3.7: Isotopes et radio-isotopes

Au début des années 1900, le chimiste anglais Frederick Soddy réalisa qu'un élément pouvait avoir des atomes avec des masses différentes mais chimiquement indiscernables. Ces différents types sont appelés isotopes - des atomes du même élément qui diffèrent en masse. Les isotopes diffèrent en masse, car ils ont des nombres de neutrons différents mais ils sont chimiquement identiques car ils ont le même nombre de protons. Soddy fut récompensé du prix Nobel de chimie en 1921 pour cette découverte.

Un isotope contenant plus que le nombre habituel de neutrons est appelé un isotope lourd. Les isotopes lourds tendent à être instables, et les isotopes instables sont radioactifs. Un isotope radioactif est un isotope dont le noyau se décompose facilement, émettant des particules subatomiques et une énergie électromagnétique. Différents isotopes radioactifs (radioisotopes) diffèrent par leur demi-vie, le temps qu'il faut pour que la moitié de n'importe quelle taille d'échantillon d'un isotope se décompose.

Les radioisotopes émettent des particules subatomiques qui peuvent être détectées et suivies par des technologies d'imagerie. Des isotopes faiblement radioactifs, appelés radiotraceurs, avec des demi-vies courtes, peuvent être utilisés en imagerie médicale. Ceux-ci sont généralement éliminés du corps en quelques heures ou jours via les poumons, l'urine ou les selles. En raison de la faible intensité de la radiation émise et des demi-vies plus courtes, ces radiotraceurs ne présentent aucun risque de maladie induite par la radiation.

La tomographie par émission de positons détecte l'activité du glucose radioactif, le sucre simple que les cellules utilisent pour l'énergie. La caméra PET révèle quels tissus du patient absorbent le plus de glucose. Les tissus les plus métaboliquement actifs apparaissent comme des "points chauds" lumineux sur les images. La PET peut révéler des masses cancéreuses car les cellules cancéreuses consomment le glucose à un taux élevé pour alimenter leur reproduction rapide.

Une exposition excessive aux isotopes radioactifs peut endommager les cellules humaines et même causer le cancer et des anomalies congénitales, mais lorsque l'exposition est contrôlée, certains isotopes radioactifs peuvent être utiles en médecine. La radiothérapie utilise des rayonnements à haute énergie pour endommager l'ADN des cellules cancéreuses, les tuant ou les empêchant de se diviser.

Ce texte est partiellement adapté de 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.

Les isotopes sont des atomes d’un élément avec le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons, ce qui donne des formes du même élément avec des numéros de masse différents mais le même numéro atomique.

Par exemple, l’hydrogène élémentaire a trois isotopes : l’hydrogène avec zéro, le deutérium avec un et le tritium avec deux neutrons.

Habituellement, les isotopes plus lourds de certains éléments ont tendance à avoir un noyau instable qui émet un rayonnement par désintégration radioactive, les transformant en d’autres produits non radioactifs stables. Ces isotopes sont appelés radio-isotopes.

Par exemple, le tritium, l’isotope lourd de l’hydrogène, subit une désintégration bêta. L’un de ses deux neutrons est transformé en proton par l’émission d’une particule bêta de faible énergie produisant un isotope non radioactif de l’hélium-trois plus stable.

Les isotopes radioactifs faibles peuvent être retracés à l’intérieur du corps humain pour étudier les fonctions corporelles et aider au diagnostic des maladies.

Par exemple, la tomographie par émission de positons utilise un produit radiopharmaceutique fluorodésoxyglucose marqué au fluor 18 pour identifier les cellules cancéreuses.

Un autre radio-isotope, le thallium-201, est utilisé pour surveiller le flux sanguin vers le cœur, ce qui aide au diagnostic des maladies cardiaques.