AstroNuklFyzika ® Jaderná fyzika - Astrofyzika - Kosmologie - Filosofie Fyzika a nukleární medicína

1. Jaderná a radiační fyzika
1.0. Fyzika - fundamentální přírodní věda
1.1. Atomy a atomová jádra
1.2. Radioaktivita
1.3. Jaderné reakce
1.4. Radionuklidy
1.5. Elementární částice
1.6. Ionizující záření


1.4. Radionuklidy 
V této kapitole si přiblížíme vznik a vlastnosti nejdůležitějších radionuklidů - důležitých buď z hlediska fyzikálního či obecně přírodovědeckého, nebo radionuklidů používaných v různých oblastech vědy a techniky včetně medicíny, v průmyslových aplikacích, radionuklidů vyskytujících se v životním prostředí a pod.
  Mendělejova periodická tabulka obsahuje 118 nyní známých prvků. Radionuklidů je však podstatně větší počet než stabilních nuklidů, celkem je jich známo přes 2000. V rámci jediného prvku je obvykle zastoupeno několik radioisotopů, někdy i deset a více.

Přírodní radionuklidy
Kromě stabilních chemických prvků se v přírodním prostředí vyskytují ve velmi nízkých koncentracích i radioaktivní prvky přírodního původu. Tyto přírodní radionuklidy můžeme rozdělit do tří kategorií podle svého původu a vzniku:

Když to shrneme, v naší pozemské přírodě se vyskytují především dlouhodobé radioisotopy s poločasem přeměny delším než cca 100 milionů let. Z krátkodobějších pak pouze ty, které jsou nepřetržitě vytvářeny přírodními procesy - kosmickým zářením nebo v rozpadových řetězcích dlouhodobých isotopů. Všechny ostatní krátkodobé radioisotopy, vznikající při hvězdné nukleogenezi (především v supernovách) ve velkém množství, se na Zemi nezachovaly - nazývají se někdy zaniklé, vymřelé, vyhynulé, zhasnuté, radionuklidy; pro jejich bývalou existenci svědčí pozorovaný nadbytek stabilních produktů jejich rozpadu (srov. níže "Radiometrické datování", pasáž "Datování pomocí rozpadlých radionuklidů"). Takovými důležitými zaniklými radioisotopy jsou jód 129I, hliník 26Al a železo 60Fe, jejichž radioaktivita se mohla uplatňovat při procesech formování protoplanetárního disku, planet a astroidů na počátku vývoje sluneční soustavy.

Radioaktivita v životním prostředí
Veškerá příroda (pozemská i vesmírná) obsahuje určité malé množství radioaktivity, především výše uvedených přírodních radioaktivních prvků. Sloučeniny primárních a sekundárních radionuklidů (radioaktivních rozpadových řad) se z hornin při jejich erozi dostávají do půdy, do vody a do vzduchu
(především přes plynný radon). Při spalování uhlí se do ovzduší dostávají některé přírodní radionuklidy (především radon 222Rn, polonium 210Po a olovo 210Pb), které se ve větších hloubkách hromadí v důsledku rozpadu primárních přírodních radionuklidů uranu a thoria. Při sopečné činnosti je ve vyvrhovaných oblacích sopečného kouře a prachu obsaženo značné množství radionuklidů radonu, polonia-210, olova-210 z velkých podzemních hloubek. Rovněž sloučeniny kosmogenních radionuklidů se z atmosféry dostávají do biosféry. Z půdy, vody a vzduchu se přírodní radionuklidy dostávají do rostlin a v potravním řetězci dále do živočichů i člověka.
  V našem životním prostředí jsme tudíž neustále vystaveni ionizující radiaci z kosmického záření a z přírodních radionuklidů ve vzduchu, v obklopujících předmětech, v půdě a horninách, stavebních materiálech i v našich tělech.


Obr.1.4.2. Scintilační spektrum záření gama hlíny
(vzorek 200g orné půdy ze střední Moravy). Jsou patrné slabé gama-píky ze sekundárních radionuklidů uranové a thoriové rozpadové řady (isotopy bismutu, thalia, olova) a poměrně výrazný pík 1460keV primárního radionuklidu draslíku 40-K.

V posledních desítiletích k tomu přistupuje radiační zátěž i z umělých zdrojů záření - rentgenek, urychlovačů, umělých radionuklidů. A to jak při cíleném použití v medicínské radiodiagnostice a radioterapii, tak příp. i z nechtěných radioaktivních kontaminací (radiační havárie, jaderné odpady) - §5.2, část "Zdroje ozáření ionizujícím zářením". Příznivé i nepříznivé biologické účinky toho přírodního a umělého záření jsou podrobně rozebírány v §5.2 "Biologické účinky ionizujícího záření".

Geologický význam přírodní radioaktivity
I když relativní obsah přírodních radionuklidů ve "stavebním" materiálu Země není vysoký, jejich úhrnné množství v zemském nitru a kůře je natolik velké, že jimi radioaktivně uvolňovaná energie může mít značný geotermální význam.
  
Podle současných geologických poznatků se naše planeta Země skládá z několika vrstev. Pevný povrch tvoří poměrně tenká vrstva zemské kůry, tzv. litosféra (řec. lithos=kámen), o síle cca 5-50 km (podle toho, zda se nacházíme v oblasti moře, pevniny, pohoří). Zemská kůra není celistvá, ale je "rozlámána" na jednotlivé litosférické desky, které se vůči sobě zvolna pohybují. Pod ní se rozprostírá zemský plášť (rozděluje se dále na svrchní a spodní plášť), který je do určité míry tvárný (plastický) a tvoří největší část objemu a hmotnosti zeměkoule. Sestává z částečně roztavených hornin o teplotě cca 600-1250°C. V plášti probíhá tepelná konvekce, kterou se teplo z vnitřní části Země přenáší k povrchu. Plasticita pláště, na němž "plavou" jednotlivé části (desky, "kry") zemské kůry a konvekce tepla je hybnou silou posunů kontinentů, deskové tektoniky a sopečné (vulkanické) činnosti *). V nitru Země se nachází zemské jádro (velikosti Měsíce), v němž teplota pravděpodobně přesahuje 4000°C; jeho vnější část je tekutá, vnitřní jádro v samotném středu Země je (podle nepřímých geologických měření) pevné. Pevné železité vnitřní jádro Země "plave" a rotuje v tekutém vnějším jádře, což generuje geomagnetické pole. Toto magnetické pole vytváří "štít" proti ionizační vesmírné radiaci a slunečnímu "větru". Bez něho by život na planetě nebyl možný.
*) Jsou to "běžné" vulkány nacházející se v místech, kde na sebe litosférické desky narážejí. Avšak pod tenkou slupkou zemské kůry, v zemském plášti, jako "časovaná bomba" tepelnou konvekcí stoupají mohutné proudy žhavých roztavených hornin. Pokud se protaví až na povrch, pod velkým tlakem vytrysknou jako ničivé supervulkány.
  Celkový tepelný tok z nitra Země se odhaduje na cca 45 Terawattů *). Tak mohutný tepelný tok je těžko vysvětlitelný pomocí tepla zbylého v nitru Země (vzhledem k dlouhé době cca 4,5 miliardy let od vzniku Země), nebo slapového gravitačního působení při rotaci Země, oběhu Měsíce kolem Země a Země kolem Slunce (§1.2, pasáž "Gravitační gradienty - slapové síly" v knize "Gravitace, černé díry..."). Na vývinu tepla v zemském nitru by se zhruba 60% mohl podílet radioaktivní rozpad přírodních radionuklidů. Po 8-10 TW by mohly dodávat rozpadové řady isotopů 232Th a 238+235U, radioaktivní draslík 40K by přispíval hodnotou 3-5 TW tepelného toku.
*) Průměrná hustota geotermálního toku tepla u povrchu Země činí asi 65-100 mW/m2, což je méně než desetitisícina intenzity dopadajícího slunečního záření.
  Vyskytla se i hypotéza, že v nitru Země by mohl pracovat přírodní štěpný jaderný reaktor podobný tomu, jehož pozůstatky se nalezly v dole v Oklo
(viz §1.3, část "Jaderné reaktory", pasáž "Přírodní jaderné reaktory?"). Před několika miliardami let, kdy byla koncentrace štěpného uranu 235U ještě dostatečně vysoká, je to docela pravděpodobné. Aby takový reaktor mohl fungovat i v současnosti, kdy podíl štěpného 235U značně poklesl, musela by koncentrace uranu v materiálu v nitru Země být podstatně vyšší, než v nám známých horninách zemské kůry; o tom nemáme žádné indicie.
  O struktuře nám nedostupných oblastí zemského nitra máme jen poměrně málo nepřímo získaných informací. Důležité údaje o rozložení radioaktivních prvků v nitru Země by bylo možno získat pomocí detekce neutrin, tzv. geoneutrin, vznikajících při
b-radioaktivním rozpadu přírodních radionuklidů, které z nitra Země volně procházejí mocnými vrstvami horniny až na povrch (viz §1.2, část "Neutrina - "duchové" mezi částicemi", pasáž "Neutrina z přírodní radioaktivity").

Radioisotopové (radiometrické) datování
Nezávislost rychlosti (poločasu) radioaktivního rozpadu na vnějších podmínkách *) umožňuje využít exponenciální rozpadový zákon radioaktivity jako jakési hodiny - přírodní "chronometr".
*) Situace, kdy průběh a rychlost radioaktivního rozpadu může poněkud záviset na vnějších radiačních či chemických faktorech, jsou diskutovány v §1.2, pasáž "Nezávislost radioaktivního rozpadu na vnějších podmínkách".
  Základní idea použití radioaktivního rozpadu k měření času je jednoduchá. Pokud známe počáteční počet N
0 (v čase t=0) radioaktivních jader mateřského nuklidu X se známým poločasem rozpadu T1/2 ve vzorku, pak změřením absolutní aktivity A(t) vzorku, nebo poměru koncentrace mateřských X a dceřinných Y isotopů, v nějakém pozdějším čase t můžeme z rozpadového zákona stanovit tento čas t, uplynulý od vzniku vzorku (t=0) do doby měření - tedy stáří vzorku. Z rozpadového zákona radioaktivity (odvozeného v §1.2, část"Obecné zákonitosti přeměny atomových jader") NX(t) = NX(0).e-l.t = NX(0).e-t.(ln2/T1/2) = NX(0).2-t /T1/2 ; NY(t) = NX(0).[1-e-l.t] = NX(0).[1-e-t.(ln2/T1/2)] = NX(0).[1-2-t /T1/2], pro hledané stáří t vyplývá vzorec:
         t = T
1/2 . ln2.[1 + NX(t)/NY(t)] ,
kde N
X(t) je nynější množství mateřského prvku X a NY(t) je nynější množství dceřinného prvku Y ve zkoumaném vzorku (počáteční množství NX(0) mateřského radionuklidu většinou neznáme, někdy se ho pokoušíme odhadnout, např. u 14C).
  Všechny materiály (na Zemi i ve vesmíru) obsahují určité malé množství přírodních radionuklidů s dlouhými poločasy rozpadu. Rychlosti jejich radioaktivní přeměny lze za určitých podmínek využít k určování stáří různých předmětů a vzorků materiálů. Tato metoda určování stáří vzorků se obecně nazývá radioaktivní, radioisotopové či radiometrické datování, nebo radioisotopová chronometrie; podle vyšetřovaných nuklidů pak např. radiokarbonové datování
(s použitím uhlíku-14, je popsáno níže), draslík-argonové či uran-olovnaté datování. Používá se v archeologii, paleontologii, geologii (geochronologie) i astronomii (stáří meteoritů a planet).
  Jsou dvě základní podmínky, které by měly být splněny pro přesné radioisotopové datování:
1. Jsou známé počáteční podmínky - koncentrace nebo poměry mateřského a dceřinného isotopu v době přírodního vzniku vyšetřovaného materiálu (v čase "0");
2. Vyšetřované materiály musí být od svého vzniku uzavřené či izolované systémy, takže žádné mateřské ani dceřinné isotopy z nich neunikly ani do nich nevstoupily.
Tyto podmínky nejsou nikdy 100-% splněny, takže "přímočaré" radiometrické datování není zcela přesné. Níže bude nastíněno, jakými metodami lze provést nezávislé kalibrace a zvýšit přesnost a spolehlivost radioisotopového datování
(je popsáno tzv. izochronní a korkondantní datování).
Radiouhlíková datovací metoda (zvaná též uhlíková chronometrie) 
používá radiouhlík
14C, který vzniká účinkem neutronů, vyrážených kosmickým zářením z jader atomů, na dusík ve vyšších vrstvých zemské atmosféry: no + 14N7 ® 14C6 + p+ (viz §1.6, část "Kosmické záření", obr.1.6.7). Takto vznikají asi 2 atomy 14C za sekundu na 1cm3 atmosféry. Uhlík 14C, jakožto dlouhodobý radionuklid (T1/2 = 5730roků, čistý b-, energie 158keV) neustále kontaminuje biosféru, v atmosféře oxiduje na 14CO2, vstupuje do biocyklu - do potravinového řetězce živých organismů na Zemi. Fotosyntézou se z atmosféry dostává do rostlin, odtud potravou do těl živočichů. Je proto obsažen ve všech živých organismech. Ustaví se koncentrace 1 atomu 14C na cca 8.1013 atomů běžného 12C; jeden gram přírodního uhlíku ve všech živých organismech obsahuje aktivitu asi 0,25 Bq 14C. Po odumření organismu se jeho metabolický styk s atmosférou a přísun 14C přeruší, takže koncentrace radiouhlíku se začne snižovat jeho radioaktivním b-rozpadem 14C ® 14N + e- + n´ s poločasem 5730 roků. Mění se tím i relativní zastoupení mezi uhlíkovými isotopy 14C, 13C a 12C.
Z poměru mezi relativním zastoupením radioaktivního istopu
14C a stabilními isotopy uhlíku ve zkoumaném historickém předmětu biologického původu (třebas dřevo, pozůstatky organismů a pod.) můžeme přibližně stanovit stáří tohoto předmětu - dobu, která uplynula od uhynutí organismů, z nichž daný předmět pocházel. Poprve tuto metodu použil W.F.Libby v r.1946.
  V nejjednodušším případě změříme specifickou aktivitu 14C ve zkoumaném historickém předmětu biologického původu a srovnáme to s rovnovážnou specifickou aktivitou radiouhlíku v atmosféře a v živých organismech. Citlivost měření aktivity 14C pomocí proporciálních nebo scintilačních detektorů s kapalnými scintilátory (viz §2.6, část "Kapalné scintilátory"), vzhledem k poločasu rozpadu 14C 5730 let, omezuje časový dosah této metody na cca 30 000 let. Podstatně nižší hodnoty zastoupení 14C/12C lze zjišťovat pomocí metody hmotnostní spektrometrie (viz §2.6, pasáž "Magnetické spektrometry"). Předpokladem správnosti radiouhlíkové chronometrie je, že poměr zastoupení 14C/12C byl v minulosti, během období z něhož pocházejí měřené vzorky, vždy stejný. Aby tento poměr zůstal konstantní, musí zůstat konstantní intenzita a složení kosmického záření a jeho působení na horní vrstvy atmosféry. Primární kosmické záření přicházející z mezihvězdného prostoru má pravděpodobně neměnnou intenzitu v období nejméně 105let. Složka přicházející ze Slunce je však časově proměnná v závislost na sluneční aktivitě (výskyt slunečních skvrn). Působení kosmického záření na horní vrstva atmosféry závisí na tom, jak silné je stínění magnetickým polem Země. Intenzita geomagnetického pole kolísá o cca 50% v časových obdobích cca 104let. Dalším problémem je antropogenní vliv (lidskou civilizační činností) na distribuci radionuklidů v atmosféře. Je to jednak spalování fosilních paliv ovlivňující obsah CO2 v atmosféře, jednak radiouhlík uvolněný do atmosféry jadernými zkouškami hlavně v 50.letech. Stanovování koncentrace radiouhlíku tak má i značný ekologický význam. Pro přesnou radiohlíkovou chronometrii jsou všechny tyto vlivy zkreslující, je třeba na ně vzít korekci, sestavit kalibrační křivku porovnáním s jinými nezávislými metodami (např. s dendrochronologií - datování pomocí letokruhů ve dřevě starých stromů).
Luminiscenční datování - optické a termoluminiscenční, 
je založeno na "ukládání" elektronů, uvolněných při dlouhodobém ozařování materiálů přírodní radiací, v metastabilních hladinách a jejich následné uvolnění zahříváním či světelným ozařováním vzorku (viz §2.2, pasáž "Termoluminiscenční a fotoluminiscenční dozimetrie", odstavec "Luminiscenční archeologické datování").
Dlouhodobé datování minerálů 
Radiouhlíková metoda není použitelná pro datování anorganických látek jako jsou horniny, a též pro velmi dlouhá časová období milonů či miliard let. Zde lze za určitých okolností využít rozpady dalších dlouhodobých přírodních radioaktivních izotopů, jako je rozpad draslíku 40K na argon, rozpad radioaktivního izotopu rubidia 87 na stroncium, nebo rozpad uranu a thoria na konečný prvek rozpadové řady - olovo. Radioaktivní datování pomocí stanovení relativního zastoupení dceřinných radiogenních produktů rozpadu vzhledem k mateřským nuklidům umožňuje v geologii určit absolutní stáří hornin *), trvání jednotlivých geologických epoch, stáří meteoritů, samotné Země, Měsíce i sluneční soustavy. Přesnost těchto metod je však, vedle technických obtíží stanovení nepatrných množství nuklidů, omezena různorodostí nalezených vzorků a jejich předchozích osudů.
*) Stáří hornin
Pod stářím nerostů se v mineralogii a geologii rozumí časový interval od doby vzniku minerálu tuhnutím a krystalizací z roztavené hmoty, do dnešní doby (doby měření). Předpokládá se, že při ztuhnutí dochází k uzavření ("zakonzervování") látkového složení minerálu, které se již pak nemění jinak, než příp. radioaktivní přeměnou.
Pozn: Vzhledem k nepatrným koncentracím zkoumaných radionuklidů a jejich dlouhým poločasům nelze použít jednoduchou metodu měření radioaktivity vzorků. Stanovení koncentrace analyzovaných nuklidů se provádí metodou hmotnostní spektrometrie (viz §2.6, pasáž "Magnetické spektrometry").
Draslík - argonová metoda určování stáří nerostů 
Datovací metoda K-Ar v jaderné geochronologii využívá rozpadu přírodního (primordiálního) radioaktivního draslíku 40K s poločasem 1,26 miliad roků na stabilní argon 40Ar. Přírodní draslík je tvořen třemi isotopy: 39K (93,258% - stabilní), 40K (0,0117% - radioaktivní) a 41K (6,73% - stabilní). Radioaktivní isotop 40K se s poločasem 1,28.109 let rozpadá dvěma způsoby: b- (89,1%) 40K ® 40Ca + e- + n na vápník ; b+ (10,9%) 40K ® 40Ar + e+ + n na argon. V nerostu obsahujícím draslík od okamžiku jeho vzniku v krystalické formě (a uzavření) ubývá radioaktivní isotop draslíku 40K a hromadí se stabilní isotop argonu 40Ar, vznikající přeměnou 40K. Změřením obsahu obou těchto isotopů ve vzorku lze stanovit stáří minerálu. Obsah 40K se stanoví změřením obsahu draslíku v nerostu a známého zastoupení isotopu 40K v draslíku. Pro stanovení obsahu 40Ar se vzorek zahřeje ve vakuu na teplotu cca 2000°C, čímž se plynný argon uvolní z krystalové mřížky a obsah 40Ar se stanoví hmotnostní spektrometrií.
  Doplňující a upřesňující metodou K-Ar datovací metody je metoda argon-argon (40Ar/39Ar) datování. Vzorek minerálu se nejprve ozařuje neutrony v jaderném reaktoru, čímž na jádrech stabilního isotopu draslíku 39K probíhá reakce 39K(n,p)39Ar. Pak se ozářený vzorek zahřeje ve vakuu, čímž se uvolní oba isotopy argonu a jejich obsah se stanoví hmotnostní spektrometrií. Stáří nerostu se stanoví z poměru obsahu obou isotopů argonu (neboť množství 39Ar vzniklého reakcí s neutrony je úměrné obsahu draslíku v nerostu).
Rubidium-stronciové datování 
je založeno na beta--radioaktivní přeměně přírodního primordiálního isotopu rubidia-87: 87Rb ® 87Sr + e- + n´ na stroncium-87 s poločasem 4,8.1010 roků. Pokud minerál obsahuje aspoň malé množství rubidia, tato velmi pomalá radioaktivní přeměna způsobuje, že od doby vzniku nerostu krystalizací z roztavené horniny se v něm obsah přírodního rubidia 87Rb zmenšuje a obsah radiogenního stroncia 87Sr se zvětšuje. Ze změřeného poměru zastoupení obou isotopů lze určit stáří minerálu. Komplikací však je, že minerály mohou obsahovat i určitá množství přírodního stroncia a tím i isotopu 87Sr neradiogenního původu *). Pro přesné určení stáří analyzovaného nerostu je proto potřeba zjištěný obsah 87Sr korigovat na obsah neradiogenního 87Sr. K tomu se využívá stanovení dalšího isotopu stroncia - 86Sr (opět pomocí hmotnostní spektrometrie). Na základě známého poměru 87Sr/86Sr neradiogenních isotopů v přírodním stronciu (v minerálech které neobsahují rubidium) lze pak od zjištěného obsahu 87Sr odečíst obsah neradiogenního 87Sr.
*) Jádra isotopu 87Sr neradiogenního původu vznikla spolu s jinými isotopy stroncia při nukleární syntéze prvků ve vesmíru (v supernovách), nikoli radioaktivními přeměnami 87Rb.
Datování hornin pomocí rozpadu uranu a thoria na olovo 
Tato metoda U-Pb, Th-Pb je založena na měření nynějšího množství mateřského prvku X (uranu 235U, 238U či thoria 232Th) a koncového dceřinného prvku Y příslušné rozpadové řady (olova 207Pb, 206Pb či 208Pb) - viz výše "Přírodní rozpadové řady", obr.1.4.1. Z rozpadového zákona příslušného mateřského prvku X s poločasem rozpadu T1/2 pak dostaneme pro výsledné stáří t vztah:
             t = T1/2 . ln2.[1 + NX(t)/NY(t)] ,
kde NX(t) je nynější množství mateřského prvku X a NY(t) je nynější množství dceřinného prvku Y (příslušného isotopu olova).
Vhodným minerálem sloužícím jako "nosič" uranu či thoria je křemičitan zirkonu ZrSiO4, který se běžně vyskytuje v horninách sopečného původu. Při tvorbě krystalu zirkonu se do jeho krystalové mřížky snadno dostává uran nebo thorium, avšak nikoli olovo. Při datování proto můžeme předpokládat, že veškeré olovo ve vzorku je radiogenního původu - vzniklo rozpadem uranu či thoria. .............
.....konkordantní datování - níže...........
Datování pomocí rozpadlých radionuklidů 
Výše uvedené metody radiometrického datování vyžadují, aby v měřeném vzorku zůstala určitá malá, ale měřitelná porce výchozího mateřského radionuklidu. To může být problém u nejstarších vzorků pocházejících např. z počátků formování naší sluneční soustavy. V takovém případě může paradoxně pomoci datování pomocí radioisotopů s kratším poločasem, které se již rozpadly ("vymřely") a ve vzorku nejsou přítomné. Ve vzorku jsou však přítomné produkty jejich rozpadu, stabilní dceřinné nuklidy. Měřením koncentrace těchto dceřinných produktů vymřelých radionuklidů hmotnostním spektrometrem lze pak určit relativní stáří analyzovaného vzorku. V koprodukci s isochronní technikou lze kalibrovat např. metodu U-Pb a zpřesnit stanovení absolutního stáří.
  Do této kategorie patří 129I-129Xe jód-xenonová chronometrie. Při výbuchu supernovy vzniká m.j. i velké množství radioaktivního jódu 129I. Radionuklid jód 129I se s poločasem 15,7 milionů let (který se z běžného pohledu jeví dlouhý, avšak z astronomického hlediska je docela krátký...) přeměňuje beta--radioaktivitou na stabilní isotop xenonu 129Xe. V xenonu izolovaném z kamenných meteoritů chondritů byl nalezem vyšší obsah isotopu xenonu 129Xe, než odpovídá jeho obvyklému zastoupení v přírodním xenonu. Přebytek 129Xe se v chondritech vytvořil radioaktivní přeměnou isotopu 129I (radiogenní 129Xe), který byl v materiálu chondritů uzavřen při vzniku pevné silikátové hmoty po ochlazení horké plynné mlhoviny z výbuchu supernovy. U protoplanetárního stádia naší sluneční soustavy k tomu docházelo v období mezi cca 4,8-4,5.109 let, před vznikem naší planetární soustavy.
  Při praktickém použití je jód-xenonová chronometrie poměrně složitá izochronní laboratorní metoda. Vzorky se ozařují neutrony v jaderném reaktoru, čímž se záchytem neutronu stabilní isotop jódu 127I přeměňuje na radioaktivní 128I a následnou beta-přeměnou na stabilní xenon 128Xe. Po ozáření se vzorek zahřívá a uvolňovaný xenon se analyzuje v hmotnostním spektrometru, porovnává se obsah 129- a 129-xenonu. ......
Určování doby vzniku meteoritů 
Meteority, zvláště některé kamenné typy zvané chondrity, patří mezi nejstarší tělesa v naší sluneční soustavě. Vznikaly již při chladnutí protoplanetárního disku, před vznikem planet (.....). ...odkaz.....
Isochronní metoda datování 
Jednoduché datovací metody mohou být nepříznivě ovlivněny neznalostí a variabilitou počátečních podmínek (různou koncentrací mateřských a dceřinných nuklidů) a možností migrace příslušných nuklidů mezi analyzovaným materiálem a okolním prostředím. Pro eliminaci těchto vlivů a zpřesnění dlouhodobého radioisotopového datování byla vypracována tzv. isochronní metoda. Tato složitější (ale velmi elegantní) metoda používá sběr minerálních vzorků ze dvou nebo lépe několika různých částí (složek) analyzované horniny a isotopovou analýzu provádí pomocí třech isotopů: nejen mateřského a dceřinného prvku, ale navíc se měří obsah dalšího isotopu dceřinného prvku.
  Máme tedy v analyzovaném materiálu výchozí mateřský radioaktivní nuklid X, který se s pločasem T1/2 rozpadá na stabilní dceřinný radiogenní nuklid Y´; příslušný dceřinný prvek má ještě další stabilní isotop Y (neradiogenního původu). Jelikož všechny isotopy dceřinného prvku Y mají shodné chemické vlastnosti, je poměr zastoupení těchto isotopů N/NY v celé analyzované hornině stejný. Naopak isotop X má jiné chemické vlastnosti a počáteční poměr NX/(N+NY) je v době vzniku horniny různý pro různé minerály. V důsledku rozpadu radioaktivního isotopu X budou po dostatečně dlouhé době relativní zastoupení NX/NY a N/NY v různých minerálech horniny různá.
  Množství nuklidu v analyzovaném materiálu se skládá z původního počátečního množství N(0) a z jader vzniklých radioaktivním rozpadem radionuklidu X. Z exponenciálního zákona rozpadu mateřského radionuklidu X plyne pro časový růst koncentrace dceřinného stabilního radoiogenního nuklidu vztah N(t) = N(0) + NX(t).[el.t -1]. Vydělením tohoto vztahu množstvím NY dalšího stabilního isotopu Y dostaneme rovnici pro poměry koncentrací nuklidů:
             [N/NY](t) = [N/NY](0) + [NX/NY](t).[el.t -1] .
Zvolíme-li si čast t jako parametr, je to v poměrech koncentrací nuklidů lineární rovnice y = a.x + b, jejímž grafem je přímka zvaná isochrona ( řec. isos=stejný, chronos=čas - isochrona je čára spojující na grafu místa se stejným časem výskytu zobrazovaného jevu). Sklon této přímky tga ş a = el.t -1 určuje čas t (stáří), průsečík (intercept) se svislou osou b = [N/NY](0) určuje jinak neznámý počáteční poměr nuklidů a Y.
  Změříme tedy současný obsah NX(t), N(t), NY(t) těchto tří isotopů v několika vzorcích a vyneseme do grafu poměr NX/NY na vodorovnou osu a poměr N/NY na svislou osu (obr.1.4.3 vlevo). Vzniklými body metodou nejmenších čtverců proložíme lineární regresní funkci - přímku představující isochronu. Jestliže je závislost N/NY lineárně rostoucí funkcí NX/NY (jednotlivé body dobře "sedí" na přímce), svědčí to pro dobrou korelaci mezi změřeným úbytkem radioisotopu X a změřeným přírustkem dceřinného isotopu Y´. Regresní přímka má tvar y = a.x + b, kde b představuje původní poměr prvků N(0)/NY(0).Výsledné stáří t se pak stanoví ze vztahu :
             t = (ln2/T1/2) . [N(t)/NY(t) - N(0)/NY(0)] / [NX(t)/NY(t)] ,
kde T1/2 je poločas rozpadu výchozího mateřského radionuklidu X. Počáteční poměr N(0)/NY(0) zjistíme z regresní přímky.

