4.2. Radioaktivno zračenje

Antoine Henri Becquerel je 1896. godine uočio da soli uranija emitiraju nevidljivo zračenje koje ionizira zrak te djeluje na fotografsku ploču kroz zaštitni papir.

1898. godine francuska kemičarka i fizičarka poljskog porijekla Marie Curie-Skłodowska otkrila je da neki elementi mogu spontano prelaziti jedni u druge. Na zračenje koje pritom emitiraju ne utječu električna struja, zagrijavanje ili kemijske reakcije. Ernest Rutherford je proučavajući zračenje radija, 1899. godine otkrio da se ono sastoji od dvije vrsta zraka i nazvao ih α- i β-zrakama. Tako su postavljeni temelji istraživanja pojave koja je nazvana radioaktivnost.

Henri Becquerel, Marie Curie-Skłodowska i njen suprug Pierre Curie zajedno su dobili Nobelovu nagradu za fiziku 1903. godine.

Antoine Henri Becquerel je 1896. godine uočio da soli uranija emitiraju nevidljivo zračenje.

Ono ioniziraja zrak.

Djeluje na fotografsku ploču kroz zaštitni papir.

1898. godine francuska kemičarka i fizičarka poljskog porijekla Marie Curie-Skłodowska otkrila je da neki elementi mogu spontano prelaziti jedni u druge. Njihovo zračenje ne utječu električna struja, zagrijavanje ili kemijske reakcije.

1899. Ernest Rutherford je proučavajući zračenje radija otkrio da se ono sastoji od dvije vrsta zraka.

Tako su postavljeni temelji istraživanje pojave koja je nazvana radioaktivnost.

1903. godine su Becquerel, Marie Curie-Skłodowska i njen suprug Pierre Curie zajedno dobili Nobelovu nagradu za fiziku.

Od oko 2000 različitih izotopa, koliko ih postoji u prirodi, samo ih je 266 stabilno, a ostali se raspadaju uz oslobađanje energije.

Pokusima je pokazano da iz radioaktivnih tvari (npr. uranijevih spojeva) izlazi prodorno zračenje. Ako ga propuštamo kroz magnetsko polje tako da je snop zračenja okomit na smjer polja, jedan njegov dio će se otkloniti na jednu stranu, drugi na drugu stranu, a dio zračenja proći će neotklonjen. Ova zračenja nazvana su α-zrake, β-zrake i γ-zrake.

Neke su atomske jezgre stabilne.

Većina ih je nestabilna – radioaktivna.

Od oko 2000 različitih izotopa samo ih je 266 stabilno.

Ostali se raspadaju uz oslobađanje energije.

Pokusima je pokazano da iz radioaktivnih tvari (npr. uranovih spojeva) izlazi prodorno zračenje.

Ako ga propuštamo kroz magnetsko polje tako da je snop zračenja okomit na smjer polja:

• jedan dio će se otkloniti na jednu stranu,
• drugi dio će otkloniti na drugu stranu,
• dio zračenja proći će neotklonjen.

Ova zračenja nazvana su α-zrake, β-zrake i γ-zrake.

Što ste o gibanju električki nabijenih čestica učili u fizici 2?

Podsjetite se.

Pogledajte simulaciju.

Odgovorite na pitanja.

Pogledajmo simulaciju Radioaktivni raspad. U njoj ćemo promatrati α-zraku, β-zraku i γ-zraku koje ulaze u magnetsko polje pri čemu im je smjer brzine okomit na smjer silnica. Silnice magnetskog polja su okomite na površinu vašeg zaslona i orijentirane ˝u zaslon˝. Učili ste da, ukoliko čestica bez naboja ulazi u magnetsko polje gibajući se pravocrtno, ona nastavlja pravocrtno gibanje bez međudjelovanja s poljem. Međutim, ako u polje ulazi nabijena čestica, ona međudjeluje s poljem Lorentzovom silom. To je centripetalna sila pa čestica ne mijenja iznos brzine, ali mijenja smjer. 

Pogledajmo simulaciju Radioaktivni raspad 1.

U njoj ćemo promatrati α-zraku, β-zraku i γ-zraku.

One ulaze u magnetsko polje.

Pri tome im je smjer brzine okomit na smjer silnica.

Orijentacija silnica magnetskog polja je u ravnini vašeg zaslona.

