All’inizio del 1900, il chimico inglese Frederick Soddy si rese conto che un elemento poteva avere atomi con masse diverse che erano chimicamente indistinguibili. Questi diversi tipi sono chiamati isotopi, atomi dello stesso elemento che differiscono in massa. Gli isotopi differiscono in massa perché hanno un numero diverso di neutroni, ma sono chimicamente identici perché hanno lo stesso numero di protoni. Soddy fu insignito del Premio Nobel per la Chimica nel 1921 per questa scoperta.

Un isotopo contenente un numero di neutroni superiore al solito è chiamato isotopo pesante. Gli isotopi pesanti tendono ad essere instabili e gli isotopi instabili sono radioattivi. Un isotopo radioattivo è un isotopo il cui nucleo decade facilmente, emettendo particelle subatomiche ed energia elettromagnetica. Diversi isotopi radioattivi (radioisotopi) differiscono per la loro emivita, il tempo necessario per il decadimento della metà di un campione di qualsiasi dimensione di un isotopo.

I radioisotopi emettono particelle subatomiche che possono essere rilevate e tracciate dalle tecnologie di imaging. Gli isotopi debolmente radioattivi, chiamati radiotraccianti, con emivite brevi, possono essere utilizzati nell’imaging medico. Questi vengono solitamente eliminati dal corpo entro poche ore o giorni attraverso i polmoni, le urine o le feci. A causa della bassa intensità delle radiazioni emesse e dell’emivita più breve, questi radiotraccianti non rappresentano una minaccia di malattia indotta dalle radiazioni.

La tomografia a emissione di positroni rileva l’attività del glucosio radioattivo, lo zucchero semplice che le cellule utilizzano per produrre energia. La telecamera PET rivela quali tessuti del paziente assorbono più glucosio. I tessuti metabolicamente più attivi si presentano come “punti caldi” luminosi sulle immagini. La PET può rivelare masse cancerose perché le cellule tumorali consumano glucosio ad un ritmo elevato per alimentare la loro rapida riproduzione.

Un’eccessiva esposizione agli isotopi radioattivi può danneggiare le cellule umane e persino causare cancro e disabilità congenite, ma quando l’esposizione è controllata, alcuni isotopi radioattivi possono essere utili in medicina. La radioterapia utilizza radiazioni ad alta energia per danneggiare il DNA delle cellule tumorali, uccidendo o impedendo loro di dividersi.

Questo testo è parzialmente adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione 2.2 Evoluzione della teoria atomica, Openstax, Anatomia e Fisiologia 2e, Sezione 2.1: Elementi e atomi: i mattoni della materia, e Openstax, Chimica 2e, Sezione 21.5: Uso dei radioisotopi.