Obr.1.4.3. Isochronní a konkordantní analýza u dlouhodobého radiometrického datování.
Vlevo: Lineární regresní funkce - isochrona pro Rb/Sr datování - proložená body [NX/NY, N/NY] z několika vzorků téže horniny. Vpravo: Křivka concordia pro 235U + 238U datování, spolu s discordií (chybovou přímkou) proloženou změřenými hodnotami vzorků téže horniny.

  Velkou výhodou izochronní metody je její nezávislost na původním poměru isotopů dceřinného prvku: tento neznámý původní poměr získáme z regresní přímky. Původní poměr isotopů Y a mohl být v minulosti velmi různý a přesto nám vyjde stejné stáří. Pokud body v grafu isochrony neleží na přímce, svědčí to pro nějaké události, které v průběhu historie narušily uzavřený systém horniny. Výsledná hodnota stáří pak nebude přesná, přičemž z regresní analýzy můžeme stanovit střední kvadratickou chybu získané průměrné hodnoty.
  Nejčastěji používané trojice isotopů pro isochronní datovací metodu jsou uvedeny v tabulce (X- výchozí mateřský radoionuklid, - jeho stabilní dceřinný nuklid, Y- další stabilní isotop tohoto dceřinného prvku) :

X T1/2 [roky] Rozpad radionuklidu X® Y
87Rb 4,72.109 b- :   87Rb ® 87Sr + e- + n´   87Sr 86Sr
147Sm 1,06.1011 a :   147Sm ® 143Nd + a        143Nd 144Nd
176Lu 3,8.1010 b- :   176Lu ® 176Hf + e- + n´ 176Hf 177Hf
187Re 4,3.1010 b- :   187Re ® 187Os + e- + n´ 187Os 186Os
235U 7,04.108 a,b- : 235U ® 7 a + 4 b + 207Pb 207Pb 204Pb
238U 4,5.109 a,b- : 238U ® 8 a + 6 b + 206Pb 206Pb 204Pb

Jak bylo výše zmíněno, spolehlivost a přesnost dlouhodobých datovacích technik je, vedle technických obtíží, omezena různorodostí nalezených vzorků a zejména neznalostí jejich předchozích osudů během miliónů či dokonce milard let jejich historie. Při exaktním archeologickém, paleontologickém a geologickém datování se proto velký důraz klade na souhlasnost výsledků získaných různými nezávislými metodami - mluvíme o tzv. konkordantním datování (lat. concordantiae = shoda,souhlas,soulad).
Konkordantní radioisotopové datování 
U radioisotopového datování lze soulad (konkordanci) analyzovat použitím dvou různých radionuklidů, především uranu
235U a 238U. Využívá se zde toho, že v nitru vzorku pomyslně "tikají" dvoje radiaktivní hodiny: rychleji "tikající" uran-235 se přeměňuje s poločasem 700 miliónů let, pomalejší hodiny jsou založeny na uranu-238 s poločasem cca 4,5 miliard let. Porovnání výsledků z obou těchto chronometrů umožňuje zpřesnit stanovení stáří vzorku.
  Z rozpadových zákonů pro oba urany plynou dvě isochronní rovnice:
          [206Pb/204Pb](t) = [206Pb/204Pb](0) + [238U/204Pb](t).[el238U.t -1] ,
          [207Pb/204Pb](t) = [207Pb/204Pb](0) + [235U/204Pb](t).[el235U.t -1] .
Jestliže z několika naměřených vzorků téže horniny dostaneme pomocí těchto rovnic dvě stejné nezávislé hodnoty stáří t - došlo ke konkordanci (souladu), je to významná indicie správnosti datovací metody.
  Z těchto dvou izochronních rovnic dále můžeme vytvořit tzv. diagram konkordance (obr.1.4.3 vpravo). Na vodorovnou osu vyneseme (v lineárním měřítku) poměr 207Pb/235U a na svislou osu poměr 206Pb/238U *). Čas t použijeme jako parametr: pro různé hodnoty t graficky vyneseme body {[207Pb/235U](t); [206Pb/238U](t)}. Vznikne tím teoretická křivka zvaná concordia, jejíž každý bod udává konkordantní hodnotu stáří t a poměru koncentrací isotopů olova a uranu za předpokladu, že do vzorku nevstoupily ani z něho neunikly žádné nuklidy. Do tohoto grafu se pak vynášejí hodnoty konkrétních vzorků z analyzovaného minerálu. Dostáváme body, které obecně neleží na concordii, neboť předpoklad uzavřenosti nemusí být splněn. Jelikož všechny isotopy uranu a isotopy olova mají stejné chemické vlastnosti, jejich příp. únik z materiálu je stejný a měřené hodnoty poměru uranu a olova by měly ležet na přímce. Proložíme tedy měřenými body přímku - zvanou discordia (lat. nejednotnost, nesvár, nesoulad), jejíž průsečiky s konkordií představují počáteční čas t0 krystalizace materiálu ("maximální věk") a čas t´ ("minimální věk") odpovídající možné události metamorfózy během historie vzorku. Konkordantní diagram slouží jako vnitřní kontrola datovací metody, umožňující odhalit události, které narušily podmínky správného datování.
*) Jedná se zde o radiogenní olovo 207Pb a 206Pb: od celkového změřeného množství těchto isotopů je pomocí isochronní metody odečteno iniciání množství 207Pb(0) a 206Pb(0).

Výroba umělých radionuklidů
Pro potřeby současné vědy a techniky, průmyslu a zdravotnictví, zdaleka nevystačíme s těmi několika radionuklidy přírodního původu
(přírodní radionuklidy uran 235 a 238 jsou však základem štěpných jaderných reaktorů a na nich založené jaderné energetiky). Musíme tedy radionuklidy vyrábět uměle.


Obr.1.4.4. Ostřelováním terčíkového jádra A urychlenou elementární částicí vzniká jadernou reakcí výsledné jádro B.
Výsledné jádro B vzniká zpočátku obvykle v excitovaném stavu B' s následnou deexcitací emisí fotonů gama. Toto pro výrobu radionuklidů většinou není důležité, s výjimkou situací, kdy excitované jádro je metastabilní s dlouhým poločasem.

Abychom ze stabilního jádra vyrobili jádro radioaktivní, je nutno změnit počet protonů či neutronů tak, aby byla porušena rovnovážná konfigurace. Jak bylo rozebíráno v předchozím §1.3 "Jaderné reakce", dosáhneme toho podle obr.1.4.4 ostřelováním výchozího terčíkového jádra A vhodnými částicemi - protony či neutrony (popř. i alfa-částicemi, deuterony, ojediněle těžšími ionty), které vstupují do jádra a vyvolávají tam příslušné změny - jaderné reakce; vzniká výsledné jádro B (většinou v excitovaném stavu , po vyzáření záření gama pak v základním stavu), které je často radioaktivní.
Produkční rovnice a výtěžnost 
Ozařujeme-li tedy terčík obsahující N atomů výchozího ozařovaného prvku (jader
A) svazkem částic (protonů či jiných nabitých částic z cyklotronu, nebo neutronů z jaderného reaktoru) o intenzitě I [počet částic/cm2/sec.], budou se v terčíku postupně hromadit atomy výsledného radionuklidu (B). Za dobu ozařování t bude aktivita A(t) požadovaného radionuklidu v terčíku přibližně dána produkční rovnicí
                         A(t)   =   I . N .
s . (1 - e-l.t)   ,
kde
s [cm2] je účinný průřez dané jaderné reakce a l [s-1] je rozpadová konstanta vznikajícího radionuklidu (s poločasem rozpadu souvisí vztahem l = 0,693/T1/2). Množství vyrobené aktivity je tedy přímo úměrné intenzitě ozařujícího svazku, množství terčíkové látky a účinnému průřezu reakce *). Zpočátku je toto množství přibližně úměrné i ozařovací době t, avšak vlivem radioaktivního rozpadu vznikajícího radionuklidu, vyjádřeného saturačním faktorem (1 - e-lt), se přírustek počtu vznikajících jader postupně zpomaluje a po cca 5-6 poločasech výsledného radionuklidu B je již dosaženo stavu nasycení (cca 98%), rychlost produkce a rozpadu se vyrovnává, aktivita při dalším ozařování již neroste. Výsledná aktivita vyrobeného radionuklidu B je pak A = I.N.s.
*) Tyto zákonitosti platí za zjednodušených předpokladů homogenního a časově konstantního svazku záření a tenkého terčíku obsahujícího mnohonásobně větší počet výchozích atomů (
A) než je počet vznikajících jader (B).


Závislost účinného průřezu jaderných reakcí na energii ostřelujících neutronů (vlevo) a protonů (vpravo).

Účinný průřez jaderné reakce, a tím výtěžnost produkce, podstatně závisí na energii ozařujících částic. Tato závislost je obecně složitá a různorodá pro různé druhy produkčních reakcí.
  Při ozařování neutrony je zpravidla vyšší účinný průřez pro pomalé neutrony (i když některé reakce probíhají naopak s neutrony vyšších energií). S rostoucí energií účinnost monotónně klesá, neboť rychlejší neutrony setrvávají v poli jaderných sil kratší dobu a pravděpodobnost proběhnutí jaderné reakce se tím snižuje. V oblasti desítek a stovek eV energetická závislost jeví složitou strukturu rezonančních maxim a minim (způsobených diskrétními hladinami energií nukleonů v jádrech).
  Ozařování protony (jakož i deuterony či těžšími kladnými částicemi) vede k jaderným reakcím až při dosažení určité prahové energie, potřebné k překonání odpudivé elektrické (Coulombovské) bariéry kolem jádra *), za spolupůsobení tunelového jevu. Účinný průřez proto zpočátku výrazně roste s energií, dosahuje maxima a posléze monotónně klesá (neboť energetické protony rychle proletí oblastí jádra a za tento krátký čas je menší pravděpodobnost uskutečnění jaderné reakce). Pro nejjednodušší reakci (p,n) u středně těžkých jader je prahová energie protonů cca 5MeV a maximální výtěžnost kolem 10MeV. Pro složitější reakce, alfa-částice a těžší jádra, je křivka výtěžnosti posunuta k vyšším energiím, 20MeV a výše.
*) Pod touto energií může proton proniknout do jádra jen kvantovým tunelovým jevem (§1.1, pasáž "Kvantový tunelový jev"), s podstatně menší pravděpodobností.
  Tyto zákonitosti energetické závislosti platí nejen pro požadované produkční reakce, ale i pro příp. další paralelně probíhající "parazitní" reakce v terčíkovém materiálu, při nichž vznikají jiné radionuklidy než požadované - radionuklidové nečistoty. Je proto třeba nastavit určitou optimální energii, zaručující vysokou produkční výtěžnost s minimálním obsahem radionuklidových nečistot.


Obr.1.4.5. Výroba radioisotopů ozařováním terčíkových jader v jaderném reaktoru (vlevo), neutronovém generátoru (uprostřed) a v cyklotronu (vpravo).

Výroba radionuklidů v jaderném reaktoru
Nejsnadnější je ozařování jader neutrony - jelikož neutron nemá elektrický náboj, nepůsobí elektrické odpudivé síly a i pomalý neutron ochotně vstupuje do jádra. Nejobvyklejší reakcí je zde prostý neutronový záchyt (n,
g): NAZ + no ® N+1BZ + g *), mohou však nastávat i reakce typu (n,p), (n, a). Ozařováním neutrony obecně vznikají jádra s přebytkem neutronů, které obvykle vykazují radioaktivitu b-. Intenzívním zdrojem neutronů je jaderný reaktor (§1.3, část "Jaderné reaktory"), takže tyto b--radionuklidy se vyrábějí ozařováním vhodného terčíkového materiálu v ozařovací komůrce reaktoru - obr.1.4.5 vlevo. Některé reakce výroby radionuklidů ozařováním neutrony jsou např.: 6Li(n,a)3H, 14N(n,p)14C, 32S(n,p)32P, 98Mo(n,g)99Mo, ....
*) Pozn.: Záchytu neutronů za vzniku radioaktivních jader se vyžívá i ve velmi citlivé metodě analýzy chemického složení látek - neutronové aktivační analýze. Ozářením zkoumaného vzorku neutrony dochází ke vzniku radionuklidů (k "aktivaci"), načež spektrometrickou analýzou energií emitovaného záření (především g) aktivovaného vzorku lze stanovit příslušný radionuklid a zpětně i jemu odpovídající (neaktivní) výchozí nuklid, s použitím kalibrace též jeho obsah ve zkoumaném materiálu. Metoda je podrobněji popsána v kap.3 "Aplikace ionizujícího záření", §3.4, pasáž "Neutronová aktivační analýza".
  Další často používanou metodou výroby radionuklidů v jaderném reaktoru je ozařování uranu 235U neutrony, což vyvolá štěpení jader uranu na menší jádra, která jsou radioaktivní, např.:
235U + n ® 236U ®  131I + 102Y + 3n
                         
® 137Cs + 97Y + 2n
                         
® 133Xe + 101Sr + 2n
                         
® 99Mo + 135Sn + 2n
                         
® 155Sm + 78Zn + 3n
                    ......... a další radionuklidy.
Z těchto štěpných produktů se pak izolují potřebné radionuklidy (např.
131J, 99Mo, 133Xe a další) pomocí radiochemických metod. Jelikož těžká jádra uranu mají podstatně větší procentuální zastoupení neutronů než středně težká jádra vzniklá jejich rozštěpením, mají tyto radionuklidy přebytek neutronů a vykazují radioaktivitu b-.
  Nyní již méně časo používaným způsobem výroby radionuklidů je jejich chemická separace ze štěpných produktů uranu jako paliva v reaktoru. V jaderném reaktoru se jádra uranu 235U (popř. 238U) po vstupu neutronů rozštěpí na dvě jádra, chemicky spadající do prostřední části Mendělejevovy periodické tabulky, která jsou většinou radioaktivní. Nejčastějšími takto vzniklými jádry jsou např. 131I, 137Cs, 90Sr, .... Vyhořelé palivové články z reaktoru obsahují velké množství těchto radionuklidů (řádově TBq). Je však značně obtížné radiochemicky izolovat jednotlivé radionuklidy z této různorodé směsi tak, aby získaný radionuklid neobsahoval stopy ostatních radionuklidů - aby měl vyhovující radionuklidovou čistotu, nebyl kontaminován.
Urychlovačem řízený neutronový generátor 
Vedle jaderných reaktorů mohou být intenzívními zdroji neutronů i urychlovače. Protony urychlené na vysoké energie se nechají dopadat na (primární) terčík z těžkého kovu (olovo, bismut, wolfram), kde způsobují tříštivé reakce, při nichž z terčíkových jader vyrážejí řadu částic a fragmentů, především velké množství neutronů. Neutrony se zpomalují v moderátoru
(může to být voda, která zároveň chladí terčík) a dopadají na produkční terčíky, umístěné kolem místa vzniku neutronů, v nichž jadernými reakcemi jsou produkovány požadované radioisotopy - obr.1.4.5 uprostřed.
  Tato metoda je zatím spíše experimentální, ale jeví se velmi perspektivní. Kromě výroby radionuklidů umožňuje i likvidaci a přepracování radioaktivních odpadů s dlouhodobými radioisotopy a získávání jaderné energie z thoria - je podrobněji diskutováno v §1.3, část "Jaderné reaktory", pasáž "Urychlovačem řízené transmutační technologie ADTT".

Výroba radionuklidů v urychlovači
Pro výrobu pozitronových
b+-radionuklidů je naopak potřeba do jádra dodat protony. K tomu, aby proton p+ vstoupil do jádra, musí být urychlen na vysokou energii řádově stovky keV až několika MeV, aby svou kinetickou energií překonal odpudivou elektrickou Coulombovskou sílu kladně nabitého jádra. Nejčastějšími urychlovači protonů jsou cyklotrony (§1.5, pasáž "Cyklotron"), které elektromagnetickými silami urychlují protony během mnoha oběhů po kruhové dráze (udržované magnetickým polem) na vysoké energie. Protonový svazek je pak magnetickým polem vyveden z kruhové dráhy a dopadá na vhodný terčíkový materiál - obr.1.4.5 vpravo. Podle energie protonů může probíhat řada reakcí. Nejjednodušší z nich je radiační záchyt protonu (p, g): NAZ + p+ ® N+1BZ+1 + g, nastávají však i reakce typu (p, p), (p, n), (p, d), (p, a), zvláště při vyšších energiích a u těžších jader.
  Za účelem jaderné reakce a transmutace lze jádra ozařovat kromě protonů i jinými rychlými nabitými částicemi: deuterony d - dochází především k reakcím (d, n), (d, p),
a-částicemi - nastávají reakce (a, p), (a, n) *), popř. i těžšími jádry či ionty.
  Jádra s přebytkem protonů jsou většinou
b+-radioaktivní nebo se rozpadají elektronovým záchytem; podle způsobu své výroby se někdy označují jako cyklotronové radionuklidy. Některé reakce výroby radionuklidů ozařováním protony jsou např.: 18O(p,n)18F, 13C(p,n)13N, 11B(p,n)11C, .....; deuterony např. 10B(d,n)11C, 56Fe(d,n)57Co,......., .
*) Pozn: Jaderných reakcí (a,n) se využívá též jako zdroje neutronů. Pro tento účel nepotřebujeme mít jádra hélia urychlené uměle, ale vystačíme s vhodnými a-radionuklidy, které homogenně smísíme s vhodným terčíkovým materiálem - některými lehkými prvky, které dávají velký výtěžek neutronů v reakci (a,n). Nejvhodnější je berylium v reakci 9Be(a,n)12C, které smícháme s vhodným a-zářičem - používá se např. 210Po, 226Ra, 239Pu, 241Am. Tyto směsi se hermeticky uzavírají či zatavují do kovových nebo skleněných nádobek a slouží jako přenosné laboratorní zdroje neutronů, tzv. neutronové generátory, používané např. při neutronové aktivační analýze (§3.4 "Neutronová aktivační analýza").

Úprava ozařovaného materiálu v terčíku. Radionuklidová čistota.
Základem pro výrobu požadovaného radionuklidu je:
¨  Volba vhodné produkční jaderné reakce
- výchozího nuklidu a druhu ostřelujících částic a jejich energie, což implikuje i požadované ozařovací zařízení (jaderný reaktor, neutronový generátor, cyklotron) a jeho vlastnosti.
¨  Příprava vhodného terčíku
ozařovaného nuklidu, jeho chemické formy a provedení. Ozařovat můžeme buď přímo výchozí prvek v elementární formě, nebo jeho vhodnou sloučeninu. Často je potřebné izotopové obohacení ozařovaných materiálů v terčíku - zvyšuje to výtěžnost reakce a usnadňuje následnou radiochemickou separaci. Isotopové obohacování terčíkových materiálů je technologicky velmi náročné a drahé. Po ozařování a separaci vzniklého radionuklidu se proto zbylý obohacený materiál recykluje k opakovanému ozařování.
  Materiál k ozařovaní v terčíku se používá ve všech třech běžných skupenstvích:
l  Terčík v pevném skupenství je tvořen krystalickou formou (nebo práškovým amorfním materiálem) výchozího terčíkového prvku či jeho sloučeniny. Často je to kovová forma daného těžšího prvku, či jeho slitiny. Po ozážení se terčíkový materiál použije buď přmo (zapouzdří se a vznikne uzavřený zářič), nebo se rozpustí ve vhodné kyselině či hydroxidu a provádí se radiochemická separace a příprava požadované chemické formy daného radioisotopu (příp. radioisotopvé označení radiofarmaka pro nukleární medicínu ).
l  Kapalný terčík je tvořen ampulkou s výchozím prvkem či jeho sloučeninou která je za normální teploty kapalná, nebo je rozpuštěna ve vhodném rozpouštědle - nejčastěji je to vodní roztok. Po ozáření se v kapalném preparátu provede radiochemická separace a uvedení vzniklého radioisotopu do potřebné chemické formy či radiofarmaka.
l  Plynný terčík je tvořen stlačeným plynem uzavřeným ve vhodné ampulce či komůrce (nejčastěji jsou to inertní plyny xenon, argon, krypton, ...). Po skončení ozařování se vzniklý radioisotop (obsažený v objenu komůrky nebo nasorbovaný na stěnách) vymyje vodou nebo zředěnou kyselinou; další radiochemické úpravy jsou analogické jako u výše uvedených terčíků. V případě isotopově obohaceného plynu se provede jeho recyklace pro opakované použití.
  Po ozáření je v terčíkovém materiálu obsažen nejen požadovaný radionuklid (aspoň nikdy ne ve 100% koncentraci), ale i řada dalších atomů a příp. dalších radionuklidů vzniklých jinými (paralelními "parazitními") reakcemi. Zpravidla je proto ozářený materiál nutné podrobit náročné proceduře radiochemické separace požadovaných radionuklidů.
Radionuklidová čistota, 
udávající procentuální poměr aktivity požadovaného radionuklidu k celkové aktivitě preparátu, je důležitým parametrem kvality vyrobeného radionuklidu. Pro technologické a medicínské aplikace se zpravidla požaduje vysoká radionuklidová čistota, lepší než 99,9% - neboli obsah radionuklidových nečistot menší než 0,1%. Radioinuklidové nečistoty mohou působit rušivě při analytických či zobrazovacích měřeních, příp. způsobovat zvýšenou radiační zátěž pacienta
(je diskutováno též §4.8, část "Radionuklidy a radiofarmaka pro scintigrafii", pasáž "Radionuklidová čistota radiofarmak").

