیست و در مورد ویژگی‌ها و کاربردهای آن‌ها در حوزه‌های مختلف مانند صنایع، پزشکی و کشاورزی صحبت می‌کنیم.
آنچه در این مطلب می‌آموزید:
می‌آموزید رادیو ایزوتوپ چیست و چه تفاوتی با ایزوتوپ پایدار دارد.
یاد می‌گیرید نیمه‌عمر چیست و واپاشی پرتوزا چگونه انجام می‌شود.
خواهید آموخت ویژگی‌های تابش آلفا، بتا و گاما را مقایسه کنید.
کاربردهای رادیو ایزوتوپ در پزشکی، صنعت و کشاورزی را می‌آموزید.
یاد خواهید گرفت ریسک‌های بیولوژیک و جنبه‌های ایمنی رادیو ایزوتوپ‌ها را توضیح دهید.
تأثیر تاریخی و اخلاقی رادیو ایزوتوپ‌ها را بررسی خواهید کرد.
رادیو ایزوتوپ برای اشاره به ایزوتوپ‌های رادیواکتیو یک عنصر استفاده می‌شود. همچنین می‌توان رادیو ایزوتوپ را به عنوان اتمی معرفی کرد که ترکیبی ناپایدار از تعداد نوترون و پروتون یا انرژی مازادی در هسته اتم خود دارد.
رادیوایزوتوپ‌های یک عنصر دارای تعداد برابری از پروتون در هسته خود هستند اما در تعداد نوترون با یکدیگر تفاوت دارند. از رادیو ایزوتوپ گاهی به عنوان ایزوتوپ ناپایدار یا اتم پرتوزا نیز نام برده می‌شود.
منابع رادیواکتیوی که رنگ جهانی اختصاصی آن‌ها زرد است، به صورت مهر و موم شده وجود دارند و شامل مقادیری از اتم‌های رادیو ایزوتوپ در داخل کپسول‌های به‌خصوص هستند که توانایی ساطع کردن تابش‌های یون‌ساز را دارند. در کاربردهای صنعتی معمولا این رادیو ایزوتوپ‌ها پرتو گاما را می‌تابانند.
این نماد و رنگ در همه‌جا نشان‌دهنده منبع رادیواکتیو است.
نیمه عمر، زمان مورد نیاز برای انجام واپاشی پرتوزا و رسیدن به پایداری برای نیمی از اتم‌های یک رادیو ایزوتوپ است. در ادامه تعریفی از واپاشی پرتوزا را بررسی می‌کنیم.
با گذر از هر نیمه‌عمر مقدار باقی‌مانده نصف می‌شود.
اتم‌هایی که هسته ناپایدار دارند با از دست دادن ذرات و انرژی خود به صورت تابش به پایداری می‌رسند. به این فرایند که شامل ساطع کردن تابش است واپاشی پرتوزا می‌گوییم. توجه داشته باشید که چگونگی انجام آن برای هر هسته منحصربه‌فرد است و به وسیله بازه زمانی اندازه‌گیری می‌شود. به این مقیاس نیمه‌عمر گفته می‌شود.
هر عنصر یک یا چند ایزوتوپ رادیواکتیو دارد که در تعداد نوترون با دیگر ایزوتوپ‌ها تفاوت دارد. در ادامه می‌آموزیم برخی از مهم‌ترین و پرکاربردترین مثال‌های رادیو ایزوتوپ چیست.
امروزه بیش از ۳۰۰۰ رادیو ایزوتوپ مختلف شناسایی شده است. هر رادیو ایزوتوپ مادر در نهایت به یک یا تعداد بیشتری ایزوتوپ‌های پایدار که به آن‌ها به اصطلاح ایزوتوپ دختر می‌گوییم، تفکیک می‌شود. تمام هسته‌های شامل بیشتر از ۸۴ نوترون رادیواکتیو هستند و هسته‌هایی با تعداد کمتر از نوترون می‌توانند در دو حالت پایدار و ناپایدار حضور داشته باشند.
تابش اتم‌های رادیواکتیو به دو صورت ذره و انرژی است.
رادیو ایزوتوپ فسفر
عنصر فسفر ایزوتوپ‌های بسیاری با عدد جرمی از ۲۵ تا ۴۷ را دارد اما تنها ایزوتوپ با عدد جرمی ۳۱ آن پایدار است. دو رادیو ایزوتوپ این عنصر نیمه‌عمرهای طولانی‌تری نسبت به بقیه دارند. رادیو ایزوتوپ فسفر-۳۳ بیشترین نیمه‌عمر را دارد که برابر با ۲۵٫۳۴ روز است و سپس رادیو ایزوتوپ فسفر-۳۲ وجود دارد که نیمه‌عمری برابر با ۱۴٫۲۶۸ روز دارد.
تکنسیم یکی از دو عنصر جدول تناوبی با عدد جرمی زیر ۸۳ است که هیچ حالت پایداری ندارد. (عنصر دیگر پرومتیوم با نماد Pm است). این عنصر تنها به میزان جزئی در طبیعت وجود دارد و به طور عمده به روش‌های مصنوعی تولید می‌شود. این ایزوتوپ تعداد زیادی رادیو ایزوتوپ با نیمه‌عمر متفاوت دارد که برخی در حد نانوثانیه و برخی در حد سالیان است.
