رادیو ایزوتوپ چیست و چه کاربردهایی دارد؟

رادیو ایزوتوپ ، ایزوتوپ های مختلف یک عنصر هستند که دارای همان تعداد پروتون در هسته اتمی خود هستند اما تعداد نوترون های آنها متفاوت است.

ایزوتوپ های رادیو اکتیو از یک عنصر را همچنین می توان  به عنوان اتمهایی تعریف کرد که حاوی ترکیبی ناپایدار از نوترون ها و پروتون ها یا انرژی اضافی در هسته هستند. این موارد در مبحث رادیو ایزوتوپ چیست شیمی یازدهم و  رادیو ایزوتوپ چیست علوم هشتم شرح داده شده است.

اکثر این مواد پرتوزا با قرار گرفتن در معرض “ذرات پرانرژی ” مانند نوترون ها یا پروتون ها در راکتورها و شتاب دهنده های تحقیقاتی به طور مصنوعی تولید می شوند و به دنبال آنها طی فرآیندهای شیمیایی مختلف به فرم شیمیایی مورد نیاز تبدیل می شوند.

رادیو ایزوتوپ ها در پزشکی برای تشخیص و درمان بیماری های مختلف از جمله انواع سرطان ها ، بیماری های قلبی عروقی و مغزی استفاده می شوند. بیش از ۱۰۰۰۰ بیمارستان در سراسر جهان هر ساله برای تشخیص یا درمان حدود ۳۵ میلیون بیمار از این مواد پرتوزا استفاده می کنند که از این تعداد ۹ میلیون در اروپا هستند. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می گردد لطفا ما را همراهی کنید.

 

 

تاریخچه استفاده از رادیو ایزوتوپ ها

تابش و رادیو اکتیویته مدتها قبل از تکامل حیات روی زمین وجود داشته و قسمت هایی از محیط ما به طور مداوم در معرض تابش های طبیعی و مصنوعی قرار دارد. علاوه بر این ، برخی از رادیو نوکلئیدها مانند پولونیوم و رادیوم در استخوان های ما وجود دارد. عضله ما حاوی رادیو کربن و رادیو پتاسیم ، رادون ، تورون است که فرزندان آنها در ریه های ما  هستند و از آنها پرتوهای یونیزان ساطع می شود. تابش حاصل از خورشید به دلیل همجوشی هسته ای است که برای وجود حیات روی زمین بسیار ضروری است.

بنابراین ما در یک جهان رادیو اکتیو طبیعی زندگی می کنیم. همه ارگانیسم ها از جمله انسان های روی زمین بدون اینکه متوجه شوند از اشعه به صورت مستقیم بهره می برند. بنابراین ، بدون تابش زندگی وجود ندارد. درک علمی از تابش و رادیو اکتیویته و فواید و تأثیرات آن بر انسان ، تقریباً به قرن ها پیش از کارهای رونتگن (۱۸۹۵) و بکرل (۱۸۹۶) پیشگامان این عرصه برمی گردد.

تحقیقات بیشتر توسط M. Curie و P. Curie (1898) و  Rutherford (1911) نشان داد كه رادیواكتیویته توسط عناصر سنگین مانند اورانیوم ، توریم و رادیوم به نمایش گذاشته می شود. کشف ایزوتوپ یکی از نتایج کار بر روی عناصر رادیواکتیو بود. نام “ایزوتوپ” اولین بار توسط سودی در سال ۱۹۱۳ پیشنهاد شد. قانون فروپاشی رادیواکتیو نیز توسط وی پیشنهاد شد. بیش از هزار رادیو ایزوتوپ طبیعی در طبیعت ما وجود دارد. در حال حاضر بیش از ۲۰۰ نوع آن از راکتورها و شتاب دهنده های هسته ای تولید می شود. استفاده از رادیو ایزوتوپ ها در زمینه های پزشکی ، صنعتی و تحقیقاتی طی چند دهه به تمدن بشری خدمت کرده است. این ترکیبات هدیه ای ارزشمند برای بسیاری از گروه های پزشکی و زیست شناسی بوده است.

رادیو ایزوتوپ ها چگونه تولید می شوند؟

هسته ناپایدار که دلیل اصلی تولید رادیو ایزوتوپ ها است می تواند به طور طبیعی یا در نتیجه تغییر مصنوعی در اتم رخ دهد. در بعضی موارد از راکتور هسته ای و در موارد دیگر از سیکلوترون برای تولید آنها استفاده می شود. راکتورهای هسته ای برای تولید رادیو ایزوتوپ های غنی از نوترون ، مانند مولیبدن ۹۹ ، مناسب ترین هستند ، در حالی که سیکلوترون ها برای تولید رادیو ایزوتوپ های غنی از پروتون ، مانند فلورین ۱۸ بهترین انتخاب هستند.