Sekundární radionuklidy z rozpadových produktů. Radionuklidové generátory.
Některé radionuklidy se přeměňují na dceřinná jádra, která nejsou stabilní, ale jsou opět radioaktivní - jedná se o sekundární radioisotopy. Získávání těchto sekundárních radionuklidů z rozpadových produktů jiných radionuklidů může být efektivním způsobem jejich "výroby".
  Obzvláštní důležitost má tato metoda u krátkodobých radionuklidů, které vznikají jako dceřinná jádra radionuklidů s podstatně delším poločasem rozpadu. Příslušný mateřský radioisotop, připravený ozářením na urychlovači nebo reaktoru, může být bez obtíží dopraven do vzdálené laboratoře, kde z něj lze průběžně či opakovaně separovat dceřinný krátkodobý radionuklid, který je tak k dispozici po značně delší dobu (danou poločasem rozpadu mateřského radionuklidu). Zařízení, které umožňuje opakovaně separovat krátkodobý radionuklid vznikající rozpadem jiného dlouhodobějšího radionuklidu, se nazývá radionuklidový generátor. Rozdílné fyzikálně-chemické vlastnosti umožňují od sebe v generátoru oddělit mateřský a dceřinný prvek. Generátor je systém obsahující pevně vázaný mateřský radionuklid, z něhož vznikající dceřinný radionuklid lze oddělit (odseparovat) buď chemicky (v kapalné fázi), příp. hydrodynamicky (eluce), či profukováním vzduchem. Výhodou radionuklidových generátorů je možnost používat příslušné krátkodobé radionuklidy i na pracovištích vzdálených od jaderného reaktoru nebo cyklotronu. Kinetika radionuklidových generátorů z hlediska rozpadové rovnováhy mateřského a dceřinného radionuklidu je analyzována v §1.2, pasáž "
Směsi radionuklidů, rozpadové řady, radioaktivní rovnovaha".
  Typickým příkladem radionuklidového generátoru je molybden-techneciový generátor
99Mo/99mTc (podrobněji popsaný v §1.2, část "Záření gama", pasáž "Radionuklidové generátory", viz též níže "Molybden-Technecium"), kde beta-rozpadem molybdenu 99Mo (T1/2=66hod.) vzniká metastabilní technecium 99mTc (T1/2=6hodin), které je čistým zářičem gama (Eg=140keV) a má široké uplatnění ve scintigrafii v nukleární medicíně - viz kapitola 4 "Radionuklidová scintigrafie", §4.8 "Radionuklidy a radiofarmaka pro scintigrafii", kde je na obr.4.8.1 nakreslen princip činnosti a technické provedení 99Mo-99mTc generátoru. Rubidium-kryptonový generátor, používaný při ventiční scintigrafii plic, je popsán níže v pasáži "Rubidium-Krypton". V oblasti PET scintigrafie nachází stále významnější uplatnění germanium-galiový generátor 68Ge/68Ga (viz níže galium Ga-68).
  Uvedeme v tabulce několik častěji používaných radionuklidových generátorů:

Mateřský radionuklid (T1/2) Typ rozpadu Dceřinný radionuklid (T1/2) Typ rozpadu Výsledný nuklid
68Ge (275 d) EC ® 68Ga (1,14 hod) b+,EC,g ® 68Zn
81Rb (4,7 hod) b+,EC ® 81mKr (13 sec) g ® 81Kr
82Sr (25 dní) EC ® 82Rb (75 sec) b+,EC,g ® 82Kr
90Sr (28 roků) b- ® 90Y (2,6 dne) b- ® 90Zr
99Mo (2,78 dne) b- ® 99mTc (6 hod) g ® 99Tc
113Sn (115 dní) EC ® 113mIn (1,66 hod) g ® 113In
188W (69,4 dní) b- ® 188Re (16,98 hod) b- ® 188Os
227Ac (21,77 roků) a,b-řada ® 227Th (18,7 dne),
223
Ra (11,4 dne)
a,b- řada® 207Pb
         
         

"In vivo generátory" v nukleární medicíně
V nukleární medicíně se vhodné sloučeniny radionuklidů - radiofarmaka - aplikují do vnitřního prostředí organismu, kde vstupují do metabolických procesů a podle své biochemické farmakokinetiky se mohou akumulovat v určitých cílových tkáních a orgánech. Jestliže je toto radiofarmakum značeno radionuklidem, který se přeměňuje nikoli na stabilní, ale na další radioaktivní isotop s kratším poločasem, pak po jeho vychytání se v cílové tkáni in vivo generuje a hromadí další krátkodobější radionuklid, který spolupůsobí s primárním mateřským radionuklidem. Pokud tento in vivo generovaný dceřinný radionuklid emituje g-fotony nebo pozitrony, může být použit pro scintigrafické zobrazování (planární, SPECT, PET - kapitola 4 "Radioisotopová scintigrafie"); pokud emituje částice alfa či beta- (příp. Augerovy elektrony), může sloužit (či přispívat) k radionuklidové terapii - §3.6 "Radioisotopová terapie". Tato situace, kdy do organismu aplikovaný dlohodobější radionuklid svou radioaktivni přeměnou vytváří v cílové tkáni dceřinný krátkodobější radionuklid, se někdy nazývá in vivo radionuklidový generátor - v kontextu s výše uvedenými laboratorními radionuklidovými generátory. Určitým problémem u in vivo generátorů je uvolňování dceřinných atomů z molekul radiofarmaka, vedoucí ke zhoršené stabilitě. Vedle chemických dějů se na tom podílí i zpětný odraz jader při radioaktivní emisi kvant gama či beta (§1.2, pasáž "Doprovodné jevy při radioaktivitě", odstavec "Zpětný odraz jader"). Vyvíjejí se radiochemické metody značení s lepší stabilitou, aby se dceřinné radionuklidy udržely v molekulách radiofarmaka.
  Typickým příkladem používaného in vivo generátoru je radium 223Ra , které se aplikuje jako radiofarmakum ve formě chloridu. Vychytává se v kostních metastázách, v nichž se pak 223-radium "in vivo" rozpadá s poločasem 11,4 dne celou kaskádou alfa-přeměn (v kombinaci s nevýznamnou alfa-beta větví) na další krátkodobé radionuklidy: 223Ra(11,4d.; a) ® 219Rn(4s.; a) ® 215Po(1,8ms.; a) ® 211Pb(36,1min.; b-) ® 211Bi(2,2min.; a) ® 207Tl(4,8min.; b-) ® 207Pb(stab.) - podrobnosti viz níže radium 223Ra. Při jedné úplné radioaktivní přeměně jádra 223Ra v celé rozpadové řadě až na stabilní 207Pb se uvolní celková jaderná energie téměř 30 MeV, především čtyřmi alfa-částicemi, s vysokým radiobiologickým účinkem; vznikají též fotony gama, které mohou být využity ke gamagrafickému monitorování distribuce radiofarmaka.
  Ještě perspektivnějším radionuklidem typu "in vivo generátor" je thorium 227Th, které (na rozdíl od radia) umožňuje, s pomocí makrocyklického ligandu typu DOTA, chelatační navázání 227Th k monoklonálním protilátkám za vzniku radioimunokonjugátů, které se cíleně vychytávají v nádorových buňkách. Vysokoenergetické a-částice, emitované při radioaktivních přeměnách, pak mohou účinně ničit tyto nádorové buňky - podrobnosti viz níže thorium 227Th.
  Dalším radionuklidem, který by v cílené alfa-terapii mohl fungovat jako in vivo generátor, je aktinum 225Ac, které se s poločasem 10 dní rozpadá kaskádou 4 alfa přeměn (v kombinaci s nevýznamnou alfa-beta větví) na další krátkodobé radionuklidy: 225Ac(10d.; a) ® 221Fr(4,8m.; a) ® 217At(32ms.; a) ® 213Bi(46m.; b-) ® 213Po(4ms.; a) ® 209Pb(3,3h.; b-) ® 209Bi(stab.) , uvolňuje se energie asi 27 MeV. I zde vzniká doprovodné záření gama, které může být použito pro scintigrafické zobrazení. Radiofarmaka (včetně monoklonálních protilátek, např. 225Ac-Trastuzumab) značená 225Ac se zkoušejí pro terapii lukemie, lymfomů, neuroendokrinních nádorů, gliomů, melanomů, ... Tento "in vivo generátorový" způsob terapie se ukazuje podstatně efektivnější, než dříve zkoušená aplikace samotného 213Bi (jehož nevýhodou je i krátký poločas rozpadu 46 min.).

Chemické sloučeniny radionuklidů. Radioisotopové značení. Radioaktivní preparáty.
Radioaktivní jádra - radionuklidy - jsou za normálních okolností součástí atomů
(které mají stejné chemické vlastnosti jako neradioaktivní atomy), tvořících radioaktivní látku. Jen vyjímečně to bývá čistý radioaktivní prvek, většinou se jedná a radioaktivní sloučeniny vlastních atomů radioisotopů s jinými neradioaktivními atomy, často i ve směsi s jinými látkami. Radioaktivní látka cíleně připravená pro laboratorní, technické či medicínské použití, se často nazývá radioaktivní preparát.
  Přírodní radionuklidy (popsané výše v části "Přírodní radionuklidy") jsou v přírodním prostředí rozptýleny s velmi nízkou koncentrací. Těžké prvky uran-238,235 a thorium-232 jsou obsaženy v zemské kůře v minerálech ve formě oxidů, křemičitanů, příp. fosforečnanů. Draslík K-40 se spolu s normálním neradioaktivním draslíkem hojně vyskytuje nejčasteji ve formě chloridu, dusičnanu, síranu. Tritium H-3 je ve formě "těžké" vody 3H2O, uhlík C-14 je v atmosféře ve formě oxidu uhličitého 14CO2. V rostlinách se radiouhlík a tritium zabudovává do prakticky všech biomolekul v buňkách, posléze i v buňkách živočichů a člověka.
  Chemickými reakcemi s účastí radioaktivních atomů se zabývá speciální obor radiochemie. Cílené chemické navázání atomů určitého radionuklidu do molekul dané látky se nazývá radioisotopové značení. Takto značená látka - preparát - se pak používá většinou jako radioindikátor pro různé analytické a diagnostické postupy (§3.5 "Radioisotopové stopovací metody" a §4.8 "Radionuklidy a radiofarmaka pro scintigrafii"), nebo jako radioterapeutikum v biologicky cílené radioisotopové terapii (§3.6, část "Radioisotopová terapie").
  Chemické reakce značení požadovaným radionuklidem zpravidla neprobíhají se stoprocentním výtěžkem. Proto se ve výsledných přípravcích kromě vlastní požadované radioaktivní látky vždy vyskytuje i malé množství nenavázané aktivity a příp. jiných radioaktivních látek, které mají odlišné radiochemické vlastnosti a mohou působit rušivě, zhoršují specificitu vazby značené látky v laboratorních, diagnostických či terapeutických aplikacích. Vedle výše diskutované radionuklidové čistoty je proto důležitým parametrem kvality radiochemická čistota preparátů. Je to podíl deklarované chemické sloučeniny daného radionuklidu na celkové aktivitě přípravku.
  
Část vzniklého ionizujícího záření se absorbuje již uvnitř materiálu radioaktivního preparátu, dochází k samoabsorpci záření ve vzorku. Toto absorbované záření může způsobovat chemické změny v materiálu (§5.1, část "Účinky záření na látku") - radiolýzu značené látky vlastním zářením (nejčastěji beta či alfa). Při tomto radiačním rozkladu ubývá požadovaná značená látka a místo ní vznikají jiné látky s odlišnými vlastnostmi. Zhoršuje se tím radiochemická čistota preparátu. Zvláště radioisotopově značené složité organické molekuly snadno podléhají radiolýze. Radiační rozklad probíhá tím rychleji, čím vyšší je specifická aktivita preparátu.

Rozpadová (přeměnová) schémata radionuklidů
Pro přehledné a komplexní znázornění různých druhů radioaktivních přeměn a energetických hlain u konkrétních atomových jader se používají tzv. přeměnová schémata (obr.1.4.6). Mateřská a dceřinná jádra se na těchto schématech znázorňují pomocí vodorovných čárek (představujících energetické hladiny jader), jejichž pozice ve schématu je určena takto: na vodorovné ose je protonové číslo Z, poloha ve vertikálním směru je dána energií jádra E *). Základní energetický stav každého jádra je vyznačen tlustou čárou, excitované stavy jádra se zakreslují tenkými čárkami (s údaji o energii a příp. dalších charakteristikách), v patřičné vertikální výšce nad základním stavem. U základních stavů radioaktivních jader je uveden poločas rozpadu, pro speciální účely popř. i další charakteristity (např. spin). Základní stav stabilního jádra budeme vyznačovat kombinací tlusté plné čáry se šrafováním dole. Metastabilní energetické hladiny se vyznačují polotučnými čárkami s údajem o době života (poločasu) tohoto metastabilního excitovaného stavu.
*) Při praktickém kreslení rozpadových schémat se přesné proporce hodnot energií a protonových čísel většinou striktně nedodržují, dodržují se jen příslušné relace - stavy s vyšší energií jsou zakresleny více nahoře, jádra s větším protonovým číslem Z jsou více vpravo od jader s menším Z.
  Radioaktivní alfa a beta přeměna jader je znázorněna šikmou šipkou vlevo či vpravo, spojující mateřské a dceřinné jádro v jeho příslušné energetické hladině, která se u daného procesu realizuje; u této šipky je uveden typ přeměny (
a, b, EC) a příslušná energie kvanta záření. Deexcitace vzbuzených hladin, tj. izomerní přechody g, jsou vyznačeny kolmými šipkami spojujícími vyšší hladiny s příslušnými výslednými nižšími hladinami, či se základním stavem dceřinného jádra. U šipek znázorňujících jaderné přeměny a dexcitace se uvádí jejich relativní zastoupení [%] (pravděpodobnost, intenzita) - průměrný počet emitovaných kvant (alfa, elektronů či pozitronů, fotonů) na 100 přeměn. V dolní části rozpadového schématu (pod čárou dceřinného jádra, nebo z důvodu úspory místa v jiném volném místě obrázku) se uvádí celková energie přeměny Q [keV nebo MeV].
  
U vodorovných čárek, znázorňujících základní a excitované energetické stavy jader, se v přeměnových schématech uvádějí jejich energie. Hodnoty této energie jsou vztaženy k základnímu stavu dceřinného jádra, kterému se přiřadí energie "0". Základní stav mateřského jádra pak má energii Q a příp. excitované stavy dceřinného jádra mají příslušné nižší energie.
Větvená přeměna 
Složitější situace nastává v případě větvené přeměny, kdy se dané mateřské jádro přeměňuje dvěma různými typy radioaktivity (s určitou pravděpodobností) na dvě různá dceřinná jádra s různými energiemi základního stavu - viz §1.2, pasáž "
Smíšená (kombinovaná) radioaktivita - větvené přeměny". Pak máme dvě různé hodnoty celkové energie přeměny Q a dvě série energetických hladin dceřinných jader. U každé větve radioaktivní přeměny se energie počítají nezávisle. Základnímu stavu jednoho dceřinného jádra se přiřadí energie "0", od které se stanovují energie excitovaných hladin, jakož i energie mateřského jádra. Totéž se udělá pro druhé dceřinné jádro ve druhé větvi přeměny. Mateřské jádro pak má dvě různé výchozí hodnoty energie, které k němu připíšeme z té strany schématu, na který směřuje příslušný druh přeměny. Typický příklad této situace můžeme vidět na rozpadovém schématu 186Re, 192Ir, 152Eu a několika dalších.
  Na obr.1.4.6 jsou znázorněna některá nejjednodušší typická rozpadová schémata :


Obr.1.4.6. Nejjednodušší typická přeměnová schémata radioaktivity
a, b+, b-, b-+ g a větvené přeměny EC+b-.

Úplně vlevo je to čistý rozpad a (mechanismus podle obr.1.2.2 v §1.2), kde se vyzářením čásice a (jádra hélia 4He2) mateřské jádro NAZ přeměňuje na základní stav dceřinného jádra N-4BZ-2 o nižší energii; jádro B je posunuto doleva o dvě místa, jak to odpovídá protonovému číslu Z-2 a dolů podle energetického rozdílu. U šipky (u alfa se používá dvojitá šipka) znázorňující vlastní přeměnu se uvádí typ přeměny a příslušná energie kvanta emitovaného záření.
  Hned vedle je přeměnové schéma čisté radioaktivty b+ (NAZ ® NBZ-1 + e+ + n), kde dceřinné jádro B je vůči mateřskému jádru A posunuto o jedno místo doleva, což odpovídá snížení protonového čísla o 1.
  Dále je na obr.1.4.6 rozpadové schéma čisté radioaktivity
b- (NAZ ® NBZ+1 + e- + n´, podle obr.1.2.3 v §1.2), kde se mateřské jádro A přeměňuje na základní stav dceřinného jádra B, posunutého o jedno místo doprava.
  Pro jednoduchost jsme zde zatím odhlédli od skutečnosti, že čistá přeměna
a či b na základní hladinu dceřinného jádra se vyskytuje jen v menším procentu případů; většinou vzniká dceřinné jádro v excitovaném stavu, s následnou deexcitací - kombinovaná radioaktivita a+g či b+g. Poslední rozpadové schéma na obrázku 1.1.5 vpravo představuje ukázku radioaktivity b konkrétního jádra 137Cs, které se s poločasem T1/2=30 let přeměňuje na dceřinné jádro 137Ba, které je stabilní. Na základní stav barya jde jen asi 6,5% případů, zatímco celých 93,5% případů jde na excitovaný stav jádra 137Ba o energii 662keV, znázorněný vodorovnou čárkou. Svislou šipkou směrem dolů je znázorněna deexcitace tohoto vzbuzeného stavu za vyzáření fotonu záření g o této energii 662keV (vlastnosti tohoto důležitého radionuklidu 137Cs jsou podrobněji popsány níže v pasáži "Cs-137").
  Úplně vpravo na obr.1.4.6 je ukázka výše zmíněné větvené radioaktivní přeměny jednoho mateřského jádra dvěma různými typy radioaktivity na dvě různá dceřinná jádra
(v ukázce se jedná o zjednodušené schéma radinuklidu 186Re, podrobněji popsaného níže v pasáži 186Re).
  Rozpadová schémata některých radionuklidů jsou značně složitá, s řadou kaskádových přeměn korpuskulárních a množstvím excitovaných energetických hladin, mezi nimiž nastávají izomerní přechody doprovázené kvanty záření gama. Tomu odpovídají i složitá spektra takových radionuklidů. Spektrometrická analýza emitovaného záření je pak hlavní metodou poznávání struktury nuklidů.
  V následující části "Vlastnosti některých nejdůležitějších radionuklidů" uvedeme konkrétní rozpadová schémata řady významnějších a častěji používaných radionuklidů, spolu se spektry jejich záření a dalšími jejich vlastnostmi, včetně aplikací.

Vlastnosti některých nejdůležitějších radioaktivních isotopů
Z velkého množství radionuklidů (nyní je jich známo více než 2000), z nichž některé se vyskytují v přírodě, většina je však vyráběna uměle, má význam a praktické uplatnění jen necelá desetina. Zde se seznámíme s některými radioisotopy obzvlášť zajímavými nebo důležitými z hlediska přírodovědného či pro praktické aplikace. Tyto významné radionuklidy si podrobněji popíšeme s uvedením jejich vlastností, rozpadových schémat a spekter záření *), způsobů vzniku či výroby a jejich použití. V úvodu popisu vlastností jednotlivých radionuklidů uvádíme vždy stručnou zmínku o fyzikálně-chemických vlastnostech příslušných prvků; s těmito vlastnostmi sice přímo nesouvisí radiační chování příslušných radionuklidů
(radioaktivita je vlastností atomového jádra, nikoli elektronového obalu), ale jsou důležité pro radiochemii přípravy radioisotopů a jejich chování a distribuci v přírodě, včetně živých organismů. Kromě toho jsou i mnohé neradioaktivní isotopy důležité v jaderných a radiačních procesech: ať již jako zdroj ostřelujících částic, jako terčíkové materiály, součásti detekčních médií, stínící a kolimační materiály. Všechny tyto souvislosti je pro komplexní pochopení jaderné a radiační fyziky užitečné reflektovat...
*) Spektrometrii záření gama některých používaných radionuklidů jsme na našem pracovišti nukleární medicíny v Ostravě-Porubě v rámci svých skromných možností v 70. a 80. letech prováděli na scintilačním NaI(Tl) detektoru( velikosti 5x5cm) a polovodičovém Ge(Li) detektoru s pomocí 4096-kanálového analyzátoru ICA-70, později pomocí počítačového analyzátoru Canberra-Packard. Nyní již Ge(Li) detektor na našem pracovišti nemáme (dosloužil...) a níže uvedená polovodičová spektra byla pořízena na HPGe detektoru spektrometrické laboratoře regionálního centra SÚJB a SÚRO v Ostravě-Zábřehu za laskavé spolupráce kolegů Ing.J.Lušňáka a Ing.J.Rady - autor jim moc děkuje. Za konverzi řady změřených HPGe spekter a jejich zobrazení ve formátu MsExcel autor děkuje kolegovi Ing.M.Koláčkovi z KNM Ostrava.
  Spektra měkkého záření gama a charakteristického X-záření
(o energiiích nižších než 30keV, pro které je detekční účinnost koaxiálního velkoobjemového HPGe detektoru již velmi nízká) byla měřena odděleně na planárním polovodičovém detektoru s beryliovým vstupním okénkem.
Tato měření byla většinou realizována před řadou let ještě na analogových spektrometrech, takže do našich spekter jsme je zabudovali naskenováním a proložením původích grafů spekter - omlouváme se za příp. zkreslení a zhoršenou kvalitu.
  Spektrometrii záření beta jsme velmi improvizovaně zkoušeli pomocí plastických scintilátorů a kapalných scintilátorů, což rozhodně není optimální
(magnetický spektrometr jsme bohužel nikdy nevlastnili...). Spojitá spektra záření beta v našem pojednání neuvádíme i proto, že jsou celkem "fádní" a nezajímavá - vizuálně jsou si podobná "jak vejce vejci", jen protažená k vyšším či smrštěná k nižším maximálním energiím. Relevantní informace z nich lze získat pouze náročnou počítačovou analýzou metodou Fermi-Kurie grafu (§2.6 "Měření záření beta, protonů a neutronů. Kapalné scintilátory."). Konverzní a Augerovy elektrony s diskrétními spektry o charakteristických energiích by byly sice zajímavé, ale na našem pracovišti jsme je "neměli na čem" změřit...


Scintilační a polovodičový detektor používaný při gama-spektrometrii radionuklidů.
Vlevo: Scintilační sonda - scintilační krystal NaI(Tl) +fotonásobič se stíněním. Uprostřed: Analogově-digitální konvertor (ADC) a počítačový (CPU) mnohokanálový analyzátor. Vpravo: Polovodičový Ge(Li)/HPGe detektor s předzesilovačem a Dewarovou nádobou s chladícím kapalným dusíkem.

Společné vlastnosti gama-spekter radionuklidů
Přes veškeré rozdíly mezi energiemi a intenzitami záření gama emitovaného různými radionuklidy, mají gama-spektra všech radionuklidů některé podobné rysy:
¨ Na začátku fotonového spektra, v oblasti nízkých energií, jsou často patrné píky charakteristického X-záření, emitovaného při přeskocích elektronů mezi vnitřními slupkami v excitovaných atomových obalech dceřinného prvku. K těmto excitacím atomů při radioaktivních přeměnách dochází dvěma způsoby:
  1. Vnitřní konverzí záření gama
(§1.2., pasáž "Vnitřní konverze záření gama a X"), kdy na uprázdněná místa po konverzních elektronech přeskakují elektrony z vyšších energetických hladin v atomovém obalu. Zvláště g-fotony nízkých energií (jednotky či desítky keV) mívají vysoký koeficient konverze. Taktéž některé izomerní přechody, vysoce zakázané z důvodu spinového "nesouladu" mezi excitovaním a základním stavem jádra (příkladem je izomerní 131mXe), se realizují mechanismem vnitřní konverze.
  2. Elektronovým záchytem
(§1.2, pasáž "Elektronový záchyt (EC)"), při němž na uprázdněná místa po pohlcených elektronech (většinou ve slupce K) okamžitě přeskakují elektrony z vyšších hladin atomu. Právě u radionuklidů přeměňujících se elektronovým záchytem bývá charakteristické X-záření vysoce zastoupeno, či je dokonce dominantní (viz např. 125I).
  V našich gama-spektrech, měřených scintilačním NaI(Tl) a polovodičovým HPGe detektorem, se píky K
a,b charakteristického X-záření zobrazují jen u středních a těžkých radionuklidů (u některých lehčích radionuklidů jsme nízkoenergetické píky charakteristického X-záření měřili separátně na křemíkovém polovodičovém detektoru, jak bylo zmíněno výše). Charakteristické X-záření budeme v našich spektrech uvádět a analyzovat jen tehdy, když je výrazné - je ve spektrech jasně vidět a má radiační význam.
¨ Pokud radionuklid emituje více energií záření gama, bývají zpravidla nejsilnější gama-linie v oblasti nižších a středních energií (desítky až stovky keV), zatímco vyšší energie jsou většinou zastoupeny s podstatně nižší intenzitou (viz níže "Zvětšené výřezy spekter").
Zvětšené výřezy spekter 
V našich základních spektrech uvedeme jen nejdůležitější jaderné hladiny a energie záření u daného radionuklidu, které se uplatňují v aplikacích a jsou měřitelné běžně dostupnou detekční technikou. Píky slabě zastoupených radiačních energií gama se ve spektrech graficky zobrazených v normálním měřítku (daném výškou nejintenzívnějšího píku) ztrácejí v oblasti kolem nulových hodnot. Pro jejich zobrazení proto používáme zvětšený výřez ze spektra, posunutý nad vodorovnou osu; energie přitom odpovídají základnímu měřítku na vodorovné ose. Tyto zvětšené výřezy jsou označeny znakem zvětšení "<", šipkou směřující vzhůru a udáním násobku zvětšení - např. "<á16 x" - mírné zvětšení, či "<<á256 x" - silné zvětšení. K této situaci často dochází tehdy, když radioaktivní přeměna nastává na větší počet excitovaných stavů dceřinného jádra. Pak je to zpravidla s větší pravděpodobností na hladiny nižších energií, než na vyšší excitované stavy - v gama-spektrech jsou s vyšší intenzitou zastoupeny píky nižších energií, zatímco vysokoenergetické píky bývají daleko slabší, jsou viditelné často až při velkém zvětšení a delší akviziční době. Toto právě zobrazují zvětšené výřezy spekter.
Rozdílnosti ve scintilačních a polovodičových gama-spektrech 
Podíváme-li se na níže uvedené obrázky gama-spekter řady radionuklidů, můžeme na první pohled vidět některé výrazné rozdílnosti mezi spektry měřenými scintilačníním a polovodičovým detektorem:
¨  Fotopíky na scintilačním spektru jsou oblé a pozvolné, jakoby "rozplizlé" - energetické rozlišení je zde poměrně nedokonalé (cca 10% pro testovací linii 662keV 137Cs), blízké gama-linie splývají v jeden fotopík. Polovodičové spektrum je tvořeno velmi ostrými a úzkými píky - energetické rozlišení je cca 30-krát lepši. Některé kompaktní píky ze scintilačního spektra jsou na polovodičovém spektru rozloženy do několika gama-linií...
¨  Ve scintilačním spektru je vidět výrazně zastoupenou spojitou složku Comptonovsky rozptýleného záření, především v oblasti nižších energií. Toto spojité pozadí působí rušivě (zvláště v oblasti "píku" zpětného rozptylu, který může interferovat se skutečným gama-píkem měřeného radionuklidu). V polodičových spektrech je spojitá složka silně potlačena, neboť lepší energetické rozlišení vede k úzkým a vysokým píkům (při zachování stejné plochy pod píkem), což na grafickém zobrazení spektra, normalizovaném k maximu v píku, automaticky vede ke snížení relativní výšky spojitého pozadí.
¨  Můžeme pozorovat některé rozdíly v relativní intenzitě píků, které jsou způsobeny rozdílnou energetickou závislostí detekční účinnosti. Scintilační NaI(Tl) detektor měří s vyskou účinností i gama-linie s energiemi cca 20-40keV, pro které má (námi použitý) koaxiální HPGe detektor již velmi malou (či konce nulovou) citlivost. Proto např. charakteristické X-záření vykazuje na polovodičovém spektru většinou podstatně nižší zastoupení než na scintilačním. Pro lehčí radionuklidy se na tomto detektoru píky X-záření nezobrazují vůbec. K jejich změření byl u některých spekter použit planární Ge(Li) nebo Si detektor.
Omluva autora - zkreslení v zobrazení spekter
 