Učili ste:

ukoliko čestica bez naboja ulazi u magnetsko polje gibajući se pravocrtno, ona nastavlja pravocrtno gibanje bez međudjelovanja s poljem.

Međutim, ako u polje ulazi nabijena čestica, ona međudjeluje s poljem Lorentzovom silom.

To je centripetalna sila.

Stoga, čestica ne mijenja iznos brzine.

Mijenja smjer.

Smjer djelovanja Lorentzove sile određuje se pomoću pravila desne ruke.

Ispruženi prsti desne ruke pokazuju smjer magnetskih silnica.

Palac pokazuje smjer brzine.

Smjer vektora sile kojom magnetsko polje djeluje na pozitivno nabijenu česticu okomito izlazi iz dlana.

(Slika: Pravilo desne ruke)

Primjeri međusobnih odnosa vektora magnetske indukcije, brzine i sile prikazani su na slici.

Sva tri vektora su međusobno okomita za slučaj pozitivnog (+) i negativnog (-) naboja.

(Slika: Smjer djelovanja Lorentzove sile)

Pogledajte simulaciju, a potom odgovorite na pitanja.

Pogledajte simulaciju.

Odgovorite na pitanja.

Što na osnovu toga možete zaključiti o zračenju opaženom u ovome pokusu?

Očito je da iz radioaktivnih tvari izlaze pozitivne i negativne čestice kao i zračenje bez električnog naboja.

Pri tome, α-čestice su pozitivne jezgre atoma helija, β-čestice su negativno nabijeni elektroni, a γ-zrake su elektromagnetski valovi kratkih valnih duljina i velike energije.

Pri prolazu kroz tvar α-čestice se brzo apsorbiraju. Doseg im je u zraku nekoliko centimetara, u tvari mnogo manji, a može ga zaustaviti i papir. β-čestice su prodornije od α-čestica. Doseg im ovisi o energiji, a u zraku iznosi nekoliko metara, u tvarima manji, tako da ga može zaustaviti aluminijski lim debljine nekoliko milimetara. γ-zrake su najprodornije zračenje, doseg u zraku mu može biti i do 100 m, ali većinu gama zračenja možemo zaustaviti olovnom preprekom debljine desetak centimetara. Valna duljina γ-zraka je manja od 0,1 nm.

Postoji više vrsta radioaktivnih promjena jezgre, a tri najčešće su α-raspad, β-raspad ili γ-raspad nazvane prema vrsti zraka koje napuštaju jezgru. U svim vrstama radioaktivnih raspada vrijede zakoni očuvanja, to jest ostaju očuvane veličine poput mase/energije, broja nukleona i električnog naboja.

Što na osnovu toga možete zaključiti o zračenju opaženom u ovome pokusu?

Očito je da iz radioaktivnih tvari izlaze:

• pozitivne (+) i negativne čestice (-),
• zračenje bez električnog naboja.

Pri tome:

• α-čestice su pozitivne jezgre atoma helija
• β-čestice su negativno nabijeni elektroni
• γ-zrake su elektromagnetski valovi kratkih valnih duljina i velike energije.

Pri prolazu kroz tvar α-čestice se brzo apsorbiraju.

Doseg im je:

• u zraku nekoliko centimetara
• u tvari mnogo manji.

Može ga zaustaviti i papir.

β-čestice su prodornije od α-čestica.

Doseg im ovisi o energiji.

U zraku iznosi nekoliko metara.

U tvarima je manji.

Može ga zaustaviti aluminijski lim debljine nekoliko milimetara.

γ-zrake su najprodornije zračenje.

Doseg u zraku mu može biti i do 100 m.

Većinu gama zračenja možemo zaustaviti olovnom preprekom debljine desetak centimetara.

Valna duljina γ zraka je manja od 0,1 nm.

Postoji više vrsta radioaktivnih promjena jezgre.

Tri najčešće su:

• α-raspad
• β-raspad
• γ-raspad

nazvane prema vrsti zraka koje napuštaju jezgru.

U svim vrstama radioaktivnih raspada vrijede zakoni očuvanja.

Ostaju očuvane veličine poput mase/energije, broja nukleona, električnog naboja i tako dalje.

Neke teže, nestabilne jezgre emitiraju α-česticu (jezgru atoma He) i pritom se pretvaraju u drugu jezgru. Emitira se α-čestica zbog njezine osobite stabilnosti.

Neke teže, nestabilne jezgre emitiraju α česticu (jezgru atoma He).

Pritom se pretvaraju u drugu jezgru.