مشهورترین نمونه رادیو ایزوتوپ طبیعی اورانیوم است. تمام اورانیوم طبیعی ، اورانیوم ۲۳۸ است. بقیه اورانیوم ۲۳۵ با ثبات کمتر یا رادیواکتیو بیشتر است که در هسته خود سه نوترون کمتر دارد.

فروپاشی رادیواکتیو چیست؟

اتم های دارای هسته ناپایدار با پخش کردن ذرات اضافی و انرژی به صورت تابش پایدار می شوند که به آن فروپاشی رادیواکتیو گفته می شود. روند فروپاشی رادیواکتیو برای هر رادیو ایزوتوپ منحصر به فرد است و با یک دوره زمانی به نام نیمه عمر اندازه گیری می شود. نیمه عمر زمانی است که طول می کشد تا نیمی از اتم های ناپایدار دچار فروپاشی رادیواکتیو شوند.

کاربردهای رادیو ایزوتوپ

رادیو ایزوتوپ ها یک بخش اساسی از رادیو داروها هستند. در حقیقت ، آنها بیش از ۳۰ سال است که در پزشکی استفاده می شوند. به طور متوسط ​​، از هر دو نفر، یک نفر در یک مرحله از زندگی خود ، تحت درمان پزشکی هسته ای قرار می گیرد که از رادیو ایزوتوپ برای اهداف تشخیصی یا درمانی استفاده می کند.

بعضی از رادیو ایزوتوپ های مورد استفاده در پزشکی هسته ای نیمه عمر کوتاهی دارند ، به این معنی که به سرعت خراب می شوند و برای اهداف تشخیصی مناسب هستند. برای سایرین که نیمه عمر بیشتری دارند و زمان بیشتری تا فروپاشی فرصت دارند برای اهداف درمانی استفاده می شوند.

این مواد پرتوزا معمولاً در رادیوگرافی صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند که از منبع گاما برای انجام آزمایش تنش یا بررسی یکپارچگی جوش ها استفاده می شود. یک نمونه معمول این است که توربین های موتور جت هواپیما را برای یکپارچگی ساختاری مورد آزمایش قرار می دهند.

همچنین در صنایع مختلف برای اندازه گیری سطح مایع داخل ظروف یا اندازه گیری ضخامت مواد استفاده می شوند. این پرتوها به طور گسترده در تحقیقات علمی مورد استفاده قرار می گیرند  و در طیف وسیعی از برنامه ها از ردیابی جریان آلاینده ها در سیستم های بیولوژیکی گرفته تا تعیین فرآیندهای متابولیکی در حیوانات کوچک کاربرد دارند.

آنها همچنین به نمایندگی از سازمانهای حفاظت هسته ای بین المللی برای شناسایی فعالیت های هسته ای مخفی از رادیو ایزوتوپ های متمایز تولید شده توسط برنامه های تسلیحاتی استفاده می شوند.

سایر کاربردهای رادیو ایزوتوپ ها

پزشکی: تشخیص و درمان بیماری ها ، ضدعفونی محصولاتی که اغلب در محیط های بالینی و جراحی استفاده می شوند و …

صنعت و فناوری: بررسی مواد و جوشکاری در ساخت و ساز ، کنترل فرآیندهای تولیدی ، تحقیقات و غیره

کشاورزی: کاربرد رادیو ایزوتوپ ها در کشاورزی کنترل طاعون ، حفظ مواد غذایی و غیره است

هنر: ترمیم اشیا هنری ، تأیید اشیا تاریخی یا هنری و غیره

باستان شناسی: قدمت رویداد زمین شناسی و غیره

فارماکولوژی: مطالعه متابولیسم داروها قبل از مجاز شدن آنها برای استفاده عمومی.

منبع رادیواکتیو چیست؟

یک منبع رادیواکتیو مهر و موم شده یک مقدار کپسوله شده از یک رادیو ایزوتوپ است که برای تهیه پرتوی تابش یونیزان استفاده می شود. منابع صنعتی معمولاً حاوی رادیو ایزوتوپ هایی هستند که پرتوهای گاما یا اشعه X منتشر می کنند.

