Μερικές Εφαρμογές των Ραδιοϊσοτόπων 🧪

Ραδιοχρονολόγηση με Άνθρακα

Ένα ραδιενεργό ισότοπο του άνθρακα με ιδιαίτερη σημασία σε πολλά επιστημονικά πεδία είναι το άνθρακας-14 ($^{14}C$), με χρόνο υποδιπλασιασμού 5.760 χρόνια. Το ισότοπο αυτό παράγεται συνεχώς στην ατμόσφαιρα από τον βομβαρδισμό του αζώτου ($N_2$) από την κοσμική ακτινοβολία.

Ο ρυθμός με τον οποίο διασπάται το $^{14}C$ εξισορροπείται από τον ρυθμό με τον οποίο παράγεται, με αποτέλεσμα να διατηρείται μια περίπου σταθερή συγκέντρωσή του στην ατμόσφαιρα για μεγάλες χρονικές περιόδους.

Το $^{14}C$ σχηματίζει ραδιενεργό διοξείδιο του άνθρακα, $^{14}CO_2$, το οποίο αφομοιώνεται από τα φυτά και εισέρχεται έτσι στην τροφική αλυσίδα. Όσο ένας οργανισμός ζει, ανανεώνει συνεχώς το $^{14}C$ που περιέχει. Όταν όμως ο οργανισμός πεθάνει, η αφομοίωση αυτή σταματά, και ο λόγος $^{14}C/^{12}C$ (όπου $^{12}C$ είναι το σταθερό ισότοπο του άνθρακα) μειώνεται σταθερά συναρτήσει του χρόνου που έχει περάσει από τον θάνατο. Έτσι, μετρώντας αυτόν τον λόγο σε ένα δείγμα, μπορούμε να υπολογίσουμε τον χρόνο που έχει παρέλθει από τον θάνατο του οργανισμού.

Η ραδιοχρονολόγηση με μέτρηση του λόγου $^{14}C/^{12}C$ σε οργανική ύλη (ξύλα, οστά κ.λπ.) είναι ευρύτατα διαδεδομένη, με εκτιμήσεις που κυμαίνονται από λίγες εκατοντάδες χρόνια έως περίπου 50.000 χρόνια.

Η ανακάλυψη ότι η ατμοσφαιρική συγκέντρωση του $^{14}C$ ήταν μεγαλύτερη πριν από κάποιες χιλιάδες χρόνια προέκυψε από τη διάσταση των αποτελεσμάτων της ραδιοχρονολόγησης με άνθρακα με εκείνα της δενδροχρονολόγησης, μιας μεθόδου που υπολογίζει την ηλικία μέσα από τους δακτυλίους των κορμών των δέντρων και αποδείχθηκε ακριβέστερη. Παρ' όλα αυτά, η μέθοδος του $^{14}C$ εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρέως, κυρίως για την πιστοποίηση της αυθεντικότητας έργων τέχνης.

Εκτός από το $^{14}C$, και άλλα ισότοπα χρησιμοποιούνται για ραδιοχρονολόγηση. Ιδιαίτερη σημασία έχουν το $^{238}U$ και το $^{232}Th$, τα οποία σχηματίστηκαν ταυτόχρονα με τη δημιουργία της Γης. Αυτά διασπώνται ραδιενεργά δίνοντας τελικά αέριο ήλιο, το οποίο παραμένει παγιδευμένο μέσα στα ορυκτά τους — και η ποσότητά του χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ηλικίας.

Εφαρμογές στην Ιατρική

Η χρήση των ραδιοϊσοτόπων στην ιατρική καλύπτει πολλές εφαρμογές, τόσο στη διαγνωστική όσο και στη θεραπευτική (πυρηνική ιατρική).

Ραδιοθεραπεία

Τα διάφορα είδη κυττάρων δεν προσβάλλονται με τον ίδιο τρόπο από τις ακτινοβολίες: μερικά είναι ανθεκτικά, ενώ άλλα προσβάλλονται εύκολα. Με κατάλληλη δόση ακτινοβολίας μπορεί να επιτευχθεί η καταστροφή των «ασθενών» κυττάρων χωρίς να προκληθεί βλάβη στα υγιή. Για παράδειγμα, ο καρκίνος του θυρεοειδούς μπορεί να καταπολεμηθεί με το ραδιοϊσότοπο $^{131}I$.

Διάγνωση

Ορισμένα ραδιοϊσότοπα χρησιμοποιούνται ως ιχνηθέτες σε διαγνωστικές διαδικασίες, επειδή μπορούν εύκολα να αντικαταστήσουν τα αντίστοιχα φυσικά ισότοπα στον οργανισμό, ενώ ανιχνεύονται εύκολα με τη βοήθεια οργάνων, ακόμη κι όταν βρίσκονται σε ίχνη.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η χρήση του $^{99}Tc$ (τεχνήτιο) σε ραδιογραφικές διατάξεις σάρωσης, οι οποίες βασίζονται στην κατανομή του ραδιοϊσοτόπου στο εξεταζόμενο όργανο. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να διαπιστώσουμε την καλή λειτουργία οργάνων, όπως η καρδιά, ή να εντοπίσουμε κακοήθεις όγκους, για παράδειγμα στον εγκέφαλο.

Εφαρμογές στην Τεχνολογία

Οι ραδιενεργές ουσίες βρίσκουν πολλές εφαρμογές και εκτός ιατρικής, στη βιομηχανία και την τεχνολογία:

1. Παραγωγή πυρηνικής ενέργειας. Πραγματοποιείται με τη βοήθεια πυρηνικών αντιδραστήρων και αποτελεί τη σημαντικότερη βιομηχανική εφαρμογή των ραδιοϊσοτόπων.
2. Μέτρηση και έλεγχος πάχους μεταλλικών ή πλαστικών επιφανειών. Γίνεται με ακτινοβολία που διαπερνά το φύλλο υλικού, της οποίας η απορρόφηση εξαρτάται από το πάχος του υλικού.
3. Εντοπισμός διαρροών σωληνώσεων. Επιτυγχάνεται με προσθήκη ραδιοϊσοτόπου σε ένα αντλούμενο υγρό ή αέριο· με τη βοήθεια ενός μετρητή, όπως ο απαριθμητής Geiger-Müller, εντοπίζεται εύκολα το σημείο διαρροής.
4. Μέτρηση στάθμης υγρών ή στερεών σε δεξαμενή. Μετράται η απορροφούμενη ραδιενεργός ακτινοβολία, η οποία αυξάνεται όσο το υλικό γεμίζει τη δεξαμενή και παρεμβάλλεται στην πορεία των ακτίνων.
5. Συντήρηση τροφίμων. Χάρη στη μικροβιοκτόνο δράση των ακτινοβολιών, ορισμένα τρόφιμα μπορούν να συντηρηθούν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.