Emitira se α čestica zbog njezine osobite stabilnosti.

Jezgra radija u $$\alpha$$-raspadu otpušta jezgru helija i nastaje jezgra radona.

Jezgra radija u $$\alpha$$-raspadu otpušta jezgru helija.

Nastaje jezgra radona.

Ovdje je jezgra radija jezgra roditelj, a novonastalu jezgru radona zovemo jezgra kći. Proces u kojem jezgra prelazi u jezgru drugog kemijskog elementa zovemo transmutacija.

Ovdje je jezgra radija jezgra roditelj.

Novonastalu jezgru radona zovemo jezgra-kći.

Proces u kojem jezgra prelazi u jezgru drugog kemijskog elementa zovemo transmutacija.

Općeniti zapis nuklearne reakcije radioaktivnog raspada nuklida $${^A_ZX}$$:

Općeniti zapis nuklearne reakcije radioaktivnog raspada nuklida $${^A_ZX}$$:

Maseni broj  smanji se za 4, a redni broj za 2, smanji se broj protona za 2, broj neutrona za 2, dakle broj nukleona za 4.

Maseni broj smanji se za 4.

Redni broj se smanji za 2.

Smanji se:

• broj protona za 2,
• broj neutrona za 2,
• broj nukleona za 4.

Ukupni maseni i redni brojevi lijeve i desne strane reakcija su jednaki jer je očuvan broj nukleona i ukupan električni naboj.

U $$\alpha$$-raspadu se osim $$\alpha$$-čestice oslobađa i dio energije jezgre roditelja.

Pogledajmo na primjeru kako možemo izračunati oslobođenu energiju pri $$\alpha$$-raspadu.

Ukupni maseni i redni brojevi lijeve i desne strane reakcija su jednaki jer je očuvan broj nukleona i ukupan električni naboj.

U $$\alpha$$-raspadu se osim $$\alpha$$-čestice oslobađa i dio energije jezgre roditelja.

Pogledajmo na primjeru kako možemo izračunati oslobođenu energiju pri $$\alpha$$-raspadu.

 Primjer: Koliko se energije oslobodi u procesu opisanom relacijom

 Primjer: Koliko se energije oslobodi u procesu opisanom relacijom

ako nam je poznato da atomska masa jezgre roditelja iznosi 238,0508 u, jezgre kćeri 234,0436 u, a $$\alpha$$-čestice 4,0026 u.

ako nam je poznato da atomska masa jezgre roditelja iznosi 238,0508 u, jezgre kćeri 234,0436 u, a $$\alpha$$-čestice 4,0026 u.

Iz podataka o atomskim masama jezgri u procesu možemo vidjeti kolika se masa pretvorila u energiju:

Δm = 238,0508u–(234,0436u+4,0026u) = 0,0046u

Iskoristit ćemo rezultat primjera iz prethodne jedinice da energijski ekvivalent mase 1 u iznosi 931,5 MeV.

 Uvrštavajući u formulu $$\Delta E=mc^2$$ koju smo učili u prošloj jedinici dobijemo rezultat ΔE=4,3 MeV.

Napomenimo da se dio ove energije pojavljuje kao kinetička energija novonastalih jezgri, a manji dio kao elektromagnetsko zračenje.

Poslužit ćemo se zakonom očuvanja mase/energije i rezultatom primjera iz prethodne jedinice da energijski ekvivalent mase 1 u iznosi 931,5 MeV.

Iz podataka o atomskim masama jezgri u procesu možemo vidjeti kolika se masa pretvorila u energiju.

$$\Delta m=238,0508u–(234,0436u+4,0026u)=0,0046u$$

Energijski ekvivalent mase 1u iznosi 931,5 MeV.

Slijedi da je oslobođena energija ΔE=4,3 MeV.

Napomenimo da se dio ove energije pojavljuje kao kinetička energija novonastalih jezgri.

Mali dio se pojavljuje kao elektromagnetsko zračenje.

Jedna od široko korištenih primjena $$\alpha$$-raspada je u detektorima dima.

Jedna od široko korištenih primjena $$\alpha$$ raspada je u detektorima dima.

Na slikama je prikaz načela rada detektora dima.

Na slikama je prikaz načela rada detektora dima.

