11.4 : Utilisations des isotopes radioactifs

Les isotopes radioactifs ont une variété d’applications. Généralement, cependant, ils sont utiles soit parce que nous pouvons détecter leur radioactivité, soit parce que nous pouvons utiliser l’énergie qu’ils libèrent.

Les isotopes radioactifs sont des traceurs efficaces car leur radioactivité est facile à détecter. Un traceur est une substance qui peut être utilisée pour suivre le cheminement de cette substance dans une certaine structure. Par exemple, on peut découvrir des fuites dans des conduites d’eau souterraines en faisant couler de l’eau contenant du tritium dans les conduites, puis en utilisant un compteur Geiger pour localiser tout tritium radioactif présent par la suite dans le sol autour des conduites. (Rappelons que le tritium, 3H, est un isotope radioactif de l’hydrogène.)

Les traceurs peuvent également être utilisés pour suivre les étapes d’une réaction chimique complexe. Après avoir incorporé des atomes radioactifs dans des molécules réactives, les scientifiques peuvent suivre où vont les atomes en suivant leur radioactivité. Un excellent exemple est l’utilisation du carbone 14 radioactif pour déterminer les étapes de la photosynthèse chez les plantes. Nous connaissons ces étapes parce que les chercheurs ont suivi la progression du carbone-14 radioactif tout au long du processus.

Les isotopes radioactifs sont utiles pour établir l’âge de divers objets. La demi-vie des isotopes radioactifs n’est affectée par aucun facteur environnemental, l’isotope agit donc comme une horloge interne. Par exemple, si l’on analyse une roche et que l’on constate qu’elle contient une certaine quantité d’uranium 235 et une certaine quantité de son isotope fille, on peut en conclure qu’une certaine fraction de l’uranium 235 d’origine s’est désintégrée par radioactivité. Si la moitié de l’uranium s’est désintégrée, l’âge de la roche correspond à une demi-vie de l’uranium-235, soit environ 4,5 × 109 ans. De nombreuses analyses de ce type, utilisant une grande variété d’isotopes, ont indiqué que l’âge de la Terre elle-même est supérieur à 4 × 109 ans. Dans un autre exemple intéressant de datation radioactive, la datation au 3H a été utilisée pour vérifier les millésimes déclarés de certains vieux vins fins.

Le carbone-14 (sa demi-vie est de 5 370 y) est particulièrement utile pour déterminer l’âge d’artefacts autrefois vivants (par ex, matière animale ou végétale). Une infime quantité de carbone 14 est produite naturellement dans les couches supérieures de l’atmosphère, et les êtres vivants en incorporent une partie dans leurs tissus, s’accumulant jusqu’à un niveau constant, bien que très faible. Cependant, lorsqu’un être vivant meurt, il n’acquiert plus de carbone 14 et, avec le temps, le carbone 14 qui se trouvait dans les tissus se désintègre. Si un artefact autrefois vivant est découvert et analysé de nombreuses années après sa mort, et que le carbone 14 restant est comparé au niveau constant connu, il est possible de déterminer l’âge approximatif de l’artefact. Grâce à ces méthodes, les scientifiques ont pu déterminer que l’âge du suaire de Turin (fabriqué en lin, qui provient de la plante de lin, et que certains prétendent être le drap mortuaire de Jésus-Christ ; figure \(\PageIndex{1}\)) est d’environ 600-700 ans, et non de 2 000 ans comme le prétendent certains. Les scientifiques ont également pu utiliser la datation au radiocarbone pour montrer que l’âge d’un corps momifié trouvé dans la glace des Alpes était de 5 300 ans.

Figure \(\PageIndex{1}\) : Linceul de Turin. En 1989, plusieurs groupes de scientifiques ont utilisé la datation au carbone 14 pour démontrer que l’âge du Linceul de Turin n’était que de 600 à 700 ans. De nombreuses personnes s’accrochent encore à une notion différente, malgré les preuves scientifiques.

Le rayonnement émis par certaines substances radioactives peut être utilisé pour tuer les micro-organismes sur une variété de produits alimentaires, ce qui prolonge la durée de conservation de ces produits. Les produits tels que les tomates, les champignons, les germes et les baies sont irradiés par les émissions du cobalt-60 ou du césium-137. Cette exposition tue un grand nombre de bactéries responsables de la détérioration des produits, qui restent donc frais plus longtemps. Les œufs et certaines viandes, comme le bœuf, le porc et la volaille, peuvent également être irradiés. Contrairement à la croyance de certaines personnes, l’irradiation des aliments ne rend pas les aliments eux-mêmes radioactifs.

Les isotopes radioactifs ont de nombreuses applications médicales – diagnostic et traitement des maladies et des affections. Un exemple d’application diagnostique est l’utilisation d’iode-131 radioactif pour tester l’activité de la thyroïde (figure \(\PageIndex{2}\)). La glande thyroïde, située dans le cou, est l’un des rares endroits du corps où se trouve une concentration significative d’iode. Pour évaluer l’activité de la thyroïde, une dose mesurée d’iode 131 est administrée à un patient, et le lendemain, un scanner est utilisé pour mesurer la quantité de radioactivité dans la glande thyroïde. La quantité d’iode radioactif qui s’y accumule est directement liée à l’activité de la thyroïde, ce qui permet à des médecins qualifiés de diagnostiquer l’hyperthyroïdie et l’hypothyroïdie. L’iode 131 n’a qu’une demi-vie de 8 jours, de sorte que le risque de dommages dus à une exposition est minime. Le technétium 99 peut également être utilisé pour tester la fonction thyroïdienne. Les os, le cœur, le cerveau, le foie, les poumons et de nombreux autres organes peuvent être imagés de manière similaire en utilisant l’isotope radioactif approprié.

Figure \(\PageIndex{2}\) : Diagnostic médical. L’iode radioactif peut être utilisé pour imager la glande thyroïde à des fins de diagnostic. Source : Scan avec l’aimable autorisation de Myo Han, http://en.Wikipedia.org/wiki/File:Thyroid_scan.jpg.

Très peu de matériau radioactif est nécessaire dans ces techniques de diagnostic car le rayonnement émis est si facile à détecter. Cependant, les applications thérapeutiques nécessitent généralement des doses beaucoup plus importantes car leur but est de tuer préférentiellement les tissus malades. Par exemple, si une tumeur de la thyroïde est détectée, une perfusion beaucoup plus importante (des milliers de rem, par opposition à une dose diagnostique de moins de 40 rem) d’iode-131 pourrait aider à détruire les cellules tumorales. De même, le strontium radioactif est utilisé non seulement pour détecter mais aussi pour soulager la douleur des cancers des os. Le tableau \(\PageIndex{1}\) énumère plusieurs isotopes radioactifs et leurs utilisations médicales.

.

.

En plus de l’application directe des isotopes radioactifs aux tissus malades, les émissions de rayons gamma de certains isotopes peuvent être dirigées vers le tissu à détruire. Le cobalt 60 est un isotope utile pour ce type de procédure.

.