3.7: 동위원소 및 방사성 동위원소

1900년대 초, 영국의 화학자 프레더릭 소디(Frederick Soddy)는 한 원소가 화학적으로 구별할 수 없는 서로 다른 질량을 가진 원자를 가질 수 있다는 것을 깨달았습니다. 이러한 다양한 유형을 동위원소라고 합니다. 같은 원소라도 질량이 다른 원자인 동위원소는 중성자 수가 다르기 때문에 질량이 다르지만 양성자 수가 같기 때문에 화학적으로 동일합니다. 소디는 이 발견으로 1921년 노벨 화학상을 수상했습니다.

일반적인 중성자 수보다 많은 수의 중성자를 함유한 동위원소를 무거운 동위원소라고 합니다. 무거운 동위원소는 불안정한 경향이 있고, 불안정한 동위원소는 방사성입니다. 방사성 동위원소는 핵이 쉽게 붕괴되어 아원자 입자와 전자기 에너지를 방출하는 동위원소입니다. 다양한 방사성 동위원소(방사성 동위원소)는 반감기, 즉 동위원소 샘플의 절반이 붕괴하는 데 걸리는 시간이 다릅니다.

방사성 동위원소는 이미징 기술로 감지하고 추적할 수 있는 아원자 입자를 방출합니다. 반감기가 짧은 방사성 추적자라고 불리는 약한 방사성 동위원소는 의료 영상에 사용될 수 있습니다. 이들은 일반적으로 폐, 소변 또는 대변을 통해 몇 시간 또는 며칠 내에 몸에서 제거됩니다. 방출되는 방사선의 강도가 낮고 반감기가 짧기 때문에 이러한 방사성추적자는 방사선으로 인한 질병에 대한 위협이 되지 않습니다.

양전자 방출 단층촬영은 세포가 에너지로 사용하는 단당인 방사성 포도당의 활동을 감지합니다. PET 카메라는 환자의 어떤 조직이 가장 많은 포도당을 흡수하는지 보여줍니다. 대사적으로 가장 활동적인 조직은 밝은 '핫스팟'으로 나타납니다. 이미지에. 암세포는 빠른 번식을 촉진하기 위해 높은 속도로 포도당을 소비하기 때문에 PET를 통해 암 덩어리를 드러낼 수 있습니다.

방사성 동위원소에 과도하게 노출되면 세포가 손상될 수 있고 심지어 암과 선천성 장애를 유발할 수도 있지만, 노출을 통제하면 일부 방사성 동위원소는 의학에 유용할 수 있습니다. 방사선 요법은 고에너지 방사선을 사용하여 암세포의 DNA를 손상시켜 암세포를 죽이거나 분열을 방지합니다.

이 문서는 This text is partially adapted from 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.

동위원소는 양성자 수는 같지만 중성자 수는 다른 원소의 원자로, 질량 수는 다르지만 원자 번호는 같은 동일한 원소의 형태가 됩니다.

예를 들어, 수소 원소는 3개의 동위원소를 가지고 있습니다 - 수소는 0, 중수소는 1, 삼중수소는 2개의 중성자입니다.

일반적으로 특정 원소의 무거운 동위원소는 방사성 붕괴를 통해 방사선을 방출하는 불안정한 핵을 갖는 경향이 있어 다른 안정적인 비방사성 생성물로 변형됩니다. 이러한 동위원소를 방사성 동위원소라고 합니다.

예를 들어, 수소의 무거운 동위원소인 삼중수소는 베타 붕괴를 겪습니다. 두 개의 중성자 중 하나는 저에너지 베타 입자의 방출에 의해 양성자로 변환되어 보다 안정적인 비방사성 헬륨-3 동위원소를 생성합니다.

약한 방사성 동위원소는 인체 내부를 추적하여 신체 기능을 연구하고 질병 진단을 도울 수 있습니다.

예를 들어, 양전자 방출 단층 촬영은 암세포를 식별하기 위해 플루오린-18 태그가 지정된 플루오로데옥시글루코스 방사성 의약품을 사용합니다.

또 다른 방사성 동위원소인 탈륨-201은 심장으로 가는 혈류를 모니터링하여 심장 질환 진단을 돕는 데 사용됩니다.