Malena količina radioaktivnog materijala ( ²⁴¹Am) emitira  α-čestice u prostor između dviju paralelnih metalnih ploča. Unutar ionizacijske komore α-čestice se sudaraju s molekulama zraka. Tijekom sudara molekule zraka se ioniziraju. Ploče su spojene na istosmjerni izvor napona. Ploča spojena na pozitivni potencijal privlači negativne ione, a ploča spojena na negativni potencijal pozitivne ione. U strujnom krugu mjerimo određenu struju.

Malena količina radioaktivnog materijala ( ²⁴¹Am) emitira α čestice u prostor između dviju paralelnih metalnih ploča.

α čestice se sudaraju s molekulama zraka unutar ionizacijske komore.

Tijekom sudara molekule zraka se ioniziraju.

Ploče su spojene na istosmjerni izvor napona.

Ploča spojena na pozitivni potencijal privlači negativne ione.

Ploča spojena na negativni potencijal privlači pozitivne ione.

U strujnom krugu mjerimo određenu struju.

Prisutnost čestica dima između ploča smanjuje struju jer se ioni sudaraju s česticom dima te se dio njih neutralizira. Pad struje zbog čestica dima uzrokuje aktiviranje alarma.

Prisutnost čestica dima između ploča smanjuje struju.

To je zato što se ioni sudaraju s česticom dima.

Dio njih se neutralizira.

Pad struje zbog čestica dima uzrokuje aktiviranje alarma.

Spomenimo i da je primjerice nakon rušenja ˝Blizanaca˝ u New Yorku oslobođena velika količina ²⁴¹Am i zato je udisanje prašine na ruševinama bilo izuzetno opasno. Izvori u detektorima dima nisu opasni iako su pokraj nas, α-zrake ne prolaze kroz kožu; postaju opasni tek ako ih unesemo u organizam jer tamo na malim udaljenostima razaraju stanice.

Spomenimo i da je primjerice nakon rušenja ˝Blizanaca˝ u New Yorku oslobođena je velika količina ²⁴¹Am.

Zato je udisanje prašine na ruševinama bilo izuzetno opasno.

Izvori u detektorima dima nisu opasni ako su pokraj nas.

α-zrake ne prolaze kroz kožu.

Postaju opasni tek ako ih unesemo u organizam.

U organizmu na malim udaljenostima razaraju stanice.

Neke radioaktivne jezgre emitiraju elektrone i pritom se mijenja građa jezgre. Emisija elektrona iz jezgre naziva se $$\beta$$-raspad odnosno $$\beta$$^--raspad.

Neke radioaktivne jezgre emitiraju elektrone.

Pritom se mijenja građa jezgre.

Emisija elektrona iz jezgre naziva se b-raspad odnosno $$\beta$$^--raspad.

Istraživanja su pokazala da se pri $$\beta$$^--raspadu 1 neutron u jezgri pretvara u proton i elektron (zbog zakona očuvanja naboja) uz emisiju jednog antineutrina. Ovaj brzi (velike kinetičke energije) elektron koji napušta jezgru naziva se $$\beta$$-čestica ili $$\beta$$^--čestica.

Vidimo da se pri $$\beta$$-raspadu jezgra roditelj transmutira u jezgru kćer koja ima jednak broj nukleona, ali se mijenja protonski broj.

Općeniti zapis $$\beta$$^--raspada:

Istraživanja su pokazala da se pri $$\beta$$^--raspadu 1 neutron u jezgri pretvara u proton i elektron (zbog zakona očuvanja naboja) uz emisiju jednog antineutrina.

Ovaj brzi (velike kinetičke energije) elektron koji napušta jezgru naziva se $$\beta$$-čestica ili $$\beta$$^--čestica.

Vidimo da se pri beta raspadu jezgra roditelj transmutira u jezgru kći.

Ona ima jednak (=) broj nukleona.

Mijenja se protonski broj.

Općeniti zapis $$\beta$$^--raspada:

Redni broj povećava se za 1, a maseni broj jezgre se ne mijenja.

$${^{14}_{6}C}\longrightarrow {^{14}_{7}N}+{^{ 0}_{-1}e}$$

Redni broj povećava se za 1.

Maseni broj jezgre se ne mijenja.

Jezgra radioaktivnog izotopa  $${^{14}_6C}$$ ima 6 protona i 8 neutrona. Stabilni izotopi ugljika $${^{12}_6C}$$ i $${^{13}_6C}$$ imaju 6 protona i 6, odnosno 7 neutrona. U jezgri $${^{14}_6C}$$ jedan je neutron previše i jezgra je nestabilna. Kad se jedan od neutrona pretvori u proton, nastaje stabilna jezgra $${^{14}_7N}$$ gdje je broj protona jednak broju neutrona. Pritom su ukupni maseni i redni brojevi (masa i naboji) očuvani.