Původní změřená spektra radionuklidů z mnohokanálového analyzátoru (s vysokým energetickým rozlišením a řadou detailů) jsme pro zobrazení v našem pojednání museli z kapacitních důvodů podstatně graficky zmenšit. Vedlo to často ke geometrickému zkreslení spekter, zvláště z polovodičových detektorů - např. ke "smrsknutí" čar fotopíků, ztrátě některých bodů v křivkách a jejich rozpojení, splynutí blízkých linií. V rámci možností jsem se pokusil tato zkreslení "vyretušovat" a připodobnit zobrazené grafy originálnímu spektru. Ne vždy se to však zcela podařilo, omlouvám se a uvítám připomínky kolegů - znalců spekter...
  Totéž se týká zobrazení složitějších rozpadových schémat některých radionuklidů, kde zakreslení blízkých energetických hladin a šipek přeměn a přechodů se může rovněž překrývat a splývat... Z podobných důvodů jsou energetické škály pod vodorovnými osami spekter jen přibližné (jsme schopni zajistit přesnost zobrazení poloh číselných hodnot ne lepší než cca
±10%). Pro naše účely to však nevadí, neboť přesné hodnoty energií jednotlivých píků, odečtené z originálních spekter (nekomprimovaných, v digitálním tvaru na spektrometru), jsou explicitně uvedeny u šipek označujících příslušné fotopíky.
  Měřítko na svislých osách naměřeného počtu impulsů je relativní, normalizované k hodnotě 100.10
3 impulsů.
  Jednotlivé radionuklidy uvádíme v zásadě v pořadí protonových a nukleonových čísel, avšak s řadou drobných výjimek - jednak podle návaznosti radioaktivních přeměn (např radium-223 je uveno za radiem-226, z něhož se připravuje), jednak podle důležitosti a způsobu použití příslušných radioaktivních isotopů (např. kobalt 57-Co je uveden až po daleko významnějším 60-Co). Pokud u určitého prvku jeho radioaktivní isotopy svým počtem nebo významem "nevydají" na samostatný oddíl, jsou spojeny dva či tři blízké prvky do jedné pasáže (např. dusík+kyslík+fluor, chrom+železo, měď+galium+germanium, transurany) a jejich isotopy jsou diskutovány ve vzájemné souvislosti. Toto je logické zvláště v případě návaznosti vztahů mateřský-dceřinný radionuklid (např. rubidium-krypton, molybden-technecium, rozpadové řady těžkých alfa-radionuklidů).
  Každý radionuklid je jistě něčím zajímavý. Avšak popisovat podrobně vlastnosti všech známých radioisotopů by bylo příliš zdlouhavé a nepřehledné
(a jistě by to i přesahovalo síly autora...) *). Neuvádíme zde proto ty radioisotopy, které byly jednou či několikrát, víceméně náhodně, v dobovém kontextu, použity při výzkumu některých přírodních dějů, materiálových a biologických, či v nukleární medicíně, a pak se již nepoužívaly - buď proto, že svou jednorázovou úlohu již splnily, nebo byly v praxi nahrazeny výhodnějšími radionuklidy (které samozřejmě uvádíme). Podrobněji rozebíráme radionuklidy obzvlášť zajímavé z jaderného a obecně přírodovědného hlediska, či široce používané ve vědecko-technických aplikacích, v medicíně, průmyslu (zvláště pak ty, které autor osobně používá v analytických a měřících metodách, nebo jako kalibrační etalony). Tento výběr může být snad poněkud subjektivní - uvítám připomínky a návrhy kolegů..!..
*) Nemá význam se zde zabývat např. extrémně krátkodobými radionuklidy, které nelze nijak použít - mohou být zajímavé nanejvýš z hlediska jaderné fyziky, studia silně nerovnovážných jaderných konfigurací.
  Uvádíme a ve spektrech zobrazujeme především relevantní energetické hladiny a radiaci, kterou je možno detekovat dostupnou radiometrickou technikou. Intenzitu záření číselně uvádíme v procentech (např. "gama 320keV (10%)" znamená, že "na 100 přeměn příslušného radionuklidu se emituje 10 fotonů gama o energii 320keV"). Velké množství dalších, málo saturovaných hladin a velmi slabě zastoupených radiačních energií, jakož i další jejich charakteristiky (jako je spin, multipolarita, parita, které jsou důležité pouze pro jaderný výzkum) je možno nalézt v podrobných rozpadových tabulkách isotopů. Na našem pracovišti jsme používali především knižní vydání "Table of isotopes" autorů Lederer, Hollander, Perlman (nová elektronická verze je "http://ie.lbl.gov/toipdf/toi20.pdf"). Další nové podrobné tabulky v elektronické verzi jsou "http://ie.lbl.gov/toi/nucSearch.asp" ("Lund univ.") a "http://www.nucleide.org" z "Laboratoře Henri Becquerel".
Krátkodobé a hlouhodobé radionuklidy 
Jedním z hlavních faktorů, rozhodujícím o významu a použití radionuklidů, je poločas rozpadu. Jak bylo uvedeno výše v části "
Přírodní radionuklidy" mají tyto přírodní radionuklidy (primordiální a kosmogenní) velmi dlouhé poločasy rozpadu. Rovněž naprostá většina významných umělých radionuklidů používaných ve vědě a technice či průmyslu, mají dostatečně dlouhý poločas rozpadu - měsíce, roky, desítky let i více, což umožňuje jejich dlouhodobé používání především ve formě uzavřených zářičů.
  Výjimkou jsou některé krátkodobé radionuklidy používané v nukleární medicíně, které díky svým chemickým a farmakokinetickým vlastnostem nacházejí uplatnění v radionuklidové diagnostice či terapii ve formě otevřených zářičů - značených radiofarmak, aplikovaných přímo do organismu
(většinou intravenózně či perorálně, viz kap.4 "Scintigrafie", §4.9 "Klinická scintigrafická diagnostika v nukleární medicíně"). V tomto případě může být krátký poločas rozpadu naopak výhodou z hlediska radiační zátěže organismu.
  Takovými krátkodobými radionuklidy jsou především
technecium 99mTc (T1/2=6hod.) a dále lehké pozitronové radionuklidy: uhlík 11C (T1/2=20,4min.), dusík 13N (T1/2=10min.), kyslík 15O (T1/2=122sec.) a především fluor 18F (T1/2=110min.), který se ve formě 18F-deoxyglukózy vychytá a hromadí zvláště v nádorových tkáních, které se pak na základě koincidenční detece anihilačního záření gama 511keV zobrazují pomocí pozitronové emisní tomografie (viz §4.3 "Tomografické kamery" a §4.8 "Radionuklidy a radiofarmaka pro scintigrafii", část "Pozitronové radionuklidy"). Jejich vlastnosti, rozpadová schémata a spektrum 511keV budou uvedena níže (pasáž "Dusík, kyslík, fluor"). Nejkrátkodobějším radionuklidem používaným v nukleární medicíně je metastabilní krypton 81mKr s poločasem pouhých 13,1 sekundy.

Vodík
Nejlehčí a nejrozšířenější prvek v přírodě (vesmíru) je
vodík H1 (hydrogenum - vodu tvořící), jehož jádra protony vznikly těsně po velkém třesku v hadronové éře vesmíru (§1.1, část "Kosmická nukleogeneze"); podílí se 75% na celkové hmotě ve vesmíru. Je hlavním "palivem" termonukleární fúze v nitru hvězd ("Gravitace a evoluce hvězd"). Je velmi reaktivní, takže v pozemské přírodě se vyskytuje prakticky pouze ve sloučeninách (elementární vodík se vyskytuje pouze v zemním plynu a sopečných plynech), z nichž nejdůležitější je voda H2O. Spolu s uhlíkem je vodík nejdůležitějším biogenním prvkem. Má tři důležité isotopy (celkově jsou známy isotopy 1H17H1). Základní "lehký" vodík 1H1 (zvaný někdy též protium) - relativní zastoupení 99,9885%, "těžký" vodík deuterium 2H1 (0,0115%) a "supertěžký" vodík tritium 3H1 (kosmogenní nuklid se stopovým zastoupením), který je již radioaktivní.
Vodík 1H 
je, jak již bylo zmíněno, hlavním "palivem" termonukleární fúze v nitru hvězd. V jaderných technologiích jsou jádra vodíku protony hlavními ostřelujícími částicemi v jaderném výzkumu a při přípravě umělých radioisotopů.
Deuterium 2H 
je dalším neradioaktivním isotopem důležitým v jaderné a radiační fyzice. Jádra deuteria deuterony d=2H se často používají jako ostřelující částice v cyklotronech. Těžká voda se používá někdy jako moderátor a chladicí médium ve štěpných jaderných reaktorech (§1.3, část "Jaderné reaktory"). Spolu s tritiem představuje deuterium nejperspektivnější palivo pro řízenou termonukleární fúzi (§1.3, část "Slučování atomových jader"); přímou termonukleární fúzi vodíkových jader 1H=protonů v pozemských podmínkách zatím nedovedeme uskutečnit.
Tritium 3H 
Pomineme-li volný neutron (který je
b--radioaktivní no®p++e-+n´ s poločasem »13min., max. energie beta 782keV), je nejlehčím radionuklidem isotop vodíku tritium 3H, který se s poločasem 12,3roku přeměňuje b--radioaktivitou na základní stav isotopu hélia 3He: 3H1®3He2+e-+n´(jeho jednoduché rozpadové schéma je na obr.1.4.7 vlevo). Tritium je čistý beta-zářič s poměrně nízkou maximální energií emitovaných elektronů 18,6 keV (červená křivka na obr.1.4.7 vpravo).


Obr.1.4.7. Beta
- - radioaktivita některých nejjednodušších isotopů.
Vlevo: Přeměnová schémata tritia
3H, uhlíku 14C a fosforu 32P. Vpravo: Spojitá spektra záření beta těchto radionuklidů.
Pozn.1: Energetická osa je nelineární a nepravidelná (jen ilustrativní), aby do jednoho grafu bylo možno zakreslit energeticky velmi rozdílná spektra.
Pozn.2: Spektra byla měřena přístrojem MarkIII Nuclear Chicago s toluenovým kapalným scintilátorem (§.2.6, část "
Kapalné scintilátory", obr.2.6.2), vynesena graficky a (s úpravami) proložena.
Pozn.3: Tvar nízkoenergetické části spektra (plynulý růst od nulových hodnot - což se poněkud liší od skutečného tvaru počáteční části spektra
b- - srov. §1.2, pasáž "Rozdíl energetického spektra b- a b+", spektrum v levé části obrázku) je ovlivněn nízkou citlivostí přístroje pro nízké energie beta a elektronickou filtrací signálu pro omezení šumových impulsů.

V pozemské přírodě se tritium stopově vyskytuje jako kosmogenní radionuklid (viz výše část "Přírodní radionuklidy", nebo §1.6, část "Kosmické záření", pasáž "Sekundární kosmické záření"). Vzniká dále při tzv. ternárním štěpení těžkých jader, především uranu (§1.3, část "Štěpení atomových jader"). Obsah tritia v přírodě byl v posledních několika desítiletích výrazně ovlivněn lidskou činností. K velkému zvýšení obsahu 3H v životním prostředí došlo v 60.letech v důsledku zkoušek termonukleárních zbraní v atmosféře (při termonukleárním výbuchu deuteridu lithného 6Li2H vzniká tritium reakcí 6Li(n,a)3H - viz §1.3, část "Slučování atomových jader", pasáž "Explozívní termonukleární reakce"). Ve štěpných jaderných reaktorech tritium vzniká v cirkulující chladící vodě reakcí neutronů s deuteriem 2H(n,g)3H; v malé míře s deuteriem obsaženým v běžné vodě, účinněji pak při použití těžké vody jako moderátoru a chladiva. Dále, v chladicí vodě obsahující kyselinu boritou pro regulaci reaktivity štěpného reaktoru vzniká tritium reakcí 10B(n,2a)3H. Při provozu jaderných elektráren se tedy do vodních a plynných výpustí dostává určité menší množství 3H (řádově setiny kosmogenního tritia).
  Tritium je vhodným budícím radionuklidem v malých elektrických zdrojích - betavoltaických článcích - viz §1.3, pasáž "Radionuklidové voltaické články ("atomové" baterie)".
  Pro řadu aplikací v jaderné fyzice
(především pro termonukleární fúzi, v budoucnu pravděpodobně pro energetické využití - §1.3 "Jaderné reakce a jaderná energie", část "Slučování atomových jader"), v biologii a medicíně, se tritium vyrábí uměle pomocí reakce neutronů s lithiem: 6Li(n,a)3H, nebo se získává z těžké vody v reaktorech.

Hélium
Druhý nejlehčí a nejrozšířenější prvek ve vesmíru hélium He
2 ("prvek boha Slunce") vzniklo v leptonové éře po velkém třesku. Na Zemi je však vzácné - důvody jsou uvedeny v §1.1, část "Kosmická nukleogeneze". Veškeré hélium v pozemské přírodě je produktem radioaktivního alfa-rozpadu uranu a thoria. Za normálních podmínek je hélium chemicky inertní plyn, který vzhledem k vemi nízké teplotě zkapalnění (-269,9oC=4,2oK) má důležité uplatnění v kryogenní technice, především v supravodivých elektromagnetech. Má dva stabilní isotopy: 4He (98,999863%) a 3He (0,000137%). Hélium-4 je velmi silně vázané jádro, neboť má zaplněné obě slupky protonů a neutronů, které jsou nejnižší. Radioaktivní isotopy hélia nemají žádný praktický význam, neboť jsou velmi krátkodobé *). Ze 7 známých radioisotopů hélia je "nejstabilnější" 5He (vznikající ozařováním berylia neutrony: 9Be4+1n0®6He2+4He2), které má poločas jen 0,81sec! V jaderné fyzikce je však hélium (4He) důležité jako účinné chladící médium (supravodivé elektromagnety urychlovačů a tokamaků, chlazení citlivých detektorů) a též jako produkt termonukleární fúze vodíku (§1.3 "Jaderné reakce a jaderná energie", část "Slučování atomových jader"). Jádra hélia - částice alfa - jsou podstatou alfa-radioaktivity.
*) Diproton: pro jadernou fyziku má určitou zajímavost nejkrátkodobější isotop hélia 2He2, zvaný též diproton 2p - skládá se ze dvou protonů, bez neutronů. Tento stav je velice nestabilní a prakticky okamžitě se rozpadá emisí protonů nebo beta+-rozpadem. Samostatný diproton nebyl pozorován, jen u vysoce excitovaných stavů např. 18Ne byla pozorována současná emise dvou protonů. která se interpretovala jako pocházející z krátkodobého vázaného stavu 2p.

Lithium, Berylium, Bór
Prvky této skupiny, navzdory tomu že patří k velmi lehkým, jsou z astrofyzikálních důvodů v přírodě poměrně málo zastoupené. Vznikly totiž, jako primordiální prvky, v malém množství v prudce expandujícím vesmíru na konci leptonové éry a v pozdější hvězdné nukleosyntéze se již nevytvářejí, ale naopak se spalují (§1.1, část "Kosmická alchymie -
jsme potomky hvězd!", pasáž "Zastoupení prvků v přírodě" a §4.1 "Úloha gravitace při vzniku a evoluci hvězd", část "Evoluce hvězd" knihy "Gravitace, černé díry a fyzika prostoročasu").
  Lithium Li3 je velmi měkký lehký kov z alkalické skupiny, chemicky značně reaktivní, takže se v přírodě vyskytuje jen ve sloučaninách. Má dva stabilní isotopy 6Li (7,5%) a 7Li (92,5%). I když lithium nemá žádné významné dlouhodobější radionuklidy (nejdelší poločas 0,84s. má 8Li), je tento prvek v jaderné fyzice důležitý. 6Li slouží jako neutronový absorbátor a zdrojový materiál pro produkci tritia v řízené termonukleární fúzi (§1.3, část "Tokamak"). Směs lithia a deuteria - lithium-6 deuterid 6Li2H byl zneužit jako palivo "vodíkové" termonukleární bomby (§1.3, část "Slučování atomových jader", pasáž "Termojaderný výbuch").
  Berylium Be4 je tvrdý šedý kov, který ve vlhku snadno oxiduje, v přírodě se vyskytuje vzácně (cca 3-10mg/kg v zemské kůře) ve sloučeninách, např. ve smaragdu. Využívá se ve speciálních slitinách v metalurgii. V jaderné fyzice se využívá jeho nízká absorpce (vysoká propustnost) pro nízkoenergetické X a gama záření - beryliová vstupní okénka citlivých detektorů. Ve směsi s a-radionuklidy slouží jako laboratorní zdroj neutronů. Berylium má jediný stabilní isotop 9Be. Z radioaktivních isotopů berylia mají určitou přírodovědnou důležitost dva kosmogenní radionuklidy:
  Berylium
7Be se s poločasem 53,3 dne přeměňuje elektronovým záchytem na stabilní isotop 7Li - v 89,5% na základní stav, v 10,5% na excitovanou hladinu 478keV, při jejíž deexcitaci je emitováno záření gama o této energii. Isotop 7Be vzniká v přírodě působením kosmického záření v atmosféře. Jsou to hlavně tříštivé reakce vysokoenergetických protonů s jádry dusíku 14N(p,2a)7Be nebo kyslíku 16O(p,10B)7Be, dále jadernými reakcemi neutronů s jádry dusíku 14N(n,8Li)7Be a kyslíku 16O(n,10B)7Be. Jeho detekce se využívá ke zkoumání transportních dějů v atmosféře. Pro výzkumné účely v jaderné fyzice se isotop 7Be uměle připravuje ozařováním lithia urychlenými protony v cyklotronu reakcí 7Li(p,n)7Be. Pro jadernou fyziku je isotop 7Be zajímavý tím, že se u něj poprve prokázala závislost rychlosti radioaktivní přeměny elektronovým záchytem na chemickém stavu isotopu - viz §1.2, část "Elektronový záchyt", pasáž "Dvě zvláštnosti EC".
  Berylium
10Be se s poločasem 1,6.106roků přeměňuje b--radioaktivitou na stabilní isotop 10B v základním stavu. V atmosféře vzniká působením kosmického záření reakcí s uvolněnými neutrony: 14N(n,pa)10Be. Atomy 10Be se v atmosféře zachytávají na aerosolových částicích a se srážkovou vodou se dostávají na zemský povrch, kde se usazují v půdě, oceánech a ledovcích. Měření této depozice 10Be (pomocí hmotnostní spektrometrie), vzhledem k jeho dlouhému poločasu, se využívá ke sledování některých geologických a oceánografických procesů.
Velmi skrytou
(hluboko v nitru masívních hvězd) přírodní důležitost má jeden velmi krátkodobý isotop berylia: 
  Berylium
8Be, vzhledem ke svému extrémně krátkému poločasu 6,7.10-17sekundy, je z hlediska "pozemské" jaderné fyziky zcela bezvýznamné. Prakticky okamžitě po svém vzniku se berylium-8 rozpadá na 2 částice alfa (jádra hélia). Je však velmi důležité z hlediska jaderné astrofyziky: přes Be-8 probíhá jaderné "hoření" hélia na uhlík v pozdních stádiích vývoje masívních hvězd. Ve specifických podmínkách vysokých teplot a tlaků v nitru hmotných hvězd bohatých na hélium (po "vyhoření" vodíku) i tak krátká doba života 8Be stačí k tomu, aby záchytem jader 4He v 8Be mohlo vznikat velké množství uhlíku 12C - je diskutováno v §4.1 "Úloha gravitace při vzniku a evoluci hvězd", část "Evoluce hvězd", pasáž "Spalování hélia" knihy "Gravitace, černé díry a fyzika prostoročasu".
  Bór B5 je polokovový prvek, který se v pozemské přírodě vyskytuje pouze ve sloučeninách. Má dva stabilní isotopy: 10B (19,9%) a 11B (80,1%). I když bór nemá žádné použitelné radionuklidy (všechny jsou velmi krátkodobé, nejdelší 0,77s. má 8B), je tento prvek velmi důležitý v jaderných technologiích. Vysoký účinný průřez isotopu 10B pro absopci pomalých neutronů jej činí velmi vhodným materiálem pro řídící tyče v jaderných reaktorech, nebo přidávání kyseliny borité do chladicí vody pro řízení reaktivity (§1.3, část "Jaderné reaktory").

Uhlík
Uhlík C
6 (Carboneum) je velmi důležitý prvek ve vesmíru (vzniká termonukleární fúzí hélia v nitru masívních hvězd - jsme potomky hvězd!) i v pozemské přírodě (v zemské kůře cca 200-800 mg/kg). Uhlík je nekovový prvek, který se kromě amorfní formy vyskytuje v několika krystalických strukturách: grafit (tuha - šestiúhelníková struktura), diamant (krychlová struktura, tvořící velmi tvrdé, opticky průzračné krystaly), fulleren (sférické "molekuly" ze sítí uhlíkových atomů, např. C60). V pozemské přírodě se vyskytuje převážně ve sloučeninách, z nichž nejdůležitější je plynný oxid uhličitý CO2 (cca 0,04% v zemské atmosféře - je důležitý pro fotosyntézu v rostlinách), z nerostů pak uhličitan vápenatý CaCO3. Uhlík je schopen tvořit obrovské množství tzv. "organických" sloučenin s vodíkem, kyslíkem, dusíkem, fosforem a dalšími prvky, často za vzniku velmi dlouhých, rozvětvených a cyklických molekul. Díky těmto velmi rozmanitým kombinacím, které spolu mohou vzájemně opět reagovat za vzniku dalších složitých specifických látek, se sloučeniny uhlíku staly základním stavebním kamenem živé hmoty - uhlík je základní biogenní prvek.
Uhlík má řadu isotopů
8C - 22C, z nichž stabilní jsou jen dva isotopy 12C (98,93%) a 13C (1,07%). Důležité jsou dva radioisotopy uhlíku:
Uhlík 14C 
Z radioaktivních isotopů uhlíku je velmi důležitý zvláště radiouhlík
14C6, který se s poločasem rozpadu 5730 let přeměňuje b--radioaktivitou 14C ® 14N + e- + n´ na základní stav dusíku 14N7. 14C je čistý beta-zářič s maximální energií emitovaných elektronů 156,5 keV (modrá křivka v pravé části obr.1.4.7 uvedeného výše v pasáži 3H). V přírodě se vyskytuje jako významný kosmogenní radionuklid (je na něm založena radikarbonová metoda určování stáří archeologických předmětů, popsaná výše v části "Radioisotopové (radiometrické) datování", pasáž "Radiouhlíková datovací metoda").
  
