В начале 1900-х годов английский химик Фредерик Содди понял, что элемент может иметь атомы с разной массой, которые химически неразличимы. Эти разные типы называются изотопами — атомами одного и того же элемента, которые различаются по массе. Изотопы различаются по массе, потому что они имеют разное количество нейтронов, но химически идентичны, потому что имеют одинаковое количество протонов. За это открытие Содди был удостоен Нобелевской премии по химии в 1921 году.

Изотоп, содержащий больше обычного числа нейтронов, называется тяжелым изотопом. Тяжелые изотопы, как правило, нестабильны, а нестабильные изотопы радиоактивны. Радиоактивный изотоп — это изотоп, ядро которого легко распадается, выделяя субатомные частицы и электромагнитную энергию. Различные радиоактивные изотопы (радиоизотопы) различаются по периоду полураспада, то есть времени, которое требуется для распада половины любого размера образца изотопа.

Радиоизотопы испускают субатомные частицы, которые могут быть обнаружены и отслежены с помощью технологий визуализации. Слаборадиоактивные изотопы, называемые радиоиндикаторами, с коротким периодом полураспада, могут быть использованы в медицинской визуализации. Обычно они выводятся из организма в течение нескольких часов или дней с легкими, мочой или стулом. Благодаря низкой силе испускаемого излучения и более короткому периоду полураспада эти радиоиндикаторы не представляют угрозы радиационно-индуцированных заболеваний.

Позитронно-эмиссионная томография обнаруживает активность радиоактивной глюкозы, простого сахара, который клетки используют для получения энергии. ПЭТ-камера выявляет, какие ткани пациента поглощают больше всего глюкозы. Наиболее метаболически активные ткани проявляются на изображениях в виде ярких «горячих точек». ПЭТ может выявлять раковые массы, потому что раковые клетки потребляют глюкозу с высокой скоростью, чтобы обеспечить свое быстрое размножение.

Чрезмерное воздействие радиоактивных изотопов может повредить клетки человека и даже вызвать рак и врожденные дефекты, но когда воздействие контролируется, некоторые радиоактивные изотопы могут быть полезны в медицине. Лучевая терапия использует высокоэнергетическое излучение для повреждения ДНК раковых клеток, что убивает или препятствует их делению.

Этот текст частично адаптирован из Openstax, Chemistry 2e, Section 2.2 Evolution of Atomic Theory, Openstax, Анатомия и физиология 2e, раздел 2.1: Элементы и атомы: строительные блоки материи, и Openstax, Химия 2e, раздел 21.5: Использование радиоизотопов.