Pri određenim uvjetima proton se u jezgri može pretvoriti u neutron, ali je proton izvan jezgre stabilan. Slobodni neutron je nestabilan i raspada se na proton, elektron i antineutrino.

Zato u zraku imamo pozitivne ione vodika (protoni), a nemamo neutrone.

Neke nestabilne jezgre koje imaju manjak neutrona emitiraju pozitivne čestice jednake masi elektrona s nabojem +e, tzv. pozitrone. Emisiju pozitrona nazivamo $$\beta$$⁺-raspadom. Ovdje se jedan proton u jezgri pretvara u neutron, a iz jezgre izlijeće pozitron i jedan neutrino. Ovime se u jezgri poveća omjer N/Z i ona postaje stabilnija.

Jezgra radioaktivnog izotopa ima $${^{14}_6C}$$ 6 p i 8 n.

Stabilni izotopi ugljika $${^{12}_6C}$$ i $${^{13}_6C}$$ imaju 6 p i 6, odnosno 7 neutrona.

U jezgri $${^{14}_6C}$$ 1 n je previše i jezgra je nestabilna.

Kad se jedan od neutrona pretvori u proton, nastaje stabilna jezgra $${^{14}_7N}$$.

U jezgri je broj p jednak broju n.

Pritom su ukupni maseni i redni brojevi (masa i naboji) očuvani.

Pri određenim uvjetima proton se u jezgri može pretvoriti u neutron.

Proton izvan jezgre je stabilan.

Slobodni neutron se uvijek raspada.

Pretvara se u proton.

Neke nestabilne jezgre koje imaju manjak neutrona emitiraju pozitivne čestice jednake masi elektrona s nabojem +e, tzv. pozitrone.

Emisiju pozitrona nazivamo $$\beta$$⁺-raspadom.

Ovdje se jedan proton u jezgri pretvara u neutron.

Iz jezgre izlijeće pozitron i jedan neutrino.

Ovime se u jezgri poveća omjer N/Z.

Ona postaje stabilnija.

Beta-raspadi nastaju zbog djelovanja slabih nuklearnih sila dosega manjih od dimenzija jezgre.

U$$\beta$$-raspadu emitira se i neutrino.

To je neutralna čestica zanemarive mase.

Beta raspadi nastaju zbog djelovanja slabih nuklearnih sila dosega manjih od dimenzija jezgre.

Slično atomu, svaka atomska jezgra ima karakterističan energijski spektar. Energije pobuđenih stanja jezgri mnogo su veće nego pobuđena energijska stanja atoma. Razlike između energijskih razina jezgri su oko milijun puta veće nego kod atoma.

Jezgra nastala alfa- ili beta-raspadom najčešće je pobuđena i spontano prelazi u osnovno stanje. Pritom emitira kvante elektromagnetskog zračenja ($$\gamma$$- kvant ili$$\gamma$$ -foton).

Svaka atomska jezgra ima karakterističan energijski spektar.

Energije pobuđenih stanja jezgri mnogo su veće nego pobuđena energijska stanja atoma.

Razlike između energijskih razina jezgri su oko milijun puta veće nego kod atoma.

Jezgra nastala alfa ili beta raspadom najčešće je pobuđena i spontano prelazi u osnovno stanje.

Pritom emitira kvante elektromagnetskog zračenja ($$\gamma$$ kvant ili$$\gamma$$ foton).

U procesu emisije fotona smanjuje se energija jezgri, ali im se građa pritom ne mijenja.

Energija gama-zračenja je u području od 10 keV do 120 MeV.

Zbog vrlo velike energije fotoni gama zračenja vrlo su prodorni i oštećuju omotače atoma i molekula na koje nalijeću. Vrlo su razorni za tkiva živih bića.

Zapis gama-raspada:

U procesu emisije fotona smanjuje se energija jezgri.

Građa se pritom ne mijenja.

Zbog vrlo velike energije fotoni gama zračenja vrlo su prodorni.

Oštećuju omotače atoma i molekula na koje nalijeću.

Vrlo su razorni za tkiva živih bića.

Zapis gama raspada:

Oznaka (*):  X*jezgra se nalazi u pobuđenom stanju.