Obsah radiouhlíku-14 v přírodě je ovlivňován i lidskou činností. V menší míře dochází ke snižování obsahu 14C v životním prostředí spalováním fosilních paliv, ze kterých v průběhu miliónů let původní obsah 14C již vymizel radioaktivním rozpadem; CO2 vznikající spalováním fosilního paliva tedy 14C neobsahuje a zastoupení přírodního radioaktivního 14CO2 se tak zřeďuje. Jaderné technologie obsah radiouhlíku-14 naopak zvyšují. Obsah 14C značně vzrostl v 60.letech při zkouškách jaderných zbraní v důsledku jaderné reakce 14N(n,p)14C účinkem neutronů, uvolněných při explozi, na dusík. Menší množství radiouhlíku 14C vzniká dále při provozu štěpných jaderných reaktorů jadernou reakcí 17O(n,a)14C na kyslíku v chladící vodě a reakcí 14N(n,p)14C na dusíku rozpuštěném v chladící vodě; z chladící vody se odvětráváním toto malé množství 14CO2 dostává přes ventilační komíny elektrárny do ovzduší.
  Podobně jako tritium, i radiouhlík 14C se vyrábí uměle neutronovou aktivací 14N(n,p)14C v jaderném reaktoru pro mnohé aplikace, zvláště biologické, především stopovací metody (§3.5 "Radioisotopové stopovací metody").
Uhlík 11C 
Dalším poněkud významným radioisotopem uhlíku je krátkodobý pozitronový
11C, který se s poločasem 20,36 min. přeměňuje převážně beta+-radioaktivitou (99,75%) a v malé míře elektronovým záchytem (0,25%) na základní stav boru 11B. Používá se (poměrně zřídka) v pozitronové emisní tomografii (§4.3 "Kamery PET", §4.8 "Radionuklidy a radiofarmaka pro scintigrafii"). Isotop 11C se připravuje v cyklotronu buď ozařováním bóru urychlenými deuterony v reakcích 10B(d,n)11C, 11B(d,2n)11C (probíhajících současně s oběma stabilními isotopy přírodního bóru), nebo ozařováním dusíku protony: 14N(p,a)11C.
Zmíníme další tři lehké pozitronové radionuklidy, používané v pozitronové emisní tomografii: 

Dusík, Kyslík, Fluor
  Dusík N7 (Nitrogenium) je za normální teploty inertní plynný prvek, tvořící hlavní část zemské atmosféry (78% objemových). Při -195°C přechází do kapalného skupenství; kapalný dusík je velmi důležité kryogenní médium. Spolu s uhlíkem, vodíkem a kyslíkem patří dusík mezi důležité biogenní prvky. Dusík má dva stabilní isotopy 14N (99,64%) a 15N (0,36%). Radioaktivní isotopy dusíku mají mají poměrně krátké poločasy, kratší než 10 minut. Za zmínku stojí dva z nich:
Dusík 13N 
se s poločasem T
1/2=9,96 min. přeměňuje beta+-radioaktivitou (99,82%) a v malé míře elektronovým záchytem (0,18%) na základní stav uhlíku 13C. Isotop 13N se připravuje v cyklotronu buď ozařováním kyslíku (ve vodě) urychlenými protony jadernou reakcí 16O(p,a)13N, nebo ozařováním uhlíku deuterony v reakci 12C(d,n)13N. Dusík 13N se občas používá v pozitronové emisní tomografii ve formě amoniaku a aminokyselin značených isotopem 13N.
Pozn.: Isotop 13N sehrál důležitou úlohu v procesu zkoumání radioaktivity: byl prvním uměle připraveným radioaktivním isotopem. V r.1934 jej v pokusech ozařování bóru alfa-částicemi (z polonia) objevili F.Joliot a I.Curie; vznikal zde reakcí 10B(a,n)13N.
Dusík 16N 
se s poločasem T
1/2=7,13 sec. přeměňuje beta--radioaktivitou (Ebmax=4290keV a 10420keV) na základní stav (28%) a na vysoce excitované stavy 6130keV (67%) a 7115keV (5%) kyslíku 16O. Při deexcitaci jsou emitovány vysokoenergetické fotony 6,13MeV a 7,1MeV. Isotop 16N vzniká reakcí 16O(n,p)16N rychlých neutronů se základním isotopem kyslíku 16O, především v chladící vodě primárního okruhu jaderných reaktorů chlazených vodou. Aktivita isotopu 16N v cirkulující chladící vodě je úměrná počtu neutronů v aktivní zóně reaktoru, tedy intenzitě řetězové štěpné reakce (počtu probíhajících štěpení za sekundu) a tepelnému výkonu reaktoru. Měření aktivity 16N pomocí gama-detektorů, přiložených z vnější strany k cirkulačnímu potrubí chladící vody primárního okruhu, proto může monitorovat správnou funkci reaktoru.
  Kyslík O8 (Oxygenium) je za normální teploty reaktivní plynný prvek, tvořící 21% (objemových) zemské atmosféry. Spolu s uhlíkem a vodíkem je nejdůležitějším biogenním prvkem. Má tři stabilní isotopy: 16O (99,76%), 17O (0,04%), 18O (0,2%). Radioaktivní isotop 15O se někdy používá v pozitronové emisní tomografii:
Kyslík 15O 
se s poločasem T
1/2=122sec. přeměňuje beta+-radioaktivitou (99,82%) a v malé míře elektronovým záchytem (0,12%) na základní stav dusíku 15N. Isotop 15O se připravuje v cyklotronu buď ozařováním dusíku (obohaceného isotopem 15N) urychlenými deuterony jadernou reakcí 15N(d,2n)15O, nebo ozařováním kyslíku protony v reakci 16O(p,pn)15O. Jeho použití v PET je poměrně ojedinělé, vzhledem ke krátkému poločasu.
  Fluor F9 je za normální teploty zelenožlutý plyn, velmi reaktivní, takže se na Zemi vyskytuje pouze ve sloučeninách. Patří do skupiny halogenů - prvků tvořících soli (řec. halos=sůl). Je poměrně hojně rozšířený (540mg/kg v zemské kůře). Má jediný stabilní isotop 19F. Radioaktivní isotop 18F je velmi hojně využíván v pozitronové emisní tomografii:
Fluor 18F 
se s poločasem T
1/2=110min. přeměňuje beta+-radioaktivitou (96,86%) a elektronovým záchytem (3,14%) na základní stav kyslíku 18O. Isotop 18F se připravuje v cyklotronu nejčastěji ozařováním kyslíku (ve vodě obohacené isotopem 18O) urychlenými protony v reakci 18O(p,n)18F, méně často ozařováním stlačeného neonu urychlenými deuterony jadernou reakcí 20Ne(d,a)18F.
Pozitronové radionuklidy 
Všechny pozitronové radionuklidy, pokud jsou obsažené v látkovém prostředí
(což je prakticky vždy), při anihilaci emitovaných pozitronů s elektrony e++e-®2g vysílají gama-záření o energii 511keV (§1.2, část "Radioaktivita b+" a §1.6, část "Interakce nabitých částic - přímo ionizující záření ", obr.1.6.1 dole). Gama-spektrum "čistých" pozitronových radionuklidů, lehkých o kterých jsme zatím pojednali, je tvořeno jediným anihilačním e+e- píkem 511keV o intenzitě blízké 200% - u 11C (199,5%), 13N (199,6%), 15O (199,7%), 18F (193,7%). U některých dalších (těžších) pozitronových radionuklidů je zastoupení pozitronů nižší než 100% a tím pádem i intenzita anihilačního záření je často podstatně nižší než 200% - viz např. 22Na (180,7%), 58Co (29,8%), 64Cu (35%), 68Ga (177,8%), 89Zr (45,6%); bývají přítomné i další gama-píky.


Přeměnová schémata pozitronových radionuklidů 11C, 13N, 15O, 18F a gama-spektrum jejich anihilačního záření 511keV.

Pozitronové radionuklidy se používají především v nukleární medicíně ve formě vhodných radiofarmak, které se vychytávají a hromadí zvláště v nádorových tkáních, jejichž ditribuce se pak na základě koincidenční detece dvojic fotonů anihilačního záření gama 511keV zobrazuje pomocí pozitronové emisní tomografie PET (viz §4.3 "Tomografické kamery" a §4.8 "Radionuklidy a radiofarmaka pro scintigrafii", část "Pozitronové radionuklidy"). Z výše zmíněných lehkých pozitronových radionuklidů se široce používá pouze fluor 18F, další pozitronové radionuklidy (C-11, N-13, O-15) jen ojediněle, vzhledem k jejich krátkému poločasu.
  V našem pojednání uvedeme řadu dalších důležitých lehčích, středně těžkých a nakonec i těžkých nuklidů :

Sodík , Draslík
Sodík a draslík jsou nejběžnější prvky z řady alkalických kovů, hojně zastoupené v zemské kůře, mořské vodě i v živých organismech. Jsou to
měkké (lze je krájet nožem), lehké (plavou na vodě), stříbřitě lesklé kovy, velmi reaktivní (zvlášť bouřlivě reagují s vodou), takže se v přírodě vyskytují jen ve sloučeninách.
  Sodík Na11 (lat. Natrium) je nejrozšířenější alkalický prvek - obsah v zemské kůře 2,4-2,6 %, koncentrace v mořské vodě 10,5 g/litr. Sodík patří mezi biogenní prvky a nachází se ve všech buňkách rostlinných a živočišných tkání, jakož i v extracelulární tekutině...
Má jediný stabilní isotop 23Na. Z radioaktivních isotopů má význam především sodík-22 :
Sodík 22Na 
se s poločasem 2,6 roků přeměňuje dominantně beta
+-radioaktivitou (90%, Ebmax=500keV) a částečně elektronovým záchytem (10%) na 22Ne v excitovaném stavu 1275keV; při deexcitaci jsou emitovány fotony gama o téže energii 1275keV. Jen v 0,056% probíhá přeměna na základní stav 22Ne. Isotop 22Na se připravuje v cyklotronu buď ozařováním kovového hořčíku deuterony v jaderné reakci 24Mg(d,a)22Na, nebo ozařováním fluoru alfa-částicemi v reakci 19F(a,n)22Na.
  V gama spektru sodíku-22 dominuje anihilační pík 511keV (180%), v oblasti vyšších energií je výrazný pík 1274keV (100%).


Přeměnové schéma a gama-spektrum sodíku 22Na .

Radionuklid 22Na se používá především jako laboratorní zdroj pozitronů pro atomovou a jadernou fyziku (viz např. §1.5, část "Antičástice - antiatomy - antihmota - antisvěty", pasáž "Umělá výroba antihmoty") a pro materiálovou analýzu vzorků *). U některých PET kamer uzavřené zářiče Na-22 slouží jako kalibrační a adjustační zdroje anihilačního gama záření 511 keV (vedle 18F vzorků a Ge68-Ga68 etalonů ) - viz §4.3, část "Pozitronová emisní tomografie PET".
*) Analýza materiálů pomocí pozitronů, tzv. pozitronová anihilační spektrometrie (stručně popsaná v §3.3, pasáž "Pozitronová anihilační spektrometrie"), je založena na chování pozitronů při průchodu zkoumanou látkou. Vyšetřuje se doba života pozitronu, t.j. časový úsek mezi jeho vznikem v beta+-radioaktivitě 22Na (indikovaný emisí fotonu 1275keV) a zánikem (doprovázeným vyzářením anihilačních fotonů 511keV), čímž lze získat informace o strukturních nepravidelnostech - dislokace, vakance, nečistoty v krystalové struktuře.

 Alkalický kov draslík K19 (lat. Kalium) je rovněž velmi reaktivní a proto se v přírodě vyskytuje pouze ve sloučeninách. Obsah v zemské kůře cca 2,0-2,4 %, koncentrace v mořské vodě cca 380 mg/litr. I draslík je biogenním prvkem.......
Má dva stabilní isotopy
39K (93,3%) a 41K (6,73%). Přírodní draslík obsahuje též 0,0017% dlouhodobého radioaktivního isotopu 40K:
Draslík 40K 
je všeobecně rozšířeným přírodním (primárním) radionuklidem s velice dlouhým poločasem rozpadu 1,25.10
9roků. Přeměňuje se rozvětveně beta--radioaktivitou (89%) na základní stav vápníku 40Ca a elektronovým záchytem (11%) na argon 40Ar - na jeho excitovaný stav 1460 keV. Oba tyto dceřinné isotopy jsou stabilní, další rozpad již nepokračuje. Charakteristický pík gama 1460 keV (10,5%) draslíku je dobře patrný při všech spektrometrických měřeních přírodních vzorků s akviziční dobou několika hodin (srov. výše uvedený obr.1.4.2 v části "Přírodní radionuklidy").


Přeměnové schéma a gama-spektrum draslíku 40K.

Chrom , Železo
  Chrom Cr24 je světle bílý tvrdý kov, odolný vůči korozi. Je poměrně hojně zastoupený v pozemské přírodě (v zemské kůře cca 0,1-0,2 g/kg). Používá se především v metalurgii jako legující přísada či k pokovování. Má 4 stabilní isotopy: 50Cr (4,35%), 52Cr (85,8%), 53Cr (9,5%), 52Cr (85,8%), 54Cr (2,37%). Z radioaktivních isotopů našel praktické uplatnění jeden:
Chrom 51Cr 
Přeměňuje se s poločasem 27,7 dní elektronovým záchytem na stabilní isotop
51V - v 90% přeměn je to na základní a v 10% na vzbuzený stav 320keV, při jehož deexcitaci se emitují fotony gama o téže energii. Velmi jednoduché gama-spektrum chromu-51 je tvořeno jediným fotopíkem 320keV (10%). Ve srovnání s většinou ostatních beta(EC)-gama radionuklidů je, v přepočtu na aktivitu, 51-chrom poměrně slabým gama-zářičem, cca 10-x slabším než třebas cesium 137Cs, kobalt 60Co či radiojód 131I. Isotop 51Cr se připravuje jadernou reakcí 50Cr(n,g)51Cr ozařováním chrómu (obohaceného na cca 80% isotopem 50Cr) neutrony v jaderném reaktoru.


Rozpadové schéma a gama-spektrum chromu
51Cr.

Radionuklid 51Cr se používá jako stopovací radioindikátor v některých aplikacích v průmyslu, geologii a v nukleární medicíně. V nukleární hematologii se 51Cr-chromanovými ionty značí červené krvinky, příp. i bílé krvinky. Pomocí takto značených autologních erytrocytů se stanovuje doba života (resp. poločas přežití) krvinek a příp. místo jejich destrukce (§4.9 "Přežívání a sekvestrace erytrocytů.").
  Radionuklid 51Cr byl též. několikrát použit pro sledování cest podzemní vody. Do ponorného pramene se nalil roztok radiochrómu, načež se z několika blízkých vodních toků odebíraly vzorky vody a měřily se na citlivém studnovém scintilačním detektoru - zda se v nich objeví, za jak dlouho a v jakém množství, radioaktivita 51Cr.

  Železo Fe26 (Ferrum) je feromagnetický kovový prvek, poměrně hojně zastoupený v přírodě (4-6% v zemské kůře). Tento všeobecně známý kov je základním konstrukčním materiálem ve strojírenství, stavebnictví, elektrotechnice a řadě dalších technických oborů, jakož i v domácnosti a běžném životě. Má čtyři stabilní isotopy: 54Fe (5,8%), 56Fe (91,7%), 57Fe (2,2%) a 58Fe (0,28%). Z mnoha radioaktivních isotopů železa mají praktický význam dva:
Železo 55Fe 
se přeměňuje s poločasem 2,74 roků elektronovým záchytem na základní stav manganu
55Mn. Emituje se přitom chrakteristické X-záření Ka,b o energiích kolem 6keV. Zářiče 55Fe o dostatečně vysoké aktivitě se používají jako zdroje měkkého X-záření pro rentgen-fluorescenční analýzu lehkých prvků (lehčích než mangan), např. v geologickém průzkumu hornin.
Železo 59Fe 
Přeměňuje se s poločasem 44,5
dní beta--radioaktivitou na stabilní kobalt 59Co, převážně na excitované stavy 1099keV (53%) a 1292keV (45%). Při deexcitaci je emitováno g záření především o těchto dvou energiích (s nízkým zastoupením pak 142, 192, 335, 1482 keV). Používalo se při ferokinetických testech v hematologii v nukleární medicíně ke studiu metabolismu železa v souvislosti s procesy tvorby červených krvinek při anemii či leukemii 4.9.9., pasáž "Vyšetření kinetiky železa pomocí 59Fe"). V rostlinné biologii se isotop 59Fe používal pro sledování příjmu železa z půdy a živných roztoků a jeho ukládání v různých částech rostlin.

Kobalt
Kobalt Co27 je feromagnetický kovový prvek poměrně podobný železu, jeho zastoupení v zemské kůře je asi 25mg/kg. Jeho hlavní využití je v metalurgii. Má jediný stabilní isotop 59Co. Nejdůležitějšími radioisotopy kobaltu jsou 60Co a 57Co:
Kobalt 60Co 
Ze středně těžkých radionuklidů je široce využíván zvláště kobalt
60Co jako zdroj tvrdého záření gama energií 1173+1332keV pro radioterapii (§3.6, část "Isocentrická radioterapie"), defektoskopii (§3.3, část "Radiační defektoskopie") a další technické aplikace. 60Co se s poločasem 5,27 let přeměňuje beta--radioaktivitou na excitované stavy niklu 60Ni (což je stabilní nuklid). Je to především, v 99,88%, hladina 2506keV, která se kaskádově deexcituje nejprve na hladinu 1332,5keV, ta pak na základní stav 60Ni. Spektrum záření gama je tvořeno dvěma píky 1173 a 1332 keV, ve scintilačním spektru se výrazně zobrazuje též spojité Comptonovsky rozptýlené záření.
  Isotop 60Co se připravuje neutronovým ozařováním kovového kobaltu v jaderném reaktoru reakcí 59Co(n,g)60Co.


Přeměnové schéma a gama-spektrum kobaltu 60Co.

Kobalt 57Co
Dalším důležitým radioisotopem kobaltu je
57Co, který se používá jako zdroj měkčího záření gama 122+136 keV. 57Co se s poločasem 271,8 dní přeměňuje elektronovýn záchytem na excitované hladiny 706,4keV (0,18%) a především 136,5keV (99,82%) železa 57Fe. Nejvíce saturovaná hladina 136,5keV se v 10% deexcituje na základní stav 57Fe a v 85,5% na hladinu 14,4keV za emise hlavní energie gama 122keV. Po elektronovém záchytu jsou při přeskocích elektronů mezi L a K slupkou emitovány fotony charakteristického X-záření Ka,b železa o energiích 6,4-7,1 keV, dále konverzní a Augerovy elektrony. Gama-spektrum 57Co je tvořeno především hlavním píkem 122keV (85,5%), s nižším sousedním píkem 136keV (11%); v oblasti vyšších energií je až po velkém zvětšení vidět velmi slabý pík 692keV (0,16%).
  Isotop 57Co se připravuje deuteronovým ozařováním kovového železa v cyklotronu jadernou reakcí 56Fe(d,n)57Co.


Přeměnové schéma a gama-spektrum kobaltu 57Co.

57Co se používá jako zdroj gama záření pro Mösbauerovu spektrometrii železa a jeho sloučenin (§3.4, část "Mössbauerovská spektroskopie"). V nukleárné medicíně se používal vitamin B12 značený 57Co pro stanovení příjmu tohoto vitaminu střevní resorpcí 4.9.9, pasáž "Schillingův test").
  Oba zmíněné radionuklidy kobaltu 57,60Co se též využívají jako etalonové zářiče gama. Pro blízkost energie záření gama 122keV s energií 140keV 99mTc se bodové zdroje 57Co používají jako pointery při scintigrafii a plošné homogenní zdroje 57Co se používají pro seřizování a testování homogenity zorného pole scintilačních gamakamer (viz "Fantomy a fantomová měření v nukleární medicíně").
Kobalt 58Co 
Pro radioisotopovou diagnostiku v nukleární medicíně se v 60.-80.letech používal kobalt
58Co, který se s poločasem 70,8 dní elektronovým záchytem (84%) a b+-radioaktivitou (15%) přeměňuje na excitované stavy železa 58Fe - 811keV (84+15%) a 1675keV (1,2%). Při deexcitaci se emitují fotony gama převážně o energii 811keV (99,4%), s mnohem menší intenzitou 864keV (0,7%) a 1675keV (0,5%). V jaderné fyzice se někdy používá jako zdroj pozitronů. V nukleární medicíně se v 70.-80.letech používal vitamin B12 značený 58Co, podobně jako výše uvedeným 57Co. Všechny tyto metody jsou nyní již opuštěny.

Měď , Galium , Germanium
  Měď Cu29 (Cuprum) je všeobecně známý žlutočerveně lesklý kov s velmi dobrou elektrickou a tepelnou vodivostí. Obsah v zemské kůře činí cca 50-70mg/kg, čistá kovová měď se vyskytuje jen ojediněle, většinou se nachází ve sloučeninách - sulfidech, oxidech, v kombinaci se sloučeninami železa a dalších. Vedle metalurgie (slitiny s cínem - bronz, nebo zinkem - mosaz), strojírenství a stavebnictví, je hlavní použití mědi v elektrotechnice, díky výborné elektrické vodivosti a též odolnosti vůči korozi. Měď má dva stabilní isotopy 63Cu (69,15%) a 65Cu (30,85%). Některé radioaktivní isotopy mědi se sporadicky používají nebo zkoušejí v nukleární medicíně (především PET scintigrafii) a biochemických studiích: 61Cu (T1/2=3,3hod., b+,EC), 62Cu (T1/2=9,7min., b+,EC), 64Cu(T1/2=12,7hod., b+,EC), 67Cu (T1/2=61,8hod., b-,g) . Poněkud širší uplatnění našel jeden radionuklid :
Měď 64Cu , 
která se s poločasem 12,7 hod. přeměňuje beta
+ radioaktivitou (17,5%) a elektronovým záchytem (44%) na základní (53%) a excitovaný (0,5%) stav 64Cu ; dále beta- radioaktivitou (38,5%) na základní stav 64Zn. ....... V gama spektru 64Cu dominuje (jako u každého pozitronového radionuklidu) e-e+ anihiliční pík 511keV (35%), v oblasti vyšších energií je až při výrazném zvětšení vidět slabý pík 1345,7keV (0,47%).


Přeměnové schéma a gama spektrum mědi
64Cu ... gama-spektrum přijde změřit (až budu mít k dispozici vzorek 64Cu) .....

Pozitronový radionuklid Cu-64 se občas používá v pozitronové emisní tomografii ("§4.3 "Pozitronová emisní tomografie PET", §4.8 "Radionuklidy a radiofarmaka pro scintigrafii", pasáž "Radionuklidy a radiofarmaka pro PET"). Komplex 64Cu-ATSM (acetyl-methyl-thiosemikarbazon) se rychle a selektivně vychytává v hypoxických tkáních, používá se pro diagnostiku hypoxie myokardu a mozku, jakž i nádorové hypoxie. 64Cu-TETA-octreotid umožňuje PET zobrazení neuroendokrinních nádorů. Zkouší se též pro značení monoklonálních protilátek, např. 64Cu-DOTA-cetuximab, peptidu bombesin.........

  Galium Ga36 je měkký velmi lehce tavitelný kov (taje již při 30°C) světlé modrošedé barvy. Vyskytuje se poměrně vzácně (zastoupení v zemské kůře cca 15 mg/kg). Jeho hlavní použití je v elektronice jako složka řady polovodičových materiálů při výrobě tranzistorů a světlo emitujících diod (LED). Má dva stabilní isotopy 69Ga (60,1%) a 71Ga (39,9%). Z radioaktivních isotopů se používají dva:
Galium 67Ga 
se s poločasem 3,26 dní přeměňuje elektronovým záchytem na excitované stavy
67Zn o energiích především 93keV (52,5%), 184keV (22,7%) a 393keV (23,6%), na základní stav jde jen 3%. Při deexcitacích dceřinného 67Zn jsou emitovány fotony záření gama o energiích především 93, 184 a 393 keV. Spektrum záření gama radionuklidu 67Ga sestává především ze tří hlavních linií 93keV (38%), 184kev (21%) a 300keV (17%), slabší je linie 394keV (5%). V oblasti vyšších energií jsou slabé píky 494, 794 a 887 keV (zastoupení kolem 0,1%), viditelné ve spektru jen při silném zvětšení.


Rozpadové schéma a gama-spektrum galia 67Ga.

Isotop 67Ga se připravuje ozařováním zinku nebo mědi v cyklotronu urychlenými protony, deterony nebo jádry hélia (a-částicemi) jadernými reakcemi: 67Zn(p,n)67Ga, 68Zn(p,2n)67Ga, 67Zn(d,2n)67Ga, 65Cu(a,2n)67Ga.
  67Ga se používá v nukleární medicíně (ve formě komplexu galium-citrát) pro zobrazení míst v tkáních a orgánech, postižených zánětlivými procesy nebo nádorovými ložisky (§4.8 "Radionuklidy a radiofarmaka pro scintigrafii").

Galium 68Ga
se s poločasem 67,7 minut přeměňuje elektronovým záchytem (8,7%) a především
b+-radioaktivitou (87,9%) na 68Zn, nejčastěji na základní stav (jen něco přes 1% přeměn je do excitovaných stavů 67Zn, hlavně na hladinu 1077keV). V gama spektru galia-68 dominuje (jako u každého pozitronového radionuklidu) e-e+ anihiliční pík 511keV (178%), v oblasti vyšších energií jsou až při velkém zvětšení vidět slabé píky 1077 (3%), 1261 (0,1%) a 1883 (0,14%) keV.


Přeměnové schéma a gama-spektrum galia 68Ga .

Radiofarmaka značená 68Ga se používají v nukleární medicíně pro zobrazení metodou PET ("§4.3 "Pozitronová emisní tomografie PET", §4.8 "Radionuklidy a radiofarmaka pro scintigrafii", pasáž "Radionuklidy a radiofarmaka pro PET"). Isotop 68Ga se na pracovištích nejčastěji získává z germanium-galiových generátorů 68Ge/68Ga (zmíněných kousek níže v pasáži "Germanium 68Ge", včetně germaniového fantomu pro PET kamery). Galium 68Ga je do určité míry "PET analog" obvyklého technecia 99mTc u planární a SPECT scintigrafie. Umožňuje chelatační navázání na celou řadu radiofarmak, včetně lehčích monoklonálních protilátek (jejich Fab fragmentů). Zatím se nejčastěji používá pro zobrazení neuroendokrinních nádorů (somatostatinové receptory - značené octreotidy typu 68Ga-DOTATOC a jeho derivátů). Velmi perspektivní se jeví PET zobrazování nádorů prostaty pomocí značeného prostatického membránového antigenu 68Ga-PSMA (J591, 617, I&T, ...), s následnou radionuklidovou terapií.
  Zkouší se zobrazování peptidových receptorů exprimujících gastrin - bombesinových receptorů, pomocí např. 68Ga-DOTA-PEG2-bombesin, 68Ga-BZH3. Dále receptorů epidermálního růstového faktoru HER pomocí značeného fragmentu Fab trastuzumabu, též receptorů vaskulárního endotelového růstového faktoru VEGF. 68Ga-Annexin může sloužit pro PET pro zobrazování apoptózy.
  Galium-68 je velmi perspektivní diagnostický PET radionuklid, který má - v kombinaci s terapeutickými radionuklidy
90Y, 177Lu či 227Th - vysoký teranostický potenciál (je diskutováno v §4.9, pasáž "Kombinace diagnostiky a terapie - teranostika").

