In den frühen 1900er Jahren erkannte der englische Chemiker Frederick Soddy, dass ein Element Atome mit unterschiedlichen Massen haben kann, die chemisch nicht unterscheidbar sind. Diese verschiedenen Arten werden als Isotope bezeichnet – Atome desselben Elements, die sich in ihrer Masse unterscheiden. Isotope unterscheiden sich in der Masse, weil sie eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen haben, sind aber chemisch identisch, weil sie die gleiche Anzahl von Protonen haben. Für diese Entdeckung wurde Soddy 1921 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

Ein Isotop, das mehr als die übliche Anzahl von Neutronen enthält, wird als schweres Isotop bezeichnet. Schwere Isotope neigen dazu, instabil zu sein, und instabile Isotope sind radioaktiv. Ein radioaktives Isotop ist ein Isotop, dessen Kern leicht zerfällt und dabei subatomare Teilchen und elektromagnetische Energie abgibt. Verschiedene radioaktive Isotope (Radioisotope) unterscheiden sich in ihrer Halbwertszeit, d. h. der Zeit, die benötigt wird, bis die Hälfte einer Probe eines Isotops zerfällt.

Radioisotope emittieren subatomare Teilchen, die mit bildgebenden Verfahren nachgewiesen und verfolgt werden können. Schwach radioaktive Isotope, sogenannte Radiotracer, mit kurzen Halbwertszeiten können in der medizinischen Bildgebung eingesetzt werden. Diese werden in der Regel innerhalb von Stunden oder Tagen über die Lunge, den Urin oder den Stuhl aus dem Körper ausgeschieden. Aufgrund der geringen Stärke der emittierten Strahlung und der kürzeren Halbwertszeiten stellen diese Radiotracer keine Gefahr für strahleninduzierte Erkrankungen dar.

Die Positronen-Emissions-Tomographie detektiert die Aktivität von radioaktiver Glukose, dem Einfachzucker, den Zellen zur Energiegewinnung verwenden. Die PET-Kamera zeigt, welches Gewebe des Patienten die meiste Glukose aufnimmt. Die stoffwechselaktivsten Gewebe zeigen sich auf den Bildern als helle “Hot Spots”. PET kann krebsartige Massen aufdecken, da Krebszellen Glukose in hohem Maße verbrauchen, um ihre schnelle Vermehrung zu fördern.

Eine übermäßige Exposition gegenüber radioaktiven Isotopen kann menschliche Zellen schädigen und sogar Krebs und angeborene Behinderungen verursachen, aber wenn die Exposition kontrolliert wird, können einige radioaktive Isotope in der Medizin nützlich sein. Bei der Strahlentherapie wird hochenergetische Strahlung verwendet, um die DNA von Krebszellen zu schädigen, wodurch sie abgetötet oder daran gehindert werden, sich zu teilen.

Dieser Text wurde teilweise übernommen von Openstax, Chemie 2e, Abschnitt 2.2 Evolution der Atomtheorie, Openstax, Anatomie und Physiologie 2e, Abschnitt 2.1: Elemente und Atome: die Bausteine der Materie, und Openstax, Chemie 2e, Abschnitt 21.5: Verwendung von Radioisotopen.