Oznaka (*):  X*jezgra se nalazi u pobuđenom stanju.

Radioaktivni raspad karakterizira nestabilne atomske jezgre, no važno je napomenuti da jezgra kćer nastala radioaktivnim raspadom nije nužno stabilna jezgra. Štoviše, u najvećem broju slučajeva nije, tako da se niz radioaktivnih procesa najčešće nastavlja, iako se to vrlo često događa kroz dugi vremenski period. O ovome ćemo više govoriti u sljedećim jedinicama. 

Opisali smo najčešće radioaktivne raspade, no postoje i druge radioaktivne promjene jezgre.

Neke od njih su: 

Elektronski uhvat - jezgra zahvati jedan elektron iz atomskog omotača, on međudjeluje s protonom i nastaje neutron te se naboj jezgre smanji za jedan. 

Unutarnja konverzija - atomska jezgra izravno predaje višak energije elektronu u unutarnjim slojevima atomskog omotača. Taj elektron napušta atom, na njegovo mjesto prelazi elektron iz udaljenijih orbitala i pri tome emitira rendgensko zračenje. Atomski i maseni broj se kao i kod γ-zračenja ne mijenja.

Protonska radioaktivnost - jezgra emitira proton te joj se atomski broj smanji za 1.

Neutronska radioaktivnost - jezgra emitira neutron te joj se broj neutrona smanji za 1.

Radioaktivni raspad karakterizira nestabilne atomske jezgre.

Važno je napomenuti da jezgra kći nastala radioaktivnim raspadom nije nužno stabilna jezgra.

Štoviše, u najvećem broju slučajeva nije, tako da se niz radioaktivnih procesa najčešće nastavlja, iako se to vrlo često događa kroz dugi vremenski period. O ovome ćemo više govoriti u sljedećim jedinicama.

Također, osim opisanih u ovoj jedinici, koje su najčešće, postoje i druge vrste radioaktivnosti kojima se ovdje nećemo detaljnije baviti.

Neke od njih su:

Elektronski uhvat - jezgra zahvati jedan elektron iz atomskog omotača i smanji svoj pozitivni naboj za jedan. Udaljeni elektroni popunjavaju ispražnjena mjesta i pritom se emitira rendgensko zračenje.

Unutarnja konverzija - atomska jezgra izravno predaje višak energije elektronu u unutarnjim slojevima atomskog omotača. Taj elektron napušta atom, a njegovo izbacivanje prati emisija rendgenskog zračenja. Atomski i maseni broj se kao i kod $$\gamma$$ zračenja ne mijenja.

Protonska radioaktivnost - jezgra emitira proton te joj se atomski broj smanji za 1.

Neutronska radioaktivnost - jezgra emitira neutron te joj se broj neutrona smanji za 1.

Scintigrafija je neinvazivna dijagnostička metoda kojom se snima raspodjela radioaktivnih tvari koje emitiraju gama-zračenje i koje se nakupljaju u pojedinim organima ili organskim sustavima tijela.

Na primjer, radioaktivni talij koristi se u posebnim testovima za dobivanje slike srčanog mišića. U kombinaciji s testom vježbanja, poput hodanja na traci za trčanje, scintigrafija pomaže u prepoznavanju područja srca koja ne dobivaju dovoljno krvi. Posebno je korisna u dijagnosticiranju prisutnosti blokada u koronarnoj arteriji koja opskrbljuje srčani mišić krvlju bogatom kisikom. Za vrijeme testa mala količina talija ubrizgava se u venu dok pacijent hoda po traci. Talij se veže za crvene krvne stanice i prenosi se cijelim tijelom. Tako talij ulazi u srčani mišić putem koronarnih arterija i skuplja se u stanicama srčanog mišića koje dolaze u kontakt s krvlju. Upotrijebljeni izotop talija emitira$$\gamma$$-zrake koje snima posebna kamera ($$\gamma$$ -kamera). Budući da talij dopire do onih područja srca koja imaju odgovarajuću opskrbu krvlju, manja količina se pojavljuje na mjestima u kojima je došlo do smanjenja protoka krvi zbog arterijskih blokada. Drugi niz slika se snima nekoliko sati kasnije, dok se pacijent odmara. Ove slike pomažu u razlikovanju područja srca koja privremeno ne primaju dovoljno krvi (protok krvi se vraća u normalu nakon vježbe) i regija koje su trajno oštećene zbog, primjerice, prethodnog srčanog udara (protok krvi se ne vraća u normalu).