  Germanium Ge36 je šedobílý pevný polokovový prvek, který se v přírodě vyskytuje poměrně vzácně (zastoupení v zemské kůře cca 5-7 mg/kg). Jeho hlavní použití je v elektronice jako složka řady polovodičových materiálů při výrobě tranzistorů, diod, integrovaných obvodů; pro náš obor jaderné fyziky jsou důležité germaniové polovodičové detektory (Ge(Li), HPGe - §2.5 "Polovodičové detektory"). Germanium má 4 stabilní isotopy: 70Ge (20,4%), 72Ge (27,3%), 73Ge (7,8%) a 74Ge (36,7%). Přírodní germanium obsahuje též 7,83% velmi dlouhodobého radioaktivního isotopu 76Ge (T1/2=1,7.1021 roků; jeho radioaktivita je nepatrná, lze jej považovat za téměř stabilní - viz níže). Z radioaktivních isotopů zmíníme tři - jeden prakticky vyžívaný, druhý použitý v zajímavém experimentu a třetí pozoruhodný svým "exotickým" způsobem rozpadu :
Germanium 68Ge 
se s poločasem 270,9 dní přeměňuje elektronovým záchytem na základní stav pozitronového radionuklidu
68Ga. Na této radioaktivní přeměně je založen 68Ge/68Ga radionuklidový generátor, z něhož lze na pracovištích nukleární medicíny průběžně získávat krátkodobý radioisotop galium 68Ga (poločas 68 minut - obtížná doprava do míst mimo cyklotron) pro použití v PET scintigrafii (zmíněný výše 68Ga). Generátor Ge/Ga na principu iontové chromatografie je podobného typu jako známý Mo/Tc generátor (popsaný níže - 99mTc). Je to skleněná chromatografická kolonka, v níž je mateřské 68Ge v nerozpustné formě nasorbováno na oxidu titanu, hliníku nebo cínu. Zkoušejí se i "bezkovové" nosiče na organické bázi, jako je trihydrohybenzen (pyrogalol)-formaldehydová pryskyřice, slibné by mohly být porézní sorbenty na bázi nanomateriálů (zkoušejí se nanomateriály se zirkoniem a cerem). Po radioaktivní přeměně jáder 68Ge na dceřinná jádra 68Ga se vzniklé atomy galia vyvážou z nerozpustné vazby a mohou být z kolonky eluovány slabým roztokem kyseliny chlorovodíkové (0,1M). Eluce se dá provádět opakovaně (několik set krát), s příslušně klesající aktivitou může generátor sloužit cca 1-3 roky. Pozitronové galium-68 je tak na pracovišti nukleární medicíny operativně a dlouhodobě k dispozici pro klinické použití v PET.
  Posloupnost
68Ge--> 68Ga se též využívá v uzavřených "germaniových" fantomech pro kalibraci a testování gamakamer PET (viz "Fantomy a fantomová měření v nukleární medicíně", pasáž "Tomografické fantomy"). Zdrojem anihilačního záření 511keV, detekovaného PET kamerou, je zde dceřinné galium-68 (vzniká při interakci pozitronů emitovaných 68Ga s elektrony materiálu), mateřské germanium se na radiaci nepodílí.
  Vlastní mateřský isotop
68Ge se připravuje ozařováním isotopů galia v cyklotronu v jaderných reakcích 69Ga(p,2n)68Ge, 72Ga(p,4n)68Ge, nebo 66Zn(a,2n)68Ge, popř. tříštivými strip-reakcemi (p,p-xn) vyrážením "x" neutronů z isotopů brómu nebo germania.
Germanium 71Ge 
se s poločasem 11,4 dní přeměňuje elektronovým záchytem na základní stav
71Ga, je emitováno charakteristické X-záření galia. Tento isotop se použil v experimentech s radiochemickou detekcí slunečních neutrin s využitím reakce 71Ga(n,e-)71Ge. Po radiochemickém odsepování vznikajícího germania se měří charakteristické X-záření a Augerovy elektrony emitované z atomů galia po přeměně 71Ge elektronovým záchytem (§1.2, část "Neutrina - "duchové" mezi částicemi", pasáž "Detece neutrin").
Germanium 76Ge 
se dříve považovalo za stabilní isotop. Pozdější experimenty prokázaly, že se s obrovsky dlouhým poločasem 1,7.10
21 roků přeměňuje dvojným beta rozpadem b-b- na selen 75Se (§1.2, část "Radioaktivita beta-", pasáž "Dvojný rozpad beta"). .........

Rubidium - Krypton -Xenon
  Rubidium Rb37 je lehký měkký lesklý kov ze skupiny alkalických kovů. Je velmi reaktivní, takže se v přírodě vyskytuje jen ve sloučeninách (zastoupení v zemské kůře cca 100-300 mg/kg). Má jediný stabilní isotop 85Rb (72,17%), v přírodním rubidiu zbylých 27,83% tvoří primordiální radioaktivní isotop 87Rb (viz níže). Z radioisotopů rubidia mají význam tři isotopy s diametrálně rozdílnými poločasy:
Rubidium 81Rb 
S poloočasem 4,57 hod. se přeměňuje elektronovým záchytem (39%) a
b+-radioaktivitou (25%) na excitované stavy kryptonu 81Kr. Nejvíce zastoupená je přeměna za vzniku metastabilního izomeru 81mKr s energií 191keV a krátkým poločasem 13 sekund.
Uměle vyráběný isotop
81Rb se používá jako mateřský generátorový nuklid pro přípravu krátkodobého metastabilního izomeru 81mKr pro scintigrafii plicní ventilace v nukleární medicíně (viz níže 81mKr). 81Rb se připravuje nejčastěji reakcí 82Kr(p,2n)81Rb ozařováním kryptonu (příp. obohaceného isotopem 82Kr) protony urychlenými v cyklotronu.
Rubidium 82Rb 
S poloočasem 1,27 minut se přeměňuje
b+-radioaktivitou (96%) a elektronovým záchytem (4%) na základní (87%) a na excitované stavy (především na hladinu 776keV - 8%) kryptonu 82Kr. Při deexcitaci se emituje více energií fotonů gama, významnější je pouze energie 776keV. V gama spektru rubidia-82 dominuje (jako u každého pozitronového radionuklidu) e-e+ anihiliční pík 511keV (191%), patrný je dále gama pík 776keV (13%) a slabší 1395keV (0,5%); až při velkém zvětšení jsou vidět další velmi slabé píky až do 3900keV.
.......obrázek.........
..................Spektrum ......
Krátkodobý isotop 82Rb se získává elucí z generátoru 82Sr/82Rb, jehož mateřský isotop 82Sr má poločas 25,4 dní - viz pasáž "Sr-82". Rubidium-82 se používá experimentálně pro PET scintigrafii perfuze myokardu (§4.9.4., pasáž "Scintigrafie perfuze myokardu"). Aplikuje se ve formě chloridu 82RbCl, chová se jako analog draslíku (podobně jako thalium 201Tl).
Rubidium 87Rb 
je primordiální radioisotop rubidia (obsah 27,83% v přírodním rubidiu). S velmi dlouhým poločasem 4,81.10
10 roků se b--radioaktivitou přeměňuje na stroncium 87Sr v základním stavu. 85Rb se využívá v isotopové geochronologii pro určování stáří minerálů a hornin - rubidium-stronciové datování (viz výše "Radioisotopové datování").
  Krypton Kr36 je chemicky inertní vzácný plyn, v zemské atmosféře se nachází v koncentraci cca 0,0001%, odkud se získává frakční destilací zkapalněného vzduchu. Používá se k plnění žárovek a výbojek. Má 6 stabilních isotopů 78Kr (0,36%), 80Kr (2,29%), 82Kr (11,6%), 83Kr (11,5%), 84Kr (56,99%), 86Kr (17,28%). Z řady radioaktivních isotopů má praktické uplatnění zvláště 81mKr v nukleární medicíně a 85Kr v průmyslových aplikacích.
Krypton 81mKr 
je metastabilní jaderný izomer kryptonu-81, který s krátkým poločasem 13,1 sekundy deexcituje do základního stavu, z 65% emisí fotonu gama 191keV, z 35% vnitřní konverzí za emise obalového elektronu.
81mKr se získává z generátoru 81Rb/81mKr. Princip tohoto generátoru je v levé části obr.... Mateřské rubidium 81Rb je fixováno v pevné fázi v malé kolonce, přes kterou se pomocí ventilátoru (vzduchového čerpadla s regulovatelným výkonem) vede proud elučního vzduchu. Radioaktivním rozpadem rubidia-81 průběžně uvolňovaný dceřinný plynný krypton 81mKr je unášený procházejícím vzduchem a vedený do dýchací masky, z níž pacient vdechuje směs vzduchu a radioaktivního 81mKr. Do obvodu dýchací masky jsou zařazeny jednocestné ventily, dále je předřazen směšovací ventil vnějšího vzduchu pro zajištění volného dýchání. Vydechovaný vzduch se vede do vymírací nádoby (objemu cca 30 litrů), z níž vzhledem k velmi krátkému poločasu rozpadu 81mKr vychází již prakticky neradioaktivní vzduch (na rozdíl od níže uvedeného xenonu 133Xe, který bylo třeba odvádět potrubím mimo budovu).
Pozn.: Jak je vidět z rozpadového schématu v pravé části obrázku, po rychlé deexcitaci
81mKr vznikající krypton 81Kr v základním stavi není stabilní, ale je slabě radioaktivní (viz níže 81Kr), avšak vzhledem k dlouhému poločasu se to v dané aplikaci nijak neprojevuje (hluboko pod úrovní přírodního radiačního pozadí).
  
Při tomto vyšetření plicní ventilace se vdechovaný vzduch se stopovým obsahem radioaktivního 81mKr dostává do plicních alveol, přičemž emitované záření gama 191keV je snímáno gamakamerou. Na scintigrafickém obraze místa se sníženou aktivitou ukazují oblasti plic se zhoršenou ventilací, kam se krypton-81m, a tím pádem ani vzduch, nedostává (buď vůbec, nebo sníženě) - viz §4.9.5 "Scintigrafie plic (nukleární pneumologie)".


Generátor 81Rb/81mKr.
Vlevo: Princip činnosti generátoru a scintigrafického vyšetření plicní ventilace. Uprostřed: Jedno z konstrukčních uspořádání Rb-Kr generátoru. Vpravo: Přeměnové schéma 81Rb a 81mKr; v černém poli je scintilační spektrum záření gama 81mKr.

Krypton 81Kr
se s dlouhým poločasem 2,29.10
5 roků přeměňuje elektronovým záchytem na stabilní 81Br. Přitom v 99,7% vzniká 81Br v základním stavu, v 0,3% v excitovaném stavu 276keV. V přírodě se vyskytuje ve velmi nízkých stopových množstvích jako kosmogenní radionuklid.
Krypton 85Kr 
se s poločasem 10,75 let přeměňuje beta
- -radioaktivitou (Ebmax=687keV) na stabilní 85Rb, v 99,7% na základním stav, v 0,44% na excitovaný stav 514keV. Při deexcitaci se emitují fotony gama o téže energii 514keV (0,43%), ve stopovém množství (0,0000022%) pak ještě při kaskádové deexcitaci gama 362,8keV a 151,2keV. V přírodě 85Kr vzniká ve velmi nízkých stopových množstvích jako kosmogenní radionuklid, avšak v současné době je daleko větší množství produkováno v jaderných reaktorech (beta přeměnami z primárního štěpného produktu 85As). Vzhledem k delšímu poločasu se 85Kr během provozu reaktoru v palivu hromadí. Malá část tohoto kryptonu uniká přímo z reaktoru, většina pak při přepracování jaderného paliva, odkud se uvolňuje do atmosféry.


Přeměnové schéma a gama-spektrum kryptonu 85Kr
Omlouvám se za horší kvalitu gama spekter (statistické fluktuace, vysoké pozadí). Spektrum bylo měřeno na výbojce s velmi malým obsahem Kr-85 v plynové náplni. Slabé píky 151 a 363 keV nejsou téměř patrné v přírodním pozadí (pokud se mi podaří opatřit silnější vzorek Kr-85, měření by se zopakovalo)...

Krypton 85Kr se může vyrábět v jaderném reaktoru neutronovou fúzí přírodního kryptonu-84: 84Kr(n,g)85Kr; vzniká přitom převážně metastabilní 85mKr, který s poločasem 4,48 hod. deexcituje na základní stav 85Kr. Většinou se však 85Kr izoluje ze štěpných produktů jaderného paliva metodou PUREX.
  Krypton
85Kr se v technické praxi používá jako přísada do plynové náplně výbojek (cca 10kBq/m3), kde ionizace beta-elektrony usnadňuje zapálení elektrického výboje při nižším napětí (§3.7, pasáž "Radioaktivita ve výbojkách"). Další použití je jako stopovací plynný radionuklid pro odhalování netěsností v hermetických nádobách a potrubích. Též v různých dalších laboratorních aplikacích...(doplnit..?..)

Xenon
je do tohoto oddílu začleněn poněkud
atypicky, jeho protonové číslo a pozice v periodické tabulce prvků jej řadí až za jód (a před cesium). Z našeho hlediska jsou pro toto atypické zařazení dva důvody: 1. Xenon je inertní vzácný plyn podobný kryptonu; 2. Nejdůležitější radioisotopy kryptonu (81mKr) a xenonu (133Xe) mají své hlavní použití v nukleární medicíně stejné: pro scintigrafické vyšetření plicní ventilace.
Xenon Xe54  je chemicky inertní vzácný plyn, v zemské atmosféře se nachází v koncentraci cca 5.10-6 %, odkud se získává frakční destilací zkapalněného vzduchu. Používá se k plnění žárovek a hlavně výbojek. Má 8 stabilních isotopů: 124Xe (0,1%), 136Xe (0,09%), 128Xe (1,9%), 129Xe (26,4%), 130Xe (4,07%), 131Xe (21,23%), 132Xe (26,91%), 134Xe (10,44%), 136Xe (8,86%).
Pozn.: Za zajímavost stojí zmíněný stabilní isotop 129Xe, který je dceřinným produktem radioisotopu 129I a jehož zvýšený obsah v některých meteoritech se používá v tzv. jód-xenonové chronometrii pro určování doby jejich vzniku - viz výše část "Radioisotopové (radiometrické) datování", pasáž "Datování pomocí rozpadlých radionuklidů".
Z radioaktivních isotopů xenonu se občas používá
133Xe:
Xenon 133Xe 
se s poločasem 5,25 dne přeměňuje
b--radioaktivitou na 133Cs, v 99,1% na excitovanou hladinu 81keV, 0,87% probíhá na vyšší hladinu 160,6keV a jen 0,0092% na ještě vyšší hladinu 383,8keV. Při deexcitaci jsou vyzařovány především fotony gama o energii 81keV (37%), dále 79,6keV (0,29%), s velmi nízkou intenzitou pak vyšší energie 160,6keV (0,068%), 302,9keV (0,0058%) a 383,8keV (0,0028%).
Isotop
133Xe se nejčastěji získává štěpením uranu (obohaceného isotopem 235U) neutrony v jaderném reaktoru. Další možností je neutronové ozařování přírodního xenonu v jaderném reaktoru za použití reakce 132Xe(n,g)133Xe (vzniká zde rovněž metastabilní 133mXe, který s poločasem 2,2 dne emisí fotonu gama 233keV izomerně deexcituje na základní stav 133Xe), nebo neutronové ozařování cesia pomocí reakce 133Cs(n,p)133Xe.
  Plynný xenon
133Xe se používá *) v nukleární medicíně pro diagnostiku ventilační funkce plic - je podrobněji popsáno v §3.11b "Dynamická scintigrafie plic (ventilace 133-Xenon)" knihy "Komplexní vyhodnocování scintigrafie".
*) 133Xe se často používal především v 80.letech. Jeho nevýhodou byla obtížná dostupnost, složitá manipulace s plynným xenonem a potřeba speciální spirometrické dýchací aparatury. Za tuto cenu však umožňoval velmi komplexní vyšetření dýchací funkce. Nyní je ventilační scintigrafie plic prováděna většinou generátorovým kryptonem 81mKr popsaným výše.
Metastabilní xenon 131mXe 
je popsán níže v části "
Radiojód 131I", pasáž "Metastabilní xenon 131mXe".

S t r o n c i u m , Y t r i u m
 Stroncium Sr38 je poměrně měkký šedobílý lesklý kov z alkalické skupiny. Je značně reaktivní, v přírodě se vyskytuje pouze ve sloučeninách, v zemské kůře v množství 0,03-0,04%. Stroncium se v přírodě vyskytuje v podobě 4 stabilních isotopů: 84Sr (0,56%), 86Sr (9,86%), 87Sr (7%), 88Sr (82,58%).
Pozn.: Isotop 87Sr v přírodě vzniká beta-radioaktivitou isotopu rubidia 87Rb - je radiogenní; pomocí poměrů isotopů 87Sr, 86Sr a 87Rb se provádí dlouhodobé radiometrické datování (viz výše "Radioisotopové (radiometrické) datování").
Z radioaktivních isotopů stroncia jsou důležité především dva:
Stroncium 89Sr, 
se s poločasem 50,5 dní přeměňuje
b--radioaktivitou z 99,99% na základní stav ytria 89Y (Ebmax=1488keV) a z 0,01% na excitovaný stav 909keV (při deexcitaci je emitováno velmi slabé záření gama této energie). Je tedy prakticky čistým zářičem beta.


Přeměnové schéma a gama-spektrum stroncia 89Sr.
Pozn.: Gama pík 514
keV uprostřed spektra nepatří 89Sr, ale pochází z drobné (cca 0,01%) radionuklidové nečistoty 85Sr v měřeném vzorku.

V gama-spektru 89Sr vidíme především brzdné záření se spojitým spektrem, vznikající při interakci rychlých elektronů beta s atomy v materiálu vzorku; s klesající tendencí se táhne až k energii cca 1000keV. Při delší spektrometrické akvizici je zde při zvětšení vidět i slabý fotopík gama-záření o energii 909keV.
Při měření našeho konkrétního vzorku ("Metastron", dodaného laskavostí kolegů prim.MUDr.A.Chodackého a vrchní sestry H.Mixové z ONM Chomutov) se zobrazil i pík 514 keV, pocházející z radionuklidové nečistoty 85Sr (její vznik je zmíněný v poznámce níže).
  Isotop 89Sr se připravuje buď ozařováním stroncia (obohaceného isotopem 88Sr) pomalými neutrony reakcí 88Sr(n,g)89Sr v jaderném reaktoru, nebo ozařováním ytria rychlými neutrony v reakci 89Y(n,p)89Sr. Lze jej radiochemicky separovat i ze štěpných produktů uranu.
Pozn.: Typickými radionuklidovými nečistotami v preparátech 89Sr jsou zde 85Sr (vznikající reakcí n,g s isotopem 84Sr obsaženým v terčíku) a 90Sr, vznikající z isotopu 88Sr, nebo hojně obsažený ve štěpných produktech.
  Radioisotop 89Sr ve formě chloridu ("Metastron") se používá v nukleární medicíně pro paliativní terapii kostních metastáz ca prostaty a prsu (§3.6, část "Radioisotopová terapie").
Stroncium 90Sr 
se s poločasem 27,78 roků přeměňuje
b--radioaktivitou na radioaktivní ytrium 90Y (Ebmax=546keV) v základním stavu. Isotop 90Sr vzniká při jaderném štěpení uranu-235 a plutonia-239 (s výtěžkem 5,7%) a izoluje se ze štěpných produktů z vyhořelého jaderného paliva. Používá se v termoelektrických radioisotopvých bateriích (spolu s plutoniem-238). Důležité použití stroncia-90 je v 90Sr/90Y generátorech pro přípravu ytria 90Y v nukleární medicíně (viz níže Y-90).
Stroncium 82Sr - Sr/Rb generátor 
se s poločasem 25,4 dní přeměňuje elektronovým záchytem na radioaktivní rubidium
82Rb v základním stavu.
Isotop stroncium-82 slouží jako mateřský isotop v generátoru
82Sr/82Rb pro získávání krátkodobého pozitronového radionuklidu rubidia 82Rb pro použití v pozitronové emisní tomografii PET (výše uvedená pasáž "82Rb").
 Ytrium Y39 je stříbřitě šedý kov podobný skupině lantanoidů. V pozemské přírodě se vyskytuje pouze ve sloučeninách, v zemské kůře v množství cca 2-4mg/kg. Ytrium se používá k výrobě luminoforů. Má jediný stabilní isotop 89Y. Důležitým radioaktivním isotopem ytria je:
Ytrium 90Y, 
které se s poločasem 64,1 hodin přeměňuje
b--radioaktivitou z 99,9885% na základní stav 90Zr (Ebmax=2300keV) - je tedy prakticky čistým b-zářičem.
  Jen v nepatrném zastoupení 0,017% dochází k přeměnám na dva excitované stavy 90Zr 1760 (0,017%) a 2190 keV (mizivé zastoupení 0,0000014%). Hladina 2190keV přechází gama-deexcitací na základní stav (emise gama na hranicích měřitelnosti). Hladina 1760keV se na základní stav nemůže deexcitovat přímo, neboť se jedná o monopólový E0 přechod 0+®0+ (je diskutováno v §1.2, část "Záření gama", pasáž "Jaderná metastabilita a izomerie"); může docházet k 2-g emisi, vnitřní konverzi, nebo emisi e--e+ páru - 90Y je tedy i slabým pozitronovým zářičem.
  Ve spektru záření gama
90Y dominuje především spojitá křivka intenzívního brzdného záření, vznikajícího při interakci vysokoenergetických elektronů beta s materiálem vzorku (s klesající tendencí se táhne až k energii téměř 2MeV). Při podrobnějším měření s delším expozičním časem se dále ve spektru objevuje pík slabého anihilačního záření 511keV(0,006%) od emitovaných pozitronů. Velmi slabě zastoupeny jsou vyšší píky 1761keV *) a 2186keV.
*) Pík 1761keV vzniká především současnou detekcí obou emitovaných gama kvant při 2-g deexcitaci hladiny 1761keV (přímá gama deexcitace je zakázána - E0); proto je slabý.


Přeměnové schéma a gama-spektrum ytria
90Y.
Při měření spektra velmi slabého záření gama byl vzorek ytria obklopen vrstvou 2,5cm plastu pro odstínění tvrdých elektronů beta. Měřící doba 18 hod.

Isotop Y-90 se získává především z generátoru 90Sr/90Y zmíněného výše. Alternativními způsoby výroby je ozařování ytria neutrony v jaderném reaktoru 89Y(n,g)90Y (má však nízký účinný průřez), nebo pomocí cyklotronu ozařováním ytria deuterony 89Y(d,p)90mY(I.T.,T1/2=3,2h.)®90Y, či rubidia alfa-částicemi 87Rb(a,n)90mY(I.T)®90Y.
  Hlavní využití isotopu
90Y, jakožto čistého b-zářiče, je v terapeutické nukleární medicíně (§3.6, část "Radioisotopová terapie"), kde se využívají vysoce energetické beta-částice v radioimunoterapii, paliativní terapii metastáz či radiační synovektomii u větších kloubů. Relativně delší dosah těchto beta elektronů v tkáni umožňuje (díky efektu "křížové palby") rovnoměrné prozáření větších nádorů, vykazujících často heterogenní prokrvení a hypoxii.
  Slabé pozitronové a anihilační záření nemá přímý radiační význam, je naprosto přezářené intenzívním brzdným zářením. Zkouší se však možnost využít i tak slabé anihilační záření 511keV pro zobrazení biodistribuce teraputických radiofarmak značených 90Y pomocí pozitronové emisní tomografie PET *) s vyšším rozlišením, než jednofotonová scintigrafie (planární, SPECT) s použitím brzdného záření. Zajímavou a podstatně dokonalejší metodou tohoto zobrazení biodistribuce je PET scintigrafie s použitím níže uvedeného pozitronového ytria 86Y.
*) Koincidenčním režimem detekce je brzdné záření silně potlačeno, takže i slabé anihilační záření může být úspěšně detekováno. Princip PET je popsán v §4.3, část "Kamery PET".
Ytrium 86Y 
se s poločasem 14,7 hodin přeměňuje
b+-radioaktivitou (26%) a elektronovým záchytem (74%) na stroncium 86Sr ve více než 20 vysoce excitovaných hladinách. V gama spektru ytria-86 kromě e-e+ anihiličního píku 511keV (35%) je obsaženo velké množství gama-píků z deexcitací hladin 86Sr - výraznější zastoupení mají 443 (16%), 515+580 (5%), 628 (33%), 703 (15%), 777 (22%), 836 (5%), 1026 (10%), 1077 (83%), 1115 (31%), 1854 (17%), 1921 (21%) keV; při velkém zvětšení je vidět řada dalších slabých píků převážně vysokých energií, až do 3800keV.
.................obrázek...........
....................přeměnové schéma , spektrum ........
  Isotop
86Y se připravuje protonovým ostřelováním stronciového terčíku (vysoce obohaceného isotopem 86Sr) v cyklotronu reakcí 86Sr(p,n)86Y.
  Ytriem-86 se zatím experimentálně značí diagnostická radiofarmaka pro použí v pozitronové emisní tomografii PET jako radioindikátory pro farmakokinetiku a akumulaci terapeutických radiofarmak značených
90Y v organismu (isotop Y-90 je čistý beta, takže jeho biodistribuci nelze scintigraficky zobrazit). Je to speciální příklad teranostiky (srov. §4.9, pasáž "Kombinace diagnostiky a terapie - teranostika"), kdy v tomto případě jeden isotop (86Y) téhož prvku slouží jako diagnostický indikátor biodistribuce jiného isotopu (90Y) použitého v terapeutickém radiofarmaku - např. v 90Y-konjugátu monoklonálních protilátek.

 Zirkonium Zr40 je stříbřitě šedý kov ze skupiny přechodných kovů, chemicky velmi odolný. V pozemské přírodě se vyskytuje pouze ve sloučeninách, v zemské kůře v množství cca 160-200mg/kg. Křemičitan zirkon ZrSiO4 je tvrdostí a krystalickou strukturou podobný diamantu. Zirkonium se používá především v jaderných reaktorech (zapouzdření palivových článků), vzhledem ke své chermické i mechanické odolnosti a nízkému účinnému průřezu pro záchyt neutronů (§1.3, část "Jaderné reaktory"). Slitiny zirkonia s niobem vykazují supravodivé vlastnosti a používají se v některých supravodivých elektromagnetech.
Zirkonium má 4 stabilní isotopy
90Zr (51,5%), 91Zr (11,2%), 92Zr (17,1%) a 94Zr (17,4%). Přírodní zirkonium obsahuje též 2,8% radioaktivního isotopu primárního původu 96Zr, který se přeměňuje dvojitým beta rozpadem s obrovsky dlouhým poločasem 3,9.1019roků. Z radioaktivních isotopů zirkonia našel platnění jeden :
Zirkonium 89Zr, 
které se s poločasem 78,4 hodin přeměňuje elektronovým záchytem (76,2%) a pozitronovou radioaktivitou (22,8%) na stabilní
89Y v excitovaném stavu, především o energii 909 keV (ve zlomcích procenta probíhá elektronový záchyt i na vyšší hladiny 1744, 2530, 2567 a 2622 keV). V gama spektru zirkonia-89 je výrazný e-e+ anihiliční pík 511keV (46%) (jako u každého pozitronového radionuklidu) a ještě silnější je gama pík 909keV (99%); v oblasti vyšších energií jsou až při velkém zvětšení vidět slabé píky 1621, 1658, 1713 a 1745 keV.


