11.4: Usi degli Isotopi Radioattivi

Gli isotopi radioattivi hanno una varietà di applicazioni. In generale, comunque, sono utili o perché possiamo rilevare la loro radioattività o possiamo usare l’energia che rilasciano.

Gli isotopi radioattivi sono efficaci traccianti perché la loro radioattività è facile da rilevare. Un tracciante è una sostanza che può essere usata per seguire il percorso di quella sostanza attraverso qualche struttura. Per esempio, le perdite nelle tubature sotterranee dell’acqua possono essere scoperte facendo scorrere dell’acqua contenente trizio attraverso le tubature e poi usando un contatore Geiger per localizzare qualsiasi trizio radioattivo successivamente presente nel terreno intorno alle tubature. (Ricordiamo che il trizio, 3H, è un isotopo radioattivo dell’idrogeno.)

I traccianti possono anche essere usati per seguire i passi di una reazione chimica complessa. Dopo aver incorporato atomi radioattivi nelle molecole reagenti, gli scienziati possono tracciare dove vanno gli atomi seguendo la loro radioattività. Un eccellente esempio di questo è l’uso del carbonio-14 radioattivo per determinare i passi coinvolti nella fotosintesi nelle piante. Conosciamo queste fasi perché i ricercatori hanno seguito il progresso del carbonio-14 radioattivo durante il processo.

Gli isotopi radioattivi sono utili per stabilire l’età di vari oggetti. L’emivita degli isotopi radioattivi non è influenzata da alcun fattore ambientale, quindi l’isotopo agisce come un orologio interno. Per esempio, se una roccia viene analizzata e si trova a contenere una certa quantità di uranio-235 e una certa quantità del suo isotopo figlio, possiamo concludere che una certa frazione dell’uranio-235 originale è decaduto radioattivamente. Se metà dell’uranio è decaduto, allora la roccia ha un’età di un’emivita dell’uranio-235, o circa 4,5 × 109 y. Molte analisi come questa, usando un’ampia varietà di isotopi, hanno indicato che l’età della Terra stessa è superiore a 4 × 109 y. In un altro interessante esempio di datazione radioattiva, la datazione 3H è stata usata per verificare le annate dichiarate di alcuni vecchi vini pregiati.

Il carbonio-14 (emivita di 5.370 anni) è particolarmente utile per determinare l’età di manufatti un tempo viventi (ad es, materia animale o vegetale). Una piccola quantità di carbonio-14 è prodotta naturalmente nella parte superiore dell’atmosfera, e gli esseri viventi ne incorporano una parte nei loro tessuti, accumulando un livello costante, anche se molto basso. Una volta che un essere vivente muore, però, non acquisisce più carbonio-14, e con il passare del tempo, il carbonio-14 che era nei tessuti decade. Se un manufatto, una volta vivente, viene scoperto e analizzato molti anni dopo la sua morte, con il carbonio-14 rimanente confrontato con il livello costante conosciuto, si può determinare un’età approssimativa del manufatto. Usando questi metodi, gli scienziati hanno determinato che l’età della Sindone di Torino (fatta di lino, che proviene dalla pianta del lino, e da alcuni ritenuta il telo funebre di Gesù Cristo; Figura \(\PageIndex{1})) è di circa 600-700 anni, non 2.000 anni come sostenuto da alcuni. Gli scienziati sono stati anche in grado di usare la datazione al radiocarbonio per dimostrare che l’età di un corpo mummificato trovato nel ghiaccio delle Alpi era di 5.300 anni.

Figura \(\PageIndex{1}): Sindone di Torino. Nel 1989, diversi gruppi di scienziati hanno usato la datazione al carbonio-14 per dimostrare che l’età della Sindone di Torino era di soli 600-700 anni. Molte persone si aggrappano ancora a una nozione diversa, nonostante l’evidenza scientifica.

La radiazione emessa da alcune sostanze radioattive può essere usata per uccidere i microrganismi su una varietà di prodotti alimentari, il che estende la durata di conservazione di questi prodotti. Prodotti come pomodori, funghi, germogli e bacche vengono irradiati con le emissioni di cobalto-60 o cesio-137. Questa esposizione uccide molti dei batteri che causano il deterioramento, quindi i prodotti rimangono freschi più a lungo. Anche le uova e alcune carni, come manzo, maiale e pollame, possono essere irradiate. Contrariamente alla credenza di alcune persone, l’irradiazione del cibo non rende il cibo stesso radioattivo.

Gli isotopi radioattivi hanno numerose applicazioni mediche – diagnosi e trattamento di malattie e disturbi. Un esempio di applicazione diagnostica è l’uso dello iodio radioattivo-131 per testare l’attività della tiroide (Figura \PageIndex{2}}). La ghiandola tiroidea nel collo è uno dei pochi posti nel corpo con una concentrazione significativa di iodio. Per valutare l’attività della tiroide, una dose misurata di iodio-131 viene somministrata a un paziente, e il giorno dopo viene utilizzato uno scanner per misurare la quantità di radioattività nella ghiandola tiroidea. La quantità di iodio radioattivo che vi si raccoglie è direttamente correlata all’attività della tiroide, permettendo ai medici esperti di diagnosticare sia l’ipertiroidismo che l’ipotiroidismo. Lo iodio-131 ha un’emivita di soli 8 d, quindi il potenziale di danno dovuto all’esposizione è minimo. Il tecnezio-99 può anche essere usato per testare la funzione tiroidea. Le ossa, il cuore, il cervello, il fegato, i polmoni e molti altri organi possono essere visualizzati in modo simile utilizzando l’isotopo radioattivo appropriato.

Figura \(\PageIndex{2}): Diagnostica medica. Lo iodio radioattivo può essere usato per ottenere immagini della ghiandola tiroidea a scopo diagnostico. Fonte: Scansione per gentile concessione di Myo Han, http://en.Wikipedia.org/wiki/File:Thyroid_scan.jpg.

Molto poco materiale radioattivo è necessario in queste tecniche diagnostiche perché la radiazione emessa è così facile da rilevare. Tuttavia, le applicazioni terapeutiche di solito richiedono dosi molto più grandi perché il loro scopo è quello di uccidere preferenzialmente i tessuti malati. Per esempio, se viene rilevato un tumore alla tiroide, un’infusione molto più grande (migliaia di rem, rispetto a una dose diagnostica di meno di 40 rem) di iodio-131 potrebbe aiutare a distruggere le cellule tumorali. Allo stesso modo, lo stronzio radioattivo è usato non solo per rilevare ma anche per alleviare il dolore dei tumori ossei. La tabella \(\PageIndex{1}) elenca diversi isotopi radioattivi e i loro usi medici.

In aggiunta all’applicazione diretta di isotopi radioattivi ai tessuti malati, le emissioni di raggi gamma di alcuni isotopi possono essere dirette verso il tessuto da distruggere. Il cobalto-60 è un isotopo utile per questo tipo di procedura.