Scintigrafija je neinvazivna dijagnostička metoda.

Njome se snima raspodjela radioaktivnih tvari koji emitiraju gama-zračenje i koji se nakupljaju u pojedinim organima ili organskim sustavima tijela.

Radioaktivni talij koristi se u posebnim testovima za dobivanje slike srčanog mišića.

U kombinaciji s testom vježbanja, poput hodanja na traci za trčanje, scintigrafija pomaže u prepoznavanju područja srca koja ne dobivaju dovoljno krvi. Posebno je korisna u dijagnosticiranju prisutnosti blokada u koronarnoj arteriji.

Koronarna arterija opskrbljuje srčani mišić krvlju bogatom kisikom.

Za vrijeme testa mala količina talija ubrizgava se u venu dok pacijent hoda po traci.

Talij se veže za crvene krvne stanice.

Prenosi se cijelim tijelom.

Tako talij ulazi u srčani mišić putem koronarnih arterija.

Skuplja se u stanicama srčanog mišića.

One dolaze u kontakt s krvlju.

Upotrijebljeni izotop talija emitira $$\gamma$$ zrake koje snima posebna kamera ($$\gamma$$ -kamera).

Talij dopire do onih područja srca koja imaju odgovarajuću opskrbu krvlju.

Manja količina se pojavljuje na mjestima u kojima je došlo do smanjenja protoka krvi zbog arterijskih blokada.

Drugi niz slika se snima nekoliko sati kasnije dok se pacijent odmara.

Ove slike pomažu u razlikovanju:

• područja srca koja privremeno ne primaju dovoljno krvi (protok krvi se vraća u normalu nakon vježbe)
• regije koje su trajno oštećene (prethodni srčani udar -protok krvi se ne vraća u normalu).

Osim toga, radioaktivni izotopi koriste se za zračenje određenih ciljeva u tijelu, na primjer, u liječenju tumora. Tada je potrebno primijeniti veliku dozu zračenja na maligni tumor kako bi ga ubio, primjenjujući samo malu (neškodljivu) dozu na zdravo okolno tkivo. U ovoj vrsti liječenja radioaktivni izotopi formiraju sitna zrna i implantiraju izravno u tumor. Energija i vrsta zračenja koje izotopi emitiraju mogu se iskoristiti za optimizaciju tretmana i minimiziranje štete na zdravom tkivu. Zrna koje sadrže radioaktivni iridij koriste se za liječenje mnogih vrsta tumora, a zrna koje sadrže jod i paladij koriste se za liječenje tumora prostate. Istraživanje je također pokazalo da ovakvi implantati mogu imati važnu ulogu u liječenju ateroskleroze u kojoj su krvne žile blokirane plakom, to jest naslagama masti, kolesterola i kalcija.

Radioaktivni izotopi koriste se za zračenje određenih ciljeva u tijelu.

Na primjer, u liječenju tumora.

Tada je potrebno primijeniti: 

• veliku dozu zračenja na maligni tumor kako bi ga ubio
• malu (neškodljivu) dozu na zdravo okolno tkivo.

U ovoj vrsti liječenja radioaktivni izotopi formiraju sitna zrna i implantiraju izravno u tumor.

Energija i vrsta zračenja koje izotopi emitiraju mogu se iskoristiti za optimizaciju tretmana i minimiziranje štete na zdravom tkivu.

Zrna koje sadrže radioaktivni iridij koriste se za liječenje mnogih vrsta tumora.

Zrna koje sadrže jod i paladij koriste se za liječenje tumora prostate.

Istraživanje je također pokazalo da ovakvi implantati mogu imati važnu ulogu u liječenju ateroskleroze.

Ateroskleroza je bolest u kojoj su krvne žile blokirane plakom.

Postoji više vrsta radioaktivnih promjena jezgre, a tri najčešće su α-raspad, β-raspad i γ-raspad, nazvane prema vrsti zraka koje napuštaju jezgru. U svim vrstama radioaktivnih raspada vrijede zakoni očuvanja, to jest ostaju očuvane veličine poput mase/energije, broja nukleona ili električnog naboja.

Alfa raspad

Općeniti zapis nuklearne reakcije radioaktivnog raspada nuklida $${^A_ZX}$$

$${^A_ZX}\longrightarrow {^{A-4}_{Z-2}Y}+{^4_2He}$$

Ukupni maseni i redni brojevi lijeve i desne strane reakcija jednaki su jer je očuvan broj nukleona i ukupan električni naboj.