Přeměnové schéma a gama spektrum zirkonia
89Zr ... gama-spektrum přijde změřit (až budu mít k dispozici vzorek 89Zr) .....

Pozitronový radionuklid Zr-89 se používá v pozitronové emisní tomografii ("§4.3 "Pozitronová emisní tomografie PET", §4.8 "Radionuklidy a radiofarmaka pro scintigrafii", pasáž "Radionuklidy a radiofarmaka pro PET"). Díky poněkud delšímu poločasu je 89Zr vhodný pro PET radioimunodiagnostiku s biokonjugáty těžších monoklonálních protolátek (struktura a vlastnosti monoklonálních protilátek jsou podrobněji rozebírány v §3.6, část "Cílená biologická léčba - monoklonální protilátky"), které mají pomalejší farmakokinetiku, takže při označení krátkodobým fluorem-18 nebo galiem-68 by se nestačily v nádorových ložiscích vychytat.
  Zkouší se značený 89Zr-cetuximab, který blokuje aktivaci epidermálního růstového faktoru EGFR, který hraje důležitou roli v proliferaci, diferenciaci a přežívání nádorových buněk. 89Zr-cetuximab může sloužit pro PET diagnostické zobrazení vychytávání cetuximabu v nádorových a normálních tkáních před imunoterapií. Může též teranosticky sloužit pro zjišťování biodistribuce 90Y či 177Lu -cetuximabu v radioimunoterapii. Dále se zkouší značený 89Zr-trastuzumab, proti epidermálního růstového faktoru HER2, podílejícím se na proliferaci, angiogenezi a metastázování nádorových buněk. 89Zr-bevacizumab, anti VGEF protilátka, může zobrazovat nádorovou angiogenezi způsobovanou vaskulárním endoteliálním růstovým faktorem VGEF. Značená 89Zr-J591 anti-PSMA monoklonální protilátka může být použita k zobrazení PSMA pozitivních nádorů prostaty.

Molybden , Technecium
 Molybden Mo42 je kovový prvek v pozemské přírodě poměrně vzácný (cca 1-7mg/kg v zemské kůře). Má řadu aplikací především v metalurgii. Vyskytuje se v řadě stabilních isotopů: 92Mo (11,8%), 924Mo (9,3%), 95Mo (16%), 97Mo (9,5%), 98Mo (24,1%), 100Mo (9,6%) *).
*) Pomocí koincidenčních měření s polovodičovými Ge detektory se ukázalo, že isotop 100Mo není zcela stabilní, ale s obrovsky dlouhým poločasem cca 8.1018let se dvojitým beta-rozpadem přeměňuje na ruthenium 100Ru.
  Z radioaktivních isotopů molybdenu je nejdůležitější 99Mo :
Molybden 99Mo 
se s poločasem rozpadu 66 hodin přeměňuje
b--radioaktivitou na excitované hladiny dceřinného nuklidu technecium 99Tc (levá část rozpadového schématu). V 82% přeměna probíhá na metastabilní excitovanou hladinu 142keV 99mTc o poločasu 6 hod., v 17% na vyšší hladinu 921keV, která při deexcitaci (přes hladinu 181keV) emituje záření g 740keV.
  Molybden-99 se připravuje v jaderném reaktoru dvěma způsoby. První metoda spočívá v neutronovém ozařování molybdenu
(obohaceného isotopem 98Mo) v reakci 98Mo(n,g)99Mo. Častěji se však 99Mo vyrábí štěpením uranu (obohaceného isotopem 235U) pomalými neutrony, kde jedním ze štěpných produktů je 99Zr, z něhož požadovaný molybden-99 vzniká dvěma následnými b--přeměnami: 99Zr(b-, T1/2=2,1s.)®99Nb(b-, T1/2=15s.)®99Mo.
  Molybden 99Mo slouží jako mateřský radionuklid pro získávání technecia 99mTc v Mo-Tc generátoru (viz níže).
 Technecium
Chemický prvek technecium Tc
43 se v přírodě prakticky nevyskytuje *), neboť nemá žádný stabilní isotop (přičemž poločasy rozpadu nejstabilnějších radioisotopů technecia 97,98,99Tc - 2,6.106let, 4,2.106let, 2,1.105let - nejsou dostatečně dlouhé na to, aby se do dnešní doby zachovalo primordiální technecium z výbuchu supernovy, tak jak je tomu u thoria, uranu či draslíku-40). Naprosto stopové množství technecia vzniká při spontánním štěpení uranu-235. V posledních několika desítiletích však poměrně značné množství technecia vzniká při provozu jaderných reaktorů (§1.3 "Štěpení atomových jader", pasáž "Štěpné produkty").
*) V Mendělejevově periodické tabulce zůstávalo místo pro atomové číslo 43 dlouho prázdné. První isotop tohoto prvku byl objeven v r.1937 při ozařování molybdenu urychlenými deuterony v cyklotronu 99Mo(d,n)97Tc. Z toho vznikl název "technecium" jako prvek, jehož isotopy lze připravit jen umělou - technickou - cestou.
Technecium 99mTc
Pro nukleární medicínu je vůbec nejdůležitějším radionuklidem metastabilní technecium
99mTc (T1/2=6hodin), které je čistým zářičem gama o energii Eg=140keV (88,5%). Se zanedbatelně slabou intenzitou jsou emitovány g fotony 2,2keV, 90keV, 142keV, 233keV a 322keV (viz níže). Poměrně hojně jsou však zastoupeny konverzní a Augerovy elektrony, produkované z atomového obalu při vnitřní konverzi deexcitačních přechodů (mechanismus je popsán v §1.2, pasáž "Vnitřní konverze záření gama a X"). Jsou to především nízkoenergetické elektrony 1,6-2,9keV (210%), 14-21keV (2,2%) a též elektrony středních energií 120-140keV (21%). Při vnitřní konverzi vzniká též přeskoky mezi elektronovými hladinami v obalu měkké charakteristické X-záření 18-21keV (8%).
  
99mTc se získává téměř výhradně shora uvedeným beta-rozpadem molybdenu 99Mo (T1/2=66hod.) v tzv. Mo-Tc generátoru. Lze jej však vyrobit i přímo ("instantní" technecium) protonovým ostřelováním přírodního molybdenu (obohaceného isotopem 100Mo) v cyklotronu pomocí reakce 100Mo(p,2n)99mTc - používá se jen ojediněle.
  
Mo-Tc generátory jsou většinou elučního typu. Molybdem 99Mo je v "chromatografické" kolonce nasorbován na nosiči (většinou Al2O3) v nerozpustné formě oxidu. Po radioaktivní přeměně jádra 99Mo na dceřinné jádro 99mTc se vzniklý atom technecia vyváže z nerozpustné vazby; spojí se se 4 atomy kyslíku za vzniku aniontu 99mTcO4- pertechnetátu. Tento dceřinný produkt je rozpustný ve vodě, čímž může být promýváním vodou - elucí - odseparován od výchozího molybdenu (na obr. vlevo). Jelikož se eluce provádí fyziologickým roztokem obsahujícím sůl NaCl, anionty pertechnetátu se okamžitě vážou iontovou vazbou se sodíkem za vzniku technecistanu sodného Na99mTcO4-. V této chemické formě získáváme technecium z elučního generátoru.


Eluční
99Mo/99mTc generátor.
Vlevo: Principiální funkční schéma elučního generátoru. Uprostřed: Technické provedení sterilního generátoru s evakuovanou eluční lahvičkou.
Vpravo: Přeměnové schéma molybdenu
99Mo na technecium 99mTc, deexcitace na 99Tc a pomalé přeměny na stabilní ruthenium 99Ru.

Nové typy sterilních elučních generátorů používají evakuovanou eluční lahvičku, do níž se po "napíchnutí" vlivem atmosférického podtlaku automaticky nasaje fyziologický roztok hadičkou vedoucí ze zásobní lahvičky přes sorbční kolonku generátoru s 99Mo (na obr. uprostřed). Během několika desítek sekund se lahvička naplní eluátem 99mTc.
  Podrobné rozpadové schéma 99mTc je níže v pravé části obrázku. Výchozí metastabilní hladina 142keV (vzniklá po beta-přeměně 99Mo) izomerně přechází nejdříve na hladinu 140,5 keV, odkud se vyzařuje základní záření gama o energii 140,5keV. S velmi malým zastoupením 0,02% dochází k přímé deexcitaci na základní stav, při němž je emitována energie 142,7keV. Fotony velmi měkkého záření gama 2,17keV prakticky nepozorujeme, neboť téměř ve 100% podléhají vnitřní konverzi. Jádro technecia 99Tc v základním stavu (po izomerním přechodu z 99mTc) je beta-radioaktivní a s velmi dlouhým poločasem 200 000 let se pomalu přeměňuje na stabilní ruthenium 99Ru. Ve zcela nepatrném procentu dochází k přímé beta-přeměně 99mTc z metastabilní hladiny *) na 99Ru (základní stav jádra 99Tc je "bypassován") - především na excitované hladiny 322 a 90 keV 99Ru. Jejich deexcitací vzniká g-záření o energiích 322, 232 a 90 keV, ovšem zcela nepatrného zastoupení. Při radioaktivitě 99mTc je dále emitováno měkké charakteristické X-záření o energiích » 2-3keV (L-série) a »18-22keV (K-série), jakož i větší počet nízkoenergetických konverzních a Augerových elektronů (až 4 elektrony/1přeměnu), většinou o energiích »1,6-3 keV, menší množství »120-140 keV (bylo uvedeno výše).
*) Při tomto procesu se neuplatňuje běžně uváděná energie 142keV této metastabilní hladiny vzhledem k základnímu stavu 99Tc, ale energie 436keV měřená vzhledem k základnímu stavu dceřinného 99Ru. Je to speciální případ větvené přeměny, shora diskutované v části "Přeměnová schémata".


Podrobné přeměnové schéma technecia 99mTc - důležitého radionuklidu v nukleární medicíně.
Vlevo: Vznik metastabilního 99mTc beta-radioaktivitou molybdenu
99Mo. Vpravo: Metastabilní hladina 142 keV, vedle dominantní deexcitace na základní stav technecia 99Tc, se může s nepatrnou pravděpodobností beta--radioaktivitou přeměňovat přímo na excitované hladiny ruthenia-99.

Ve standardním scintilačním gama-spektru 99mTc (na scintilačním spektrometru nebo gamakameře) pozorujeme pouze jeden výrazný fotopík energie 140keV - na obr. vlevo (na polovodičovém spektrometru můžeme při pečlivém dlouhodobém měření rozlišit i slabou linii 142,7keV). Slabé píky z excitovaných hladin 99Ru, vznikajících z 99mTc "bypassováním" 99Tc, především 322keV, můžeme spektrometricky vidět až po odfiltrování silné přezařující linie 140keV vrstvou cca 4-5mm olova; na tomto filtrovaném spektru je dále patrná i linie 740keV kontaminantu 99Mo - pravá část obrázku.
Pozn.: Linii 90keV, která je silnější než 322keV, v tomto filtrovaném spektru nevidíme, neboť je zcela pohlcena olověnou vrstvou.


Gama-spektrometrické měření eluátu
99mTc (nahoře - scintilační spektrum, dole - polovodičové spektrum).
Vlevo: Základní spektrum záření gama
99mTc. Vpravo: Filtrované spektrum záření gama měřené přes stínící vrstvu 5mm olověného kontejnerku, v němž je možno pozorovat velmi slabou g-linii 322keV 99mTc a gama-linie 740 a 778 keV kontaminantu 99Mo.

Techneciem značená radiofarmaka (§4.8 "Radionuklidy a radiofarmaka pro scintigrafii") nacházejí široké uplatnění při statické i dynamické scintigrafii ledvin, jater, plic, srdce, mozku a dalších orgánů, jakož i v nádorové diagnostice (§4.9 "Klinická scintigrafická diagnostika v nukleární medicíně").

I n d i u m , C í n
 Indium In49 je měkký snadno tavitelný kov (157°C) světlé barvy, v přírodě poměrně vzácně zastoupený (cca 0,1mg/kg v zemské kůře). Využívá se pro přípravu nízkotavitelných slitin, pokovování zrcadel, v elektronice při výrobě zvláště optoelektronických součástek. Má dva stabilní isotopy 113In (4,3%) a 115In (95,7%).
 Cín Sn50 je rovněž měkký snadno tavitelný kov (232oC) světlé barvy, poněkud více zastoupený (cca 2-4 mg/kg v zemské kůře). Má řadu stabilních isotopů: ........
Z radioaktivních isotopů india a cínu mají určitou důležitost tři radionuklidy:
Indium 111In 
Přeměňuje se s poločasem 67,4 hodin elektronovým záchytem na kadmium
111Cd v excitovaném stavu 416keV, při jehož kaskádové deexcitaci je emitováno záření gama o energiích 171 a 245keV (rozpadové schéma v levé části obr....). Gama spektrum 111In sestává ze dvou výrazných fotopíků zmíněných energií (spektrum v pravé části obrázku), při měření s vysokou detekční účinností je ve spektru patrný i slabší sumační pík kolem energie 416keV. Vyrábí se ozařováním kadmia (obohaceného isotopem 111Cd) urychlenými protony v cyklotronu reakcí 111Cd(p,n)111In.
  V nukleární medicíně se 111In poměrně často používá pro scintigrafii nádorů a zánětlivých ložisek, pro imunoscintigrafii a scintigrafii likvorových cest (§4.9 "Klinická scintigrafická diagnostika v nukleární medicíně", "Scintigrafie likvorových cest"...).


Přeměnové schéma a gama-spektrum india
111In.

Cín 113Sn
S poločasem 115 dní se přeměňuje elektronovým záchytem na dva excitované stavy india
113In: v 98,2% vzniká excitovaný stav india 113mIn, v 1,8% hladina 647keV, která emisí fotonu gama 255keV přechází rovněž na hladinu 113mIn. Radionuklid 113Sn se vyrábí ozařováním cínu (obohaceného isotopem 112Sn) neutrony v jaderném reaktoru pomocí reakce 112Sn(n,g)113Sn. Tento radionuklid slouží jako mateřský isotop pro získávání india 113mIn v generátoru 113Sn/113mIn:
Indium 113mIn 
Metastabilní
113mIn s poločasem 1,66hod. deexcituje na základní stav emisí fotonů gama o energii 392keV. Získává se z výše uvedeného generátoru 113Sn/113mIn. V nukleární medicíně se používal v 60.-80.letech pro podobné scintigrafické metody jako nyní 111In, jakož i pro vyšetření skeletu, mozku či ledvin. Později byl postupně vytlačen radiofarmaky značenými 111In a 99mTc, jejichž delší poločas a nižší energie gama záření jsou vhodnější pro scintigrafii.

J ó d
Prvek
jód I53 ze skupiny halogenů je vysoce reaktivní a v přírodě se vyskytuje pouze ve sloučeninách; je poměrně vzácně zastoupený (cca 0,1-5 mg/kg v zemské kůře, v mořské vodě cca 0,6mg/l). V pevném skupenství tvoří tmavě fialové lístkové krystalky, které za atmosférického tlaku sublimují přímo do plynné fáze. Jód patří mezi biogenní prvky, využívá ho především štítná žláza pro tvorbu hormonů, především thyroxinu. Má řadu isotopů v rozmezí 108I - 144I, z nichž stabilní je pouze jeden 127I. Jód je prvek s největším počtem v praxi využívaných radioisotopů, především pro aplikace v nukleární medicíně; zmíníme si je zde v pořadí podle důležitosti:
Radiojód 131I 
Nejdůležitějším radioisotopem jódu je radiojód
131I (T1/2=8 dnů, b- s max. energií 606keV, hlavní energie g 364keV). Radionuklid 131I se (podle rozpadového schématu na obr. vlevo) b--radioaktivitou přeměňuje na excitované stavy dceřinného nuklidu xenonu 131Xe, který je již stabilní (neradioaktivní). Dominantní "kanál" beta-přeměny je na excitovanou hladinu 364,5 keV (89%), která v 81% deexcituje na základní stav 131Xe a v 6% deexcituje na hladinu 80keV (která vzápětí deexcituje na základní stav). Ve 2% nastává přeměna na excitovanou hladinu 722keV, v 7% na hladinu 637keV, ve zlomcích procenta na některé další excitované hladiny (včetně zajímavé metastabilní hladiny 164keV dceřinného izomeru 131mXe - viz níže "Metastabilní 131mXe").


Přeměnové schéma a gama-spektrum radiojódu
131I .
Pozn.: Toto spektrum bylo měřeno s "čerstvým" vzorkem jódu, v němž se ještě nestačil nahromadit metastabilní xenon 131mXe.

Ve scintilačním a polovodičovém spektru záření gama 131I dominuje hlavní fotopík zachycující energii záření g 364keV. Směrem k vyšším energiím jsou patrné dva slabší píky 637 a 723 keV. V oblasti nižších energií pak vidíme rovněž slabší píky 284 a 80 keV, úplně na začátku spektra pak charakteristické X-záření Ka,b xenonu 30keV (nízkoenergetické linie La,b 4-5keV na běžném gama detektoru nevidíme).
Metastabilní 131mXe 
Při beta-radioaktivitě radiojódu
131I je jednou z excitovaných hladin dceřinného 131Xe i metastabilní 131mXe hladina o energii 164keV, která se s poločasem T1/2=12 dní deeexcituje na základní stav jádra 131Xe; tento vzbuzený metastabilní stav můžeme tedy považovat za samostatný radionuklid 131mXe. Na tuto metastabilní hladinu probíhá jen 0,38% rozpadů 131I a navíc její deexcitace silně podléhá vnitřní konverzi (z 98%), takže jen cca 0,021% je emitováno jako záření gama 164keV (viz níže). V hermeticky uzavřeném preparátu 131I je po cca 14 dnech od výroby isotopu 131I dosažena radioaktivní rovnováha mezi dynamikou přeměny 131I a 131mXe (z otevřeného vzorku však plynný dceřinný xenon průběžně uniká). Lze říci, že každý preparát radiojódu-131 je směsí dvou radioisotopů: mateřského beta-gama-radionuklidu 131I s poločasem 8dní a dceřinného metastabilního gama-radionuklidu 131mXe s poločasem 12dní.
  Slabý fotopík 164keV z metastabilního
131mXe není ve scintilačním spektru vzorku 131I viditelný, protože leží v oblasti Comptonova rozptylu hlavní energie 364keV (interferuje s píkem zpětného rozptylu). Ani na polovodičovém spektru není na první pohled patrný, je vidět až po silném zvětšení úseku spektra mezi 100-200 keV. Pro přesnější spektrometrické změření metastabilního 131mXe jsme vymysleli drobnou "fintu", spočívající v následujícím jednoduchém experimentu (snadno proveditelném na pracovišti nukleární medicíny) :
  Použili jsme kapalný vzorek
131I ve formě jodidu NaI o aktivitě cca 100MBq (radiojód běžně používaný k terapii štítné žlázy), hermeticky uzavřený v penicilince po dobu asi 14 dní. Do injekční stříkačky s jehlou jsme pak odsáli vzduch nad hladinou vzorku s obsahem dceřinného plynného xenonu; tuto stříkačku jsme okamžitě uzavřeli. V takto získané plynné náplni ve stříkačce bude, kromě vzduchu, i dceřinný xenon-131 s obsahem metastabilního 131mXe, jehož gama-záření můžeme měřit ve spektrometru - zbavili jsme se tím rušivého mateřského isotopu 131I *), od něhož jsme odseparovali dceřinný 131mXe. Výsledný vzorek (o aktivitě zhruba 3kBq) pro spektrometrické měření jsme potom připravili tak, že z odsáté plynné náplně ve stříkačce jsme cca 1/2 mililitru přepustili do malé měřící kyvety.
*) Pokud by v plynné náplni byl obsažen vypařený plynný jód, můžeme se ho zbavit protřepáním roztokem neaktivního jodidu draselného nebo hydroxidu sodného. Při našem měření toto však nebylo potřeba, odsátý vzorek byl naprosto čistý, bez sebemenší stopy jódu 131.
  Toto měření zároveň ukazuje, že z roztoku jodidu sodného se jód neodpařuje, neboť atomy jódu jsou vázány pevnou iontovou vazbou s atomy sodíku. Není tedy pravda vžité paradigma, že při práci s otevřeným jodidem Na131I se do vzduchu uvolňuje ("sublimuje") radionuklid jód-131. Uvolňovat se může jedině plynný radionuklid xenon 131mXe. Jiná je situace u složitějších sloučenin radiojódu, např. 131I-MIBG, kde vazba není tak silná a určté menší množství jódu se ze sloučeniny uvolňuje. V parách nad vzorkem pak vedle xenonu-131m můžeme pozorovat i radiojód-131 (spektrometricky jsme prokázali).

Přeměnové schéma a gama-spektrum metastabilního xenonu 131mXe.
  Plynný vzorek 131mXe byl získán separací z preparátu radiojódu 131I odsátím plynu nad hladinou roztoku 131I-jodidu sodného.

Podle přeměnového schématu na obrázku vlevo metastabilní 131mXe s poločasem 11,96 dní deexcituje izomerním přechodem (IT) na základní stav 131Xe. Jen v necelých 2% je to přímou emisí fotonů gama o energii 164keV. V 98% dochází k vnitřní konverzi (IC) emisí obalového elektronu atomu xenonu, převážně ze slupky K (61%), částečně i ze slupky L (28%) a z vyšších slupek M,N (8%). Takto emitované konverzní elektrony pak mají řadu diskrétních energií v rozsahu 129-163,8 keV. Na "uprázdněná místa" po konverzních elektronech vzápětí přeskakují elektrony z vyšších hladin, což vede k intenzívní emisi fotonů charakteristického X-záření s diskrétními energiemi v rozsahu cca 29-34keV. Částečnou vnitřní konverzí tohoto X-záření jsou dále emitovány Augerovy elektrony o energiích 23-34keV (a též o velmi nízkých energiích 2,5-5,5keV).
  Na obrázku vpravo je výsledné gama-spektrum změřené s takto odseparovaným vzorkem
131mXe. Dominuje zde charakteristické X-záření (linie Ka,b) xenonu 30keV, vznikající v důsledku silné vnitřní konverze při deexcitaci vzbuzené hladiny 164keV. Fotopík vlastní gama linie 164keV 131mXe je podstatně nižší, ve spektru je však velmi dobře patrný, zvláště ve zvětšeném výřezu.
Výroba a použití radiojódu
131I 
Isotop
131I lze získat ozařováním teluru neutrony v jaderném reaktoru reakcí 130Te(n,g)131mTe, s následnými radioaktivními přeměnami 131mTe(g, T1/2=30hod..)®131Te(b-, T1/2=25min.)®131I. Většinou se však radiojód 131I připravuje separací ze štěpných produktů 235U.
  Jód
131I má v nukleární medicíně klíčový význam pro diagnostiku (složka gama) a hlavně terapii (složka beta) onemocnění štítné žlázy (§4.9.1 "Thyreologická radioisotopová diagnostika" a §3.6, část "Radioisotopová terapie"). Používá se též pro cílenou radioisotopovou terapii neuroendokrinních nádorů (131I-MIBG) a lymfomů (131I-Bexxar).
  Pro scintigrafickou diagnostiku má
131I nevýhodu v poměrně vysoké radiační zátěži, způsobené ozářením tkáně energetickými beta částicemi. Tam, kde je nezbytně potřeba jód, je proto 131I v poslední době pro diagnostiku nahrazován isotopem 123I (viz níže). V řadě vyšetření pak ještě lépe např. 99mTc, které je čistým gama-zářičem s ještě daleko nižší radiační zátěží.
Jód 123I 
Dalším radioisotopem jódu používaným v nukleární medicíně je 123I. S poločasem T1/2=13,2 hod. se přeměňuje elektronovým záchytem na tellur 123Te *), především na jeho excitovanou hladinu 159keV (97%), z níž pochází hlavní energie záření g používaná pro scintigrafii. Záření gama emitované při dexcitaci z vyšších energetických hladin (cca 400-1000keV) má velmi malou intenzitu, takže se prakticky neuplatňuje. Deexcitačními přechody v atomovém obalu po elektronovém záchytu dále vzniká intenzívní charakteristické X-záření (Ka,b) 27-31 keV.
*) Dceřinný telur-123 je slabě radioaktivní, přeměňuje se s velmi dlouhým poločasem 12 miliard roků elektronovým záchytem na antimon (stibium)-123. Aktivita
123Te v používaných preparátech (desítky MBq) po rozpadu 123I je však neměřitelně nízká, milionkrát menší než je přírodní pozadí.