رادیو ایزوتوپ های معمول مورد استفاده کدامند؟

این ترکیبات در موارد مختلف در زمینه های پزشکی ، صنعتی و علمی مورد استفاده قرار می گیرند. برخی از این مواد که معمولاً در صنعت و علوم مورد استفاده قرار می گیرند را می توان در جداول زیر مشاهده کرد.

 

رادیو ایزوتوپ	نیمه عمر(سال)	موارد استفاده
رادیو ایزوتوپ هیدروژن ۳(تریتیوم)	۱۲-۳۲	برای اندازه گیری سن آبهای زیر زمینی
کربن -۱۴	۵۷۰۰	برای اندازه گیری سن مواد آلی تا ۵۰۰۰۰سال
کلر-۳۶	۳۰۱۰۰۰	برای اندازه گیری منابع کلرید و سن آب تا ۲میلیون سال
سرب۲۱۰	۲-۲۲	برای اندازه گیری قدمت لایه های ماسه و خاک تا ۸۰سال قدمت
کروم۵۱	۷-۲۷روز	برای ردیابی شن و ماسه برای بررسی فرسایش ساحلی
کبالت-۶۰	۵-۲۷	برای مهار و ریشه کن کردن مگس میوه  و همچنین دفع آفات
طلای۱۹۸	۲-۷۰روز	برای ردیابی شن و ماسه بستر رودخانه و ردیابی زباله های صنعتی
سزیم-۱۳۷	۳۰	برای شناسایی منابع فرسایش خاک و همچنین اندازه گیری ضخامت

 

کاربرد رادیو ایزوتوپ ها در پزشکی

پزشکی هسته ای از مقدار کمی تابش برای تهیه اطلاعات در مورد بدن فرد و عملکرد اندام های خاص ، فرآیندهای بیولوژیکی در حال انجام یا وضعیت بیماری یک بیماری خاص استفاده می کند. در بیشتر موارد ، اطلاعات توسط پزشکان برای تشخیص دقیق استفاده می شود. در موارد خاص می توان از اشعه برای درمان اعضای بدن یا تومورها استفاده کرد.

رادیو ایزوتوپ های پزشکی چگونه ساخته می شوند؟

رادیو ایزوتوپ های پزشکی از موادی که توسط نوترون ها در یک راکتور یا توسط پروتون ها در یک شتاب دهنده به نام سیکلوترون بمباران می شوند ، ساخته می شوند . این مواد یک بخش اساسی از داروهای رادیویی هستند. بعضی از بیمارستانها سیکلوترون های مخصوص به خود را دارند که معمولاً برای ساخت رادیوداروها با نیمه عمر کوتاه چند ثانیه یا دقیقه استفاده می شود.

رادیو دارو چیست؟

رادیو دارو یک مولکول است که متشکل از یک ردیاب رادیوایزوتوپ متصل به یک دارو است. پس از ورود به بدن ، داروی دارای برچسب رادیویی در اندام خاص یا بافت تومور تجمع می یابد. رادیو ایزوتوپ متصل به دارو مورد هدف فروپاشی قرار گرفته و مقادیر خاصی از اشعه را تولید می کند که می تواند برای تشخیص یا درمان بیماری ها و آسیب های انسانی استفاده شود. مقدار رادیو دارو تجویز شده برای اطمینان از ایمنی هر بیمار با دقت انتخاب می شود.

رادیو داروهای رایج کدامند؟

حدود ۲۵ رادیو دارویی مختلف به طور معمول در مراکز پزشکی هسته ای استفاده می شود. متداول ترین آن تکنسیوم -۹۹ است که منشأ آن سیلیکاید اورانیوم است که در یک نوار آلومینیوم مهر و موم شده و در ظرف بازتابنده غنی از نوترون راکتور OPAL در اطراف هسته قرار می گیرد. پس از پردازش ، پیش ساز مولیبدن ۹۹ حذف شده و در دستگاه هایی به نام ژنراتورهای تکنسیوم قرار می گیرد ، جایی که مولیبدن ۹۹ به تکنسیوم ۹۹ تبدیل می شود. این ژنراتورها توسط شرکت  ANSTO در مراکز درمانی در سراسر استرالیا و منطقه آسیا و اقیانوسیه نزدیک توزیع می شوند.

