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Im frühen 20. Jahrhundert erkannte der englische Chemiker Frederick Soddy, dass ein Element Atome mit unterschiedlichen Massen haben kann, die chemisch nicht zu unterscheiden sind. Diese verschiedenen Typen werden Isotope genannt - Atome des gleichen Elements, die sich in Masse unterscheiden. Isotope unterscheiden sich in der Masse, weil sie verschiedene Anzahlen von Neutronen haben, aber chemisch identisch sind, weil sie dieselbe Anzahl von Protonen haben. Soddy erhielt 1921 den Nobelpreis für Chemie für diese Entdeckung.
Ein Isotop, das mehr Neutronen als üblich enthält, wird als schweres Isotop bezeichnet. Schwerere Isotope tendieren dazu, instabil zu sein und instabile Isotope sind radioaktiv. Ein radioaktives Isotop hat einen Kern, welcher leicht zerfällt und subatomare Teilchen und elektromagnetische Energie abgibt. Unterschiedliche radioaktive Isotope (Radioisotope) unterscheiden sich in ihrer Halbwertszeit, der Zeit, die benötigt wird, bis die Hälfte einer Isotopenprobe beliebiger Größe zerfällt.
Radioisotope emittieren subatomare Teilchen, die von Bildgebungstechnologien erkannt und verfolgt werden können. Schwach radioaktive Isotope, die als Radiotracers bezeichnet werden und kurze Halbwertszeiten haben, können in der medizinischen Bildgebung verwendet werden. Diese werden normalerweise innerhalb von Stunden oder Tagen über die Lunge, den Urin oder den Stuhl aus dem Körper ausgeschieden. Aufgrund der geringen Strahlenstärke und der kürzeren Halbwertszeiten stellen diese Radiotracers keine Gefahr für Strahleninduzierte Krankheiten dar.
Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) erfasst die Aktivität von radioaktivem Glukose, dem einfachen Zucker, den Zellen zur Energiegewinnung verwenden. Die PET-Kamera zeigt, welche Gewebe des Patienten am meisten Glukose aufnehmen. Die stoffwechselaktivsten Gewebe zeigen sich als helle „Hot Spots„ auf den Bildern. PET kann krebsartige Massen aufdecken, da Krebszellen Glukose in einem hohen Maße verbrauchen, um ihre schnelle Vermehrung zu unterstützen.
Überschüssige Exposition gegenüber radioaktiven Isotopen kann menschliche Zellen schädigen und sogar Krebs und angeborene Behinderungen verursachen, aber bei kontrollierter Exposition können einige radioaktive Isotope in der Medizin nützlich sein. Die Strahlentherapie verwendet hochenergetische Strahlung, um die DNA von Krebszellen zu schädigen, was sie tötet oder daran hindert, sich zu teilen.
Dieser Text ist teilweise angepasst von Openstax, Chemistry 2e, Section 2.2 Evolution of Atomic Theory, Openstax, Anatomy and Physiology 2e, Section 2.1: Elements and Atoms: the building blocks of matter, and Openstax, Chemistry 2e, Section 21.5: Use of Radioisotopes.
Isotope sind Atome eines Elements mit der gleichen Anzahl von Protonen, aber einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen, was zu Formen desselben Elements mit unterschiedlichen Massenzahlen, aber gleicher Ordnungszahl führt.
Zum Beispiel hat elementarer Wasserstoff drei Isotope - Wasserstoff mit Null, Deuterium mit eins und Tritium mit zwei Neutronen.
In der Regel neigen schwerere Isotope bestimmter Elemente dazu, einen instabilen Kern zu haben, der durch radioaktiven Zerfall Strahlung emittiert und sie in andere stabile nicht-radioaktive Produkte umwandelt. Solche Isotope werden als Radioisotope bezeichnet.
Zum Beispiel durchläuft Tritium, das schwere Isotop des Wasserstoffs, einen Betazerfall. Eines seiner beiden Neutronen wird durch die Emission eines niederenergetischen Betateilchens in ein Proton umgewandelt, wodurch ein stabileres, nicht-radioaktives Helium-3-Isotop entsteht.
Schwache radioaktive Isotope können im menschlichen Körper aufgespürt werden, um Körperfunktionen zu untersuchen und die Diagnose von Krankheiten zu unterstützen.
Zum Beispiel wird bei der Positronen-Emissions-Tomographie ein Fluor-18-markiertes Fluordesoxyglukose-Radiopharmakon verwendet, um Krebszellen zu identifizieren.
Ein weiteres Radioisotop, Thallium-201, wird zur Überwachung des Blutflusses zum Herzen verwendet und hilft bei der Diagnose von Herzkrankheiten.