U $$\alpha$$-raspadu se osim $$\alpha$$-čestice oslobađa i dio energije jezgre roditelja. Neke teže, nestabilne jezgre emitiraju α-česticu (jezgru atoma He) i pritom se pretvaraju u drugu jezgru. Emitira se α-čestica zbog njezine osobite stabilnosti.

Beta raspad

Neke radioaktivne jezgre emitiraju elektrone i pritom se mijenja građa jezgre. Emisija elektrona iz jezgre naziva se $$\beta$$^--raspad.

Općeniti zapis $$\beta$$^--raspada:

 $${^{A}_{Z}X}\longrightarrow {^{A}_{Z+1}Y}+{^0_{-1}e}+\bar{v}$$

U β^--raspadu emitira se i antineutrino, a u β⁺-raspadu neutrino, neutralne čestice zanemarive mase. Beta raspadi nastaju zbog djelovanja slabih nuklearnih sila dosega manjih od dimenzija jezgre.

Gama zračenje

Jezgra nastala alfa- ili beta- raspadom najčešće je pobuđena i spontano prelazi u osnovno stanje. Pritom emitira kvante elektromagnetskog zračenja ($$\gamma -$$kvant ili γ-foton).

U procesu emisije fotona smanjuje se energija jezgri, ali im se građa pritom ne mijenja.

Zapis gama raspada: $${^A_ZX}^*\longrightarrow {^A_{Z}X}+{^0_0\gamma}$$

Oznaka (*):  X*jezgra se nalazi u pobuđenom stanju.

Jezgra kći nastala radioaktivnim raspadom nije nužno stabilna jezgra.

Postoji više vrsta radioaktivnih promjena jezgre.

Tri najčešće su:

1. α-raspad,
2. β-raspad,
3. γ-raspad.

One su nazvane prema vrsti zraka koje napuštaju jezgru.

U svim vrstama radioaktivnih raspada vrijede zakoni očuvanja.

To jest ostaju očuvane veličine poput mase/energije, broja nukleona ili električnog naboja.

Alfa raspad

Općeniti zapis nuklearne reakcije radioaktivnog raspada nuklida $${^A_ZX}$$

$${^A_ZX}\longrightarrow {^{A-4}_{Z-2}Y}+{^4_2He}$$

Ukupni maseni i redni brojevi lijeve i desne strane reakcija su jednaki jer je očuvan broj nukleona i ukupan električni naboj.

U $$\alpha$$-raspadu se osim $$\alpha$$-čestice oslobađa i dio energije jezgre roditelja. 

Neke teže, nestabilne jezgre emitiraju α česticu (jezgru atoma He).

Pritom se pretvaraju u drugu jezgru.

Emitira se a čestica zbog njezine osobite stabilnosti.

Beta raspad

Neke radioaktivne jezgre emitiraju elektrone.

Pritom se mijenja građa jezgre.

Emisija elektrona iz jezgre naziva se b-raspad, odnosno $$\beta$$^--raspad.

Općeniti zapis $$\beta$$^--raspada:

$${^{A}_{Z}X}\longrightarrow {^{A}_{Z-1}Y}+{^0_{+1}e}+v$$

Pri određenim uvjetima proton se u jezgri može pretvoriti u neutron.

Proton je izvan jezgre stabilan.

Slobodni neutron se uvijek raspada.

Pretvara se u proton.

U $$\beta$$-raspadu emitira se i neutrino. 

To je neutralna čestica zanemarive mase.

Beta raspadi nastaju zbog djelovanja slabih nuklearnih sila dosega manjih od dimenzija jezgre.

Gama zračenje

Jezgra nastala alfa ili beta raspadom najčešće je pobuđena.

Spontano prelazi u osnovno stanje.

Pritom emitira kvante elektromagnetskog zračenja ($$\gamma$$ kvant ili γ foton).

U procesu emisije fotona smanjuje se energija jezgri.

Građa im se pritom ne mijenja.

Zapis gama raspada: $${^A_ZX}*\longrightarrow {^A_{Z}X}+{^0_0\gamma}$$

Oznaka (*): X*jezgra se nalazi u pobuđenom stanju.

Jezgra kći nastala radioaktivnim raspadom nije nužno stabilna jezgra.