Přeměnové schéma a spektrum záření gama jódu 123I

Isotop 123I se připravuje protonovým či deuteronovým ozařováním teluru nebo xenonu v cyklotronu pomocí několika jaderných reakcí. S telurem (obohaceným příslušným isotopem) je to reakcemi 123Te(p,n)123I, 122Te(d,n)123I, nebo 124Te(p,2n)123I. Častější metodou výroby isotopu 123I je ozařování xenonu (vysoce obohaceného isotopem 124Xe) protony o energii 25MeV, při němž dochází souběžně ke třem druhům jaderných reakcí: 124Xe(p,2n)123I - přímý vznik 123-jódu ; 124Xe(p,pn)123Xe(b+,EC, T1/2=3,9min.)®123I ; 124Xe(p,2n)123Cs(b+,EC, T1/2=5,9min.)®123Xe(b+,EC, T1/2=2,08hod..)®123I. Po ozařování se z terčíkové komůrky s xenonem za cca 12hod. (až se 123Xe rozpadne na 123I) odseparuje výsledný 123I a zbylý xenon 124Xe se recykluje pro opakované použití.
  Jódem-123 se značí některá radiofarmaka pro scintigrafii. Především je to jodid sodný Na
123I pro scintigrafii štítné žlázy (§4.9.1 "Thyreologická radioisotopová diagnostika"). Pro scintigrafii receptorových systémů v mozku se používá 123I-ioflupane a 123I-IBZM (§4.9.8, část "Scintigrafie receptorových systémů v mozku"). Ve srovnání s jódem 131I má 123I vhodnější energii gama, a jelikož neemituje záření beta, způsobuje při vyšetření podstatně nižší radiační zátěž pro pacienta.

Jód 125I
Radiojód 125I (X 27+31keV, g 35keV) se s poločasem T1/2=59,4 dnů přeměňuje elektronovým záchytem na excitovanou hladinu 35,5keV telluru 125Te. Deexcitací na základní stav se emituje záření gama energie 35,5keV (6,63%). Po elektronovém záchytu se dále emitují fotony charakteristického X-záření telluru Ka 27,2-27,4 keV (100%) a Kb 30,9-31,8 keV (25%); toto X-záření je dominantní. Kromě toho se po elektronovém záchytu v důsledku vnitřní konverze gama a X z elektronového obalu dceřinného teluru emituje větší množství Augerových a konverzních elektronů s energiemi 0,7-30 keV (cca 20 elektronů/1rozpad). V gama-spektru 125I jsou vidět píky charakteristického X-záření kolem 30keV a pík gama 35keV (na scintilačním detektoru splývají v jeden širší pík) a při dobré detekční účinnosti též sumační pík kolem 65keV, vznikající koincidenční detekcí fotonů gama+X *). Při měření vzorků 125I ve studnovém scintilačním detektoru s detekční účinností cca 80% může být sumační pík dokonce dominantní.
*) Při elektronovém záchytu zde dochází k přeskoku elektronů v obalu za vzniku fotonu charakteristého X-záření a prakticky současně k deexcitaci vzbuzené hladiny 35,5keV 125Te s emisí fotonu gama. Oba tyto fotony pak přicházejí do detektoru současně a mohou být koincidenčně detekovány za vzniku impulsu odpovídajícího součtu obou energií, cca 65keV.


Přeměnové schéma a gama-spektrum radiojódu
125I.

Isotop 125I se připravuje ozařováním xenonu (obohaceného isotopem 124Xe) neutrony v reakci 124Xe(n,g)125Xe s následnou radioaktivní přeměnou 125Xe(EC, T1/2=16,9hod.)®125I.
  Jód
125I se v nukleární medicíně používá pro in vitro radioimunoanalýzu (§3.5 "Radioisotopové stopovací metody") a v radioterapii pro permanentní intersticiální brachyterapii (§3.6, část "Brachyradioterapie").

Jód 129I
se s dlouhým poločasem T
1/2=1,57.107roků přeměňuje beta--radioaktivitou na excitovaný stav 39,6keV xenonu 129Xe, při jehož dexcitaci jsou emitovány gama-fotony o téže energii. Vzhledem k vysoké vnitřní konverzi fotonů gama jsou též emitovány konverzní elektrony a výrazné charakteristické X-záření o energii kolem 30-34keV (avšak přece jen ne tak intenzívní jako při elektrovém záchytu u jódu-125).
129I se ve stopových nmožstvích vyskytuje v přírodě - v zemské kůře vzniká při štěpení uranu, v atmosféře vzniká jako kosmogenní radionuklid z xenonu reakcemi vyvolanými kosmickým zářením. V novější době 129I vzniká při štěpení uranu-235 a plutonia-238, odkud se uvolňuje při přepracování vyhořelého jaderného paliva. Vzhledem k podobnosti gama-spektra I-129 a I-125 se etalony 129I používají při kalibraci detekčních systémů pro měření vzorků 125I v radioimunoanalýze.
Pozn.: Za zajímavost stojí využití radioisotopu 129I, resp. analýzy zvýšeného obsahu jeho stabilního dceřinného isotopu 129Xe v některých meteoritech, v tzv. jód-xenonové chronometrii pro určování doby jejich vzniku - viz výše část "Radioisotopové (radiometrické) datování", pasáž "Datování pomocí rozpadlých radionuklidů".


Přeměnové schéma a gama-spektrum radiojódu
129I.
Spektrum je velice podobné výše zobrazenému spektru jódu 125I. Drobný rozdíl je v poněkud menším relativním zastoupení charakteristického X-záření vzhledem ke gama-linii 39,6keV. Dále není přítomen sumační pík X(Ka,b)+g, neboť charakteristické X-záření zde vzniká v důsledku vnitřní konverze fotonů gama, které tím zanikají a místo nich emitované fotony X nemají s čím "koincidovat". Při každé radioaktivní přeměně 129I se emituje buď foton gama 39,6keV, nebo foton X 30-34keV, nikdy oba současně.

Jód 124I
je pozitronový radionuklid, který se s poločasem 4,18 dní přeměňuje beta
+-radioaktivitou (23%) a elektronovým záchytem (77%) na základní stav (27%) a řadu excitovaných stavů 124Te: 603 (30%), 1325(6%), 2295 (19%) keV. V gama-spektru 124I dominuje anihilační e-e+ pík 511keV (46%), dále gama píky 603 (63%), 723 (10,4%), 1326 (1,5%), 1376 (1,7%), 1509 (3,1%) a 1691 (11%) keV. Řada dalších slabých gama píků je vidět až při velkém zvětšení. Na začátku spektra jsou v důsledku elektronového záchytu dobře patrné Ka,b 27-31keV píky charakteristického X-záření teluru. Pro aplikace 124I je důležité pouze pozitronové záření a z něho vznikající anihilační g-záření 511keV.


Přeměnové schéma a gama spektrum jódu
124I ... gama-spektrum přijde změřit (až budu mít k dispozici vzorek 124I) .....

  Isotop 124I se připravuje v cyklotronu ozařováním isotopů teluru protony či deuterony v reakcích 124Te(p,n)124I, nebo 124Te(d,2n)124I, či 126Te(p,3n)124I.
    Jódem-124 značená radiofarmaka se pokusně využívají v pozitronové emisní tomografii PET ("§4.3 "
Pozitronová emisní tomografie PET", §4.8 "Radionuklidy a radiofarmaka pro scintigrafii", pasáž "Radionuklidy a radiofarmaka pro PET"). Vzhledem k poněkud delšímu poločasu (ve srovnání např. s 18F nebo 68Ga) může být vhodný i pro značení těžších monoklonálních protilátek s pomalejší farmakokinetikou. Určitou nevýhodou 124I pro PET aplikace je poměrně nízké zastoupení emitovaných pozitronů (23%) a intenzívní gama-záření 603keV (63%), které je energeticky blízké anihilačnímu záření 511keV.

Xenon Xe54, se svým radioaktivním isotopem 133Xe, byl zařazen již výše do oddílu "Rubidium-Krypton-Xenon", pasáž "Xenon", z důvodu podobnosti aplikací. Metastabilní xenon 131mXe byl popsán výše v části "Radiojód 131I", pasáž "Metastabilní xenon 131mXe".

Cesium
Cesium Cs
55 je lehký měkký stříbřitě nažloutlý alkalický kov, snadno tavitelný, který je velmi reaktivní, takže se v přírodě vyskytuje jen ve sloučeninách, a to poměrně vzácně (cca 1-5mg/kg v zemské kůře). Kovové cesium má nízkou energii pro emisi elektronů. V atomové a jaderné fyzice se proto používá ve fotoelektrických součástkách, jako jsou fotonásobiče - fotokatoda bývá slitinou cesia a antimonu (§2.4 "Scintilační detekce a spektrometrie záření gama", část "Fotonásobiče"). Hyperjemná struktura elektronů v atomech cesia se využívá ve velmi přesných tzv. atomových hodinách (pasáž "Exaktní -ideální - měření prostoru a času" v §1.6 "Čtyřrozměrný prostoročas a speciální teorie relativity" monografie "Gravitace, černé díry a fyzika prostoročasu").
Cesium má jediný stabilní isotop
133Cs. Velmi důležitý je radioaktivní isotop cesia :
Cesium 137Cs 
Jedním z nejznámějších a nejpoužívanějších radionuklidů vůbec je cesium
137Cs. Je to b-+g zářič s jedinou energií záření gama 662keV. 137Cs se s poločasem 30,05 let přeměňuje beta--radioaktivitou na stabilní baryum 137Ba - v 5,6% na základní stav, v 94,4% na excitovanou hladinu 662keV (za zmínku stojí, že hladina 662keV je metastabilní s poločasem 2,55min., který je však vzhledem k základnímu poločasu 137Cs 30let zcela zanedbatelný). 137Cs se používá jako hlavní etalon pro gama-spektroskopii (§2.4, část "Spektrometrie záření gama"), dále k ozařování v radioterapii (§3.6, část "Isocentrická radioterapie"), v defektoskopii (§3.3, část "Radiační defektoskopie") a v řadě dalších měřících a technických aplikací.
  
137Cs vzniká při neutronovém štěpení uranu 235U (popř. plutonia 239) v jaderném reaktoru z primárního štěpného produktu jódu 137I dvěma přeměnami beta-: 137I(b-, T1/2=23s.)®137Xe(b-, T1/2=3,9min.)®137Cs; výtěžek je 6%. Preparáty 137Cs se získávají radiochemickou separací ze štěpných produktů (metodou PUREX - §1.3 "Jaderné reakce a jaderná energie", pasáž "Jaderné odpady").


Přeměnové schéma a gama-spektrum cesia
137Cs.

Baryum
Baryum Ba
56 je měkký lehký kov ze skupiny alkalických zemin, který je velmi reaktivní, takže se v přírodě vyskytuje pouze v barnatých sloučeninách, a to poměrně vzácně (cca 0,02-0,04% v zemské kůře). Rozpustné soli barya jsou značně toxické. Důležitou minerální sloučeninou barya je síran barnatý BaSO4 nazývaný baryt, jehož vodní suspenze má poměrně vysokou hustotu a účinně pohlcuje X-záření. Využívá se proto jako kontrastní látka při rentgenovém snímkování zažívacího traktu (§3.2, část "Kontrastní látky") a jako složka barytových omítek, kterými jsou pokrývány stěny rentgenových vyšetřoven pro zabránění nežádoucímu prozařování do okolních prostorů.
Přírodní baryum je směsí 7 stabilních isotopů:
130Ba (0,11%), 132Ba (0,1%), 134Ba (2,42%), 135Ba (6,59%), 136Ba (7,85%), 137Ba (11,23%), 138Ba (71,7%). Z radioaktivních isotopů barya má praktické využití jen 133-Ba:
Baryum 133Ba 
se s poločasem 10,54 roků přeměňuje elektronovým záchytem na excitované stavy
133Cs; při jeho deexcitaci jsou emitovány fotony g-záření převážně o energiích 81, 276, 303, 356 a 384 keV. Po elektronovém záchytu se dále emitují fotony charakteristického X-záření cesia Ka 30,6-31 keV (60%) a Kb 34,9-36,8 keV (18%) a Augerovy elektrony. Isotop 133Ba se připravuje protonovým ozařováním v cyklotronu reakcí 133Cs(p,n)133Ba.
  Pro blízkost hlavní energie gama 356keV 133-barya k energii 364keV 131I se na některých pracovištích nukleární medicíny používají baryové pointery pro vyznačování pozice a struktur při scintigrafii štítné žlázy radiojódem (§4.9.1 "Thyreologická radioisotopová diagnostika"). Někdy se též 133Ba používá jako kalibrační etalon u radiometrů.
Pozn.: V minulosti se isotop 133-Ba zkoušel jako stopovací radioindikátor pro zjišťování kinetiky radia v životním prostředí.


Přeměnové schéma a gama-spektrum barya
133Ba.

Samarium
Samarium Sm
62 je měkký stříbřitě lesklý kov ze skupiny lantanoidů (jeho objevitel P.E.L.Biosbaudran v r.1879 odvodil název od minerálu samarskitu, který v r.1847 na jižním Uralu nalezl V.E.Samarskij-Bychovec). V pozemské přírodě se vyskytuje ve formě sloučenin, koncentrace v zemské kůře je cca 6mg/kg. V kombinaci s kobaltem se samarium používá pro výrobu silných permanentních magnetů. Samarium má 5 stabilních isotopů: 144Sm (3,07%), 149Sm (13,82%), 150Sm (7,38%), 152Sm (26,75%), 154Sm (22,75%). Přírodní samarium obsahuje též dva velmi dlouhodobé radioaktivní isotopy 147Sm (14,99%) a 148Sm (11,24%):
Samarium 147Sm 
se s poločasem 1,06.10
11 roků se přeměňuje alfa-radioaktivitou (Ea=2,31MeV) na základní stav 143Nb. Tento primordiální radioisotop 147Sm se svým dceřinným produktem 143Nb se používá v jaderné geochrologii (viz výše "Radioisotopové (radiometrické) datování").
Samarium 148Sm 
se s poločasem 7.10
15 roků se přeměňuje alfa-radioaktivitou (Ea=1,96MeV) na základní stav 144Nb. Tento primordiální radioisotop nemá žádné využití.
  Uměle se vyrábí isotop samaria-153:
Samarium 153Sm 
se s poločasem 46,5 hodin přeměňuje beta
--radioaktivitou (Ebmax=808keV) na stabilní isotop 153Eu. Přeměny probíhají v 18,4% na základní stav (Ebmax=803keV) a dále na excitované stavy 153Eu 103keV (49,4%) a 173keV (31,3%). Jen v nepatrném procentu (<0,02%) vznikají vyšší excitované stavy 270, 585, ...., 764 keV. Při postupné deexcitaci 153Eu probíhá větší množství přechodů s emisí gama-fotonů o energiích především 69,7keV (4,7%) a 103keV (29%). Vnitřní konverzí excitovaných hladin jsou emitovány konverzní elektrony a dále vzniká charakteristické X-záření o energii 40-48 keV.


Přeměnové schéma a gama-spektrum samaria 153Sm .
Pozn: V pravé části spektra jsou ve zvětšeném výřezu zobrazeny některé gama-píky z radionuklidových nečistot 152Eu a 154Eu (podrobné spektrum radionuklidových kontaminantů je na obrázku níže).

V gama-spektru 153Sm jsou, vedle brzdného záření, patrné především výrazné fotopíky 70keV a 103keV; píky vyšších energií jsou vidět až při silnějším zvětšení. Na začátku spektra je přítomno charakteristické X-záření s liniemi Ka,b o energii cca 45keV, vznikající při vnitřní konverzi z excitovaných hladin 172 a 103 keV.
Radionuklidové nečistoty v samariu-153 
V našem spektru vzorku samaria-153
("Quadramet", dodaného laskavostí kolegů prim.MUDr.A.Chodackého a vrchní sestry H.Mixové z ONM Chomutov) nejsou patrné slabé vyšší gama-píky, neboť jsou přezářeny radionuklidovými kontaminanty europiem 152Eu a 154Eu. Na obrázku níže je gama-spektrum samotných dlouhodobých kontaminantů, které bylo změřeno s 3 měsíce starým vzorkem samaria, v němž vlastní samarium-153 se již zcela rozpadlo a zůstaly jen nečistoty s delšími poločasy rozpadu.


Gama-spektrum dlouhodobých radionuklidových nečistot ve 3 měsíce "vymřelém" vzorku samaria
153Sm.
Ve spektru, obsahujícím velké množství gama-píků, jsme našli tři radioaktivní isotopy europia: 152Eu (T1/2=13,5 let; jeho fyzikální vlastnosti a gama-spektrum je uvedeno níže v pasáži Europium 152Eu), 154Eu (T1/2=8,6 let) a 155Eu (T1/2=4,7 let). Příslušné fotopíky těchto isotopů jsou vyznačeny podle barevného přiřazení vpravo nahoře.

Isotop 153Sm se připravuje v jaderném reaktoru ozařováním samaria (obohaceného isotopem 152Sm na 99%) neutrony reakcí 152Sm(n,g)153Sm. Ze stopových isotopových nečistot v terčíku vznikají přitom neutronovou fúzí i výše zmíněné radionuklidové nečistoty 152,154,155Eu.
  Beta-záření samaria-153 s fosfátovým ligandem EDTMP
(který se váže na kostní hydroxyapatit v místech zvýšené osteoblastické aktivity) se v nukleární medicíně používá k paliativní terapii kostních metastáz ca prsu a prostaty (§3.6, část "Radioisotopová terapie").

Europium
Europium Eu
63 je měkký lesklý kov ze skupiny lanthaniodů. V pozemské přírodě se vyskytuje jen ve sloučeninách a je poměrně řídce zastoupeno (cca 1,2mg/kg v zemské kůře). Nejčastější použití europia je v luminiscenčních materiálech. Europium má dva stabilní isotopy 151Eu (47,8%) a 153Eu (52,2%) (u 151Eu byla v poslední době objevena nepatrná a-radioaktivita s extrémně dlouhým poločasem cca 5.1018let - z praktického hlediska jej lze ale považovat za stabilní). Z radioaktivních isotopů je poněkud významné europium-152:
Europium 152Eu 
S poločasem 13,54 roků se přeměňuje značně složitým rozvětveným rozpadovým schématem. V 27,9% dochází k
b--radioaktivitě na excitované hladiny 152Gd, v 71,9% probíhá elektronový záchyt (v nepatrném procentu též konkurenční beta+-přeměna) na excitované hladiny 152Sm *). Při deexcitacích vzniklých vzbuzených stavů dceřinného gadolinia-152 a samaria-152 je emitováno velké množství (téměř 100) fotonů gama-záření, z nichž významnou intenzitu mají fotony s energií: 122, 245, 344, 779, 867, 964, 1086, 1112 a 1408 keV. Pro tento velký energetický rozsah výrazných linií gama je 152Eu používáno jako výhodný kalibrační etalon v gama-spektrometrii (kap.2 "Detekce a spektrometrie ionizujícího záření", §2.4, část "Spektrometrie záření gama").
*) Dceřinné samarium 152Sm je stabilní, avšak dceřinné gadolinium 152Gd je nepatrně radioaktivní - s obrovsky dlouhým poločasem 1,1.1014let se přeměňuje alfa-radioaktivitou na 148Sm (a to pak s ještě delšími poločasy dalšími dvěma alfa-přeměnami na 144Nd a nakonec na stabilní 140Ce). Radiace těchto terciálních radionuklidů je zcela zanedbatelná.
  
Isotop 152Eu vzniká při ozařování europia pomalými neutrony v jaderném reaktoru v reakci 151Eu(n,g)152Eu.


Rozpadové schéma a gama-spektrum europia
152Eu

Europium 152mEu
je jeden z nemnoha metastabilních jader (izomerů), které mají natolik odlišné kvantové vlastnosti od základního stavu (především hodnotu spinu), že nedochází k obvyklému přechodu do základního stavu emisí fotonů
g-záření, ale k radioaktivní přeměně beta-, beta+ či elektronovému záchytu, na jiné sousední jádro (§1.2, pasáž "Jaderná izomerie a metastabilita"). 152mEu vůbec nedeexcituje na základní 152Eu, ale s poločasem 9,31 hod. se ze 73% b--radioaktivitou přeměňuje na 152Gd a z 27% elektronovým záchytem a b+ na 152Sm. Isotop 152mEu vzniká ozařováním europia v jaderném reaktoru reakcí 151Eu(n,g)152mEu.
Poměrně "exotický" isotop 152mEu nemá žádné praktické využití a kromě zvláštní nefotonové přeměny izomeru jej zde zmiňujeme i proto, že jej v r.1958 použil M.Goldhaber a spol. ke zjištění tzv. helicity neutrina (§1.2, část "Neutrina - "duchové" mezi částicemi", pasáž "Odlišnost neutrin a antineutrin - helicita neutrin. Goldhaberův pokus.").
Europium 154Eu 
se s poločasem 8,6 let z 99,8
% přeměňuje beta--radioaktivitou na excitované hladiny 154Gd, z 0,2% elektronovým záchytem na excitované stavy 154Sm. Při deexcitacích je emitováno záření gama především o energiích 123, 248, 592, 723, 996, 1005 keV.
Europium 155Eu 
se s poločasem 4,7 let přeměňuje
beta--radioaktivitou na excitované hladiny a na základní stav 155Gd. Při deexcitacích je emitováno záření gama především o energiích 87 a 105 keV.
  Směsné gama-spektrum isotopů europia
152,154,155Eu můžeme vidět výše na spektrometrickém měření radionuklidových nečistot ve vzorku samaria-153.

Gadolinium
Gadolinium Gd
64 je tvárný lesklý kov ze skupiny lanthaniodů. V pozemské přírodě se vyskytuje jen ve sloučeninách a je poměrně řídce zastoupeno (cca 6,2mg/kg v zemské kůře), těží se především z minerálu monazitu. Gadolinium má zajímavé magnetické vlastnosti: při nižších teplotách pod 20°C je feromagnetický, při vyšších teplotách paramagnetický. Používá se jako kontrastní látka v nukleární magnetické rezonanci MRI. Další použití gadolinia je v luminiscenčních materiálech v rentgenologii. Isotop 157Gd má velmi vysoký účinný průřez (cca 260 000 barnů) pro záchyt tepelných neutronů, používá se proto v některých jaderných reaktorech.
Gadolinium má šest stabilních isotopů:
154Gd (2,2%), 155Gd (4,8%), 156Gd (20,5%), 157Gd (15,6%), 158Gd (24,8%) a 160Gd (21,9%). V přírodním gadoliniu se dále vyskytuje přírodní radionuklid primordiálního původu 152Gd (0,2%) s velmi dlouhým poločasem cca 1014 let (alfa radioaktivitou se přeměňuje na 148Sm).
Z radioaktivních isotopů se občas používá gadolinium-153 :
Gadolinium 153Gd 
S poločasem 240,2 dní se přeměňuje elektronovým záchytem na
153Eu v základním stavu (4%) a v excitovaných stavech 97keV (38%), 103keV (42%) a 173keV (16%). Při dexcitaci se emitují fotony gama záření především o energiích 97 a 103 keV. Na začátku spektra jsou výrazné píky Ka,b charakteristického X-záření europia s energiemi kolem 44keV.
Isotop 153Gd se většinou připravuje z europia. Ozařováním neutrony v jaderném reaktoru vzniká kombinací: 153Eu(n,g)152mEu(b-,T1/2=92min)®153Eu® 152Gd; 152Gd(n,g)153Gd. Nebo ozařováním alfa-částicemi v cyklotronu vzniká posloupností procesů: 151Eu(a,2n)153Tb(b+,T1/2=2,3d)®153Gd.
  Gadolinium
153Gd se používalo jako dvoufotonový zdroj záření gama 103keV a X 44keV v kostní denzitometrii metodou DEXA (§3.2, pasáž "Kostní densitometrie"), dělaly se i experimenty s využitím v CT. Občas se dosud využívají gadoliniové tyče u scintigrafického zobrazení SPECT pro korekci intenzity gama záření na zeslabení při průchodu tkání (§4.3, pasáž "Nepříznivé vlivy u SPECT a jejich korekce", bod "Absopce záření gama"). Tyto metody se ale příliš neosvědčily a jsou vetšinou již opuštěné...


Přeměnové schéma a gama-spektrum gadolinia
153Gd .

Erbium , Yterbium
Názvy pro některé lantanoidy "terbium, ytrium, erbium, yterbium" vznikly historicky podle švédské vesnice Ytterby, poblíž které byly v minerálech gadolinitu a monazitu tyto lantanoidy poprve objeveny.
Erbium Er71 je měkký stříbřitě lesklý kov ze skupiny lantanoidů. V zemské kůře je obsaženo ve formě sloučenin v koncentraci cca 2,5mg/kg. Má 6 stabilních isotopů: 162Er (0,14%), 164Er (1,6%), 166Er (33,5%), 167Er (22,87%), 168Er (26,98%), 170Er (14,91%).
Z radioaktivních isotopů má praktický význam jeden:
Erbium 169Er 
je uměle vyráběný radionuklid, který se s poločasem 9,39 dní přeměňuje
b--radioaktivitou z 55% na základní (Ebmax=353keV) a ze 45% na nízký excitovaný stav 169Tm s energií 8,41keV (při deexcitaci je emitováno nízkoenergetické záření g této energie). S velmi malou intenzitou vzniká excitovaný stav 118keV. Erbium-169 je prakticky čistým zářičem beta, neboť měkké záření gama 8,4keV podléhá téměř z 99% vnitřní konverzi, především na slupkách M a N atomu Tm (s výraznou emisí nízkoenergetických konverzních elektronů 0,7-8,4 keV, cca 250%) a linie 110, 118keV je primárně velmi slabá.


Přeměnové schéma a gama-spektrum erbia 169Er .
Pozn.: Erbium 169 má jen dva velmi slabé gama-píky 110 a 118 keV (ve spektru jsou vyznačeny modrými šipkami). Množství dalších píků naměřených v našem spektru pochází z drobných radionuklidových nečistot, které měřený vzorek erbia-169 obsahoval. Naměřili jsme především yterbium 169Yb s píky: 50,57,59keV (X-Ka,b Tm), 63, 110, 118, 130, 177, 198, 308 keV (jeho fyzikální vlastnosti a gama-spektrum je uvedeno níže v pasáži Yterbium 169Yb). Dále samarium 153Sm: 70, 103 keV (jeho fyzikální vlastnosti a gama-spektrum je uvedeno výše v pasáži Samarium 153Sm); erbium 172Er: 407, 610 keV; lutetium 177Lu: 113, 208, 250, 321 keV (jeho fyzikální vlastnosti a gama-spektrum je uvedeno níže v pasáži Lutetium 177Lu); nