Radionuklid

Radionuklid ili radioizotop je nuklid kod kojeg postoji višak mase ili energije, pa stabilnost postiže radioaktivnim raspadom: alfa raspad, beta raspad (beta minus i beta plus), gama zračenje, elektronski uhvat i drugi. Nuklid je atom kemijskog elementa za koji je točno poznat ne samo redni ili atomski broj Z, već i ukupan broj nukleona (protona i neutrona) u atomskoj jezgri. Prema svojstvima jezgre, nuklidi se dijele na stabilne i nestabilne. Nestabilni nuklidi ili radionuklidi pokazuju svojstvo radioaktivnosti i njihova se količina u uzorku tijekom vremena smanjuje prema zakonitostima radioaktivnoga raspada.

Preko 60 radioaktivnih elemenata ili radionuklida se može naći u prirodi i oni se mogu svrstati u tri kategorije: ^[1]

• Praiskonski radionuklidi - radioaktivni elementi koji postoje od nastanka Zemlje;
• Kozmogenički radionuklidi - nastali kao posljedica kozmičkog zračenja;
• Radionuklidi nastali ljudskom aktivnošću

Radioaktivni elementi se često nazivaju radioaktivni izotopi, radionuklidi ili jednostavno nuklidi. Postoji preko 1500 različitih radioaktivnih nuklida. Oni se označavaju pomoću kemijskog simbola i atomske mase. Radionuklidi se nalaze u zraku, vodi, tlu i u nama i oni su proizvod nas i naše okoline. Svaki dan mi unosimo u svoje tijelo nuklide putem zraka kojeg dišemo, hrane koju jedemo, vode koju pijemo. Radioaktivnost nalazimo u tlu, stijenama, vodi oceana i svakoj građevini i kući. Ona je svuda. Ne postoji mjesto na zemlji gdje možemo pobjeći od prirodne radioaktivnosti.

Prosječna ekvivalentna doza iznosi oko 3 mSv po osobi godišnje. Oko 82% od ukupne primljene apsorbirane doze uzrokuju prirodni izvori zračenja, od kojega je najveći dio od radona. Ostatak od 18% zračenja dolazi od umjetnih izvora. To su prije svega medicinske dijagnoze i tretmani. ^[2]

Praiskonski radionuklidi postoje od postanka svijeta. Oni su dugoživući radionuklidi sa vremenom poluraspada reda veličine 100 milijuna godina. Aktivnost radionuklida koji postoje dulje od 30 vremena vlastitih poluživota je nemjerljiva. Potomci i produkti raspada praiskonskih nuklida također spadaju u praiskonske nuklide. Primjeri praiskonskih radionuklida su:

• uranij-235 (vrijeme poluraspada je 7,04 x 10⁸ godina): ima ga u prosjeku oko 0,72% od ukupne količine prirodnog uranija (u nalazištima i rudnicima uranija); ^[3]
• uranij-238 (vrijeme poluraspada je 4,47 x 10⁹ godina): ima ga u prosjeku oko 99,27% od ukupne količine prirodnog uranija (u nalazištima i rudnicima uranija); ima ga 0,00005% do 0,00047% u uobičajenim vrstama stijena;
• torij-232 (vrijeme poluraspada je 1,41 x 10¹⁰ godina): ima ga od 0,00016 do 0,002% u uobičajenim vrstama stijena sa uobičajenim prosjekom od 0,00107%;
• radij-226 (vrijeme poluraspada je 1,6 x 10³ godina): ima ga oko 16 Bq/kg u vapnencu i 48 Bq/kg u vulkanskim stijenama;
• radon-222 (vrijeme poluraspada je 3,82 dana): to je plemeniti plin, a godišnji prosjek koncentracije u zraku 0,6 Bq/m³ do 28 Bq/m³;
• kalij-40 (vrijeme poluraspada je 1,28 x 10⁹ godina): ima ga u tlu od 0,037 do 1,1 Bq/g. Prosječna ekvivalentna doza zbog prirodne radioaktivnosti (kalij-40, ugljik-14) ljudskog tijela je 0,40 mSv/godinu.

Neki nuklidi imaju više koraka pri raspadanju tako da od njih kroz vrijeme nastaju mnogi drugi nuklidi. Na primjeru torija vidimo vremenski slijed raspadanja, odnosno promjene nuklida jednog u drugi: Th-232 --> Ra-228 --> Ac-228 --> Th-228 --> Ra-224 --> Rn-220 --> Po-216 --> Pb-212 --> Bi-212 --> Po-212 --> Pb-208 (stabilan). Neki od takvih nuklida su: V-50, Rb-87, Cd-113, In-115, Te-123, La-138, Ce-142Ce, Nd-144, Sm-147, Gd-152, Hf-174, Lu-176, Re-187, Pt-190, Pt-192, Bi-209.

Kozmičko zračenje ispunjava cijeli svemir, a potječe uglavnom izvan Sunčevog sustava. Zračenje se javlja u više oblika, od brzih teških čestica pa do visokoenergetskih fotona i miona. Na gornje slojeve atmosfere djeluju različite vrste zračenja, gdje se stvaraju kozmogenički radioaktivni nuklidi. Oni mogu biti dugoživući, ali su uglavnom kraćeg poluživota od praiskonskih nuklida. Primjeri učestalijih kozmogeničkih radionuklida su: ^[4]

• ugljik-14 (vrijeme poluraspada je 5730 godina): nastaje međudjelovanjem kozmičkih zraka, a prirodna radioaktivnost je oko 0,22 Bq/g. Koristi se često u arheologiji za određivanje starosti organskih tvari metodom datiranja ugljikom-14;
• tricij ili H-3 (vrijeme poluraspada je 12,3 godina): nastaje međudjelovanjem kozmičkih zraka s dušikom i kisikom; ima ga u ručnim satovima za gledanje brojčanika po noći (beta svjetlost); prirodna radioaktivnost je oko 1,2 x 10^-3 Bq/kg;
• berilij-7 (vrijeme poluraspada je 53,28 dana): nastaje međudjelovanjem kozmičkih zraka s dušikom i kisikom; prirodna radioaktivnost je oko 0,01 Bq/kg.

Postoje još mnogi kozmički radionuklidi, neki od njih su: Be-10, Al-26, Cl-36, Kr-80, Si-32, Ar-39, Na-22, S-35, Ar-37, P-33, P-32, Mg-38, Na-24, S-38, Si-31, F-18, Cl-39, Cl-38, Cl-34m (oznaka m je za metastabilno stanje).

Ljudi koriste radioaktivnost oko stotinu godina i kroz to vrijeme neki radionuklidi su nastali ljudskim djelovanjem. Količine takvih nuklida su manje nego količine kozmogeničkih radionuklida. Oni obično imaju kraće vrijeme poluraspada od praiskonskih i kozmogeničkih nuklida. Zabranom testiranja nuklearnog oružja iznad površine zemlje, zabilježen je pad tako nastalih radionuklida. Evo nekih od nuklida koji su nastali ljudskim djelovanjem: ^[5]

• tricij ili H-3 (vrijeme poluraspada je 12,3 godina): nastao testiranjem oružja i u nuklearnim reaktorima; nastao proizvodnjom nuklearnog oružja;
• jod-131 (vrijeme poluraspada je 8,04 dana): produkt nuklearne fisije u reaktorima i testiranju oružja; medicinsko liječenje bolesti štitne žlijezde;
• jod-129 (vrijeme poluraspada je 1,57 x 107 godina): produkt nuklearne fisije u reaktorima i testiranju oružja;
• cezij-137 (vrijeme poluraspada je 30,17 godina): produkt nuklearne fisije u reaktorima i testiranju oružja;
• stroncij-90 (vrijeme poluraspada je 28,78 godina): produkt nuklearne fisije u reaktorima i testiranju oružja;
• tehnecij-99m (vrijeme poluraspada je 6,03 sati): produkt raspada Mo-99, koristi se u dijagnostičke svrhe (radiologija – nuklearna medicina);
• tehnecij-99 (vrijeme poluraspada je 2,11 x 105 godina): produkt raspada tehnecija-99m
• plutonij-239 (vrijeme poluraspada je 2,41 x 10⁴ godina): nastaje neutronskim bombardiranjem uranija-238 ((U-238 + n--> U-239--> Np-239 +ß--> Pu-239+ß)