نیمه عمر آن کوتاه و ۶ ساعته است و انرژی ضعیف اشعه گاما که از آن ساطع می شود ، تکنسیوم -۹۹ را برای تصویر برداری از اندام های بدن برای تشخیص بیماری بدون رساندن دوز تابشی قابل توجه به بیمار ، ایده آل می کند. ژنراتور برای چندین روز استفاده موثر است و سپس برای دوباره پر کردن به شرکت ANSTO بازگردانده می شود.

داروی رادیویی دیگری که درشرکت OPAL تولید می شود ید -۱۳۱ است . با نیمه عمر هشت روزه و تجزیه ذرات بتا با انرژی بالاتر ، از ید -۱۳۱ برای درمان سرطان تیروئید استفاده می شود. از آنجا که غده تیروئید منبع ید بدن است تیروئید به طور طبیعی ید -۱۳۱ تزریق شده به بیمار را جذب می کند. تابش حاصل از ید -۱۳۱ با حداقل تأثیر بر بافت سالم به سلولهای سرطانی مجاور حمله می کند. سایر داروهای رادیوداروهای که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند را می توان در لیست های زیر مشاهده کرد.

رادیو ایزوتوپ	نیمه عمر	موارد استفاده
فسفر۳۲	۱۴.۲۶ روز	در درمان گلبولهای قرمز اضافی خون
کروم ۵۱	۲۷.۷۰ روز	برای علامت گذاری گلبولهای قرمز
ایتریوم۹۰	۶۴ ساعت	برای درمان سرطان کبد
تکنسیوم۹۹	۸- ۱۰ ساعت	برای تصویر برداری از مغز،تیروئید،ریه ها،کلیه و تشخیص عفونت
ید۱۳۱	۸.۳ روز	برای تشخیص بیماری مرتبط با تیروئید

کاربرد رادیو ایزوتوپ ها شیمی دهم

برای اهداف تشخیصی، رادیوایزوتوپ ها در تصویربرداری پزشکی برای ایجاد تصاویر دقیق از ساختارهای داخلی بدن استفاده می شوند. این کار با تزریق مقدار کمی از رادیوایزوتوپ به بدن بیمار انجام می شود که سپس به اندام ها یا بافت های خاصی می رسد. تشعشعات ساطع شده توسط ایزوتوپ رادیویی سپس توسط یک دوربین مخصوص شناسایی می شود که تصویری از منطقه ایجاد می کند. این می تواند به پزشکان در تشخیص ناهنجاری هایی مانند تومورها یا انسداد کمک کند. به عنوان مثال، رادیوایزوتوپ تکنسیوم-۹۹m به دلیل نیمه عمر کوتاه و نوع تشعشعی که ساطع می کند، معمولاً در تصویربرداری پزشکی استفاده می شود.

از نظر درمان، رادیوایزوتوپ‌ها را می ‌توان برای درمان برخی شرایط با ارسال پرتوهای هدفمند به نواحی خاصی از بدن استفاده کرد. این اغلب در درمان سرطان استفاده می شود، جایی که از رادیوایزوتوپ برای کشتن سلول های سرطانی استفاده می شود و در عین حال آسیب به سلول های سالم را به حداقل می رساند. نمونه ای از آن استفاده از ید ۱۳۱ در درمان سرطان تیروئید است.

علاوه بر این، ایزوتوپ ها نیز در استریل کردن تجهیزات پزشکی استفاده می شوند. کبالت-۶۰، یک ایزوتوپ رادیواکتیو، برای استریل کردن تجهیزات پزشکی و مواد غذایی استفاده می شود، زیرا اشعه گاما ساطع می کند که باکتری ها و سایر عوامل بیماری زا را از بین می برد.

همانطور که می بینید ایزوتوپ ‌ها کاربردهای گسترده‌ ای در پزشکی دارند، از تصویربرداری تشخیصی گرفته تا درمان‌های درمانی و استریل کردن تجهیزات پزشکی. خواص منحصر به فرد آنها آنها را به ابزاری ارزشمند در زمینه مراقبت های بهداشتی تبدیل می کند.

ظهور سنجش‌ های مبتنی بر فلورسانس و لومینسانس نیز به طور قابل ‌توجهی نیاز به برچسب ‌گذاری رادیوایزوتوپ در علوم زیستی را کاهش داده است. سنجش ‌های فلورسانس ایمن ‌تر و عموماً کم ‌هزینه ‌تر هستند، اغلب به صورت کیت ارائه می ‌شوند و اجرای آن آسان ‌تر است. انجام آزمایش‌های چند برچسب ‌گذاری با برچسب ‌های فلورسنت آسان‌ تر از ایزوتوپ‌ های رادیویی است.