رادیو ایزوتوپ آهن
عنصر آهن در طبیعت به ۴ فرم ایزوتوپی پایدار وجود دارد و از آن ۲۴ رادیو ایزوتوپ تا کنون شناخته شده است. از این بین دو رادیو ایزوتوپ با بیشترین نیمه‌عمر وجود دارند که در زیر آورده شده‌اند.
در قسمت قبل آموختیم رادیو ایزوتوپ چیست. در ادامه بررسی می‌کنمی روش تشکیل رادیو ایزوتوپ چیست.
برخی به صورت طبیعی وجود دارند.
برخی از تغییرات در اتم عنصرها به وجود می‌آیند.
برخی ایزوتوپ‌های طبیعی مانند رادیوم، توریم و اورانیوم در سنگ‌ها و خاک حضور دارند. اورانیوم و توریم به میزان بسیار اندکی در آب نیز پیدا می‌شود. رادون، رادیو ایزوتوپی که از واپاشی پرتوزا رادیوم به وجود می‌آید در هوا وجود دارد. همچنین مواد معدنی ممکن است شامل مقادیر جزئی از پتاسیم و کربن باشند.
در بخش بعد درمی‌آموزیم این انواع رادیوایزوتوپ چیست.
رادیو ایزوتوپ طبیعی
شناخته شده‌ترین رادیو ایزوتوپی که به صورت طبیعی وجود دارد اورانیوم است. بخش عمده اورانیوم موجود در سیاره زمین از نوع اورانیوم-۲۳۸ است. تنها ۰٫۷٪ باقی‌مانده از اورانیوم-۲۳۵ است که پایداری کمتر و رادیواکتیویته بیشتری دارد. تفاوت این دو اورانیوم همان‌طور که اشاره کردیم تنها در تعداد نوترون‌های هسته آن‌هاست. در این مورد اورانیوم ناپایدار ۲۳۵، ۳ نوترون کمتر دارد.
اورانیوم رادیو ایزوتوپ معروفی که به صورت طبیعی وجود دارد.
رادیو ایزوتوپ های غیر طبیعی
تمامی رادیو ایزوتوپ‌های مورد استفاده در صنعت و پزشکی در طبیعت وجود ندارند. برخی از آن‌ها توسط بشر ساخته می‌شوند. در بعضی موارد از راکتورهای هسته‌ای و گاهی نیز از شتاب‌دهنده‌های حلقوی (Cyclotron) برای تولید رادیو ایزوتوپ‌ها استفاده می‌شود.
استفاده از راکتورهای هسته‌ای برای ایزوتوپ‌های غنی از نوترون بسیار کارآمد است. از این مورد می‌توان به مولیبدن-۹۹ام اشاره کرد. در حالی‌که برای ایزوتوپ‌های غنی از پروتون بهتر است از شتابدهنده استفاده شود. به عنوان مثال برای فلوئور-۱۸ این گزینه مناسب‌تر است.
از شتابدهنده حلقوی برای تولید رادیو ایزوتوپ‌های مصنوعی استفاده می‌شود.
تابش پرتوزای رادیو ایزوتوپ
در قسمت‌های قبل آموختیم رادیو ایزوتوپ چیست. رادیو ایزوتوپ‌ها با تعداد نوترون متفاوت ذرات ناپایداری هستند و نیمه‌عمری از چند ثانیه تا چند میلیون سال دارند. این ذرات انرژی مازاد خود را به صورت تابش از دست می‌دهند و از طریق تغییر در هسته خود به پایداری می‌رسند. این تابش‌ها شامل موارد زیر هستند:
آلفا با نماد α
بتا با نماد β
گاما با نماد γ
در جدول زیر می‌آموزید تفاوت‌های این سه نوع تابش رادیو ایزوتوپ چیست.
در هر واکنش هسته‌ای سه تابش متفاوت امکان حضور دارند.
واپاشی آلفا
این تابش در واقع هسته هلیوم-۴ است. به فرایندی که در آن از هسته اتمی رادیواکتیو تابش آلفا ساطع می‌شود واپاشی آلفا گفته می‌شود. نمونه‌ای از هسته‌ای که دچار این فروپاشی می‌شود اورانیوم-۲۳۸ است. واکنش فروپاشی آن را به صورت زیر نشان می‌دهیم.
سحر خائفی دانش‌آموخته کارشناسی ارشد شیمی دارویی از دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی است. به دنیای کتاب و تئاتر علاقه دارد و در حال حاضر در زمینه تولید محتوای شیمی با مجله فرادرس همکاری می‌کند.
شما در حال مطالعه نسخه آفلاین یکی از مطالب «مجله فرادرس» هستید. لطفاً توجه داشته باشید، ممکن است برخی از قابلیتهای تعاملی مطالب، مانند امکان پاسخ به پرسشهای چهار گزینهای و مشاهده جواب صحیح آن‌ها، نمایش نتیجه آزمونها، پاسخ تشریحی سوالات، پخش فایلهای صوتی و تصویری و غیره، در این نسخه در دسترس نباشند. برای دسترسی به نسخه آنلاین مطلب، استفاده از کلیه امکانات آن و داشتن تجربه کاربری بهتر اینجا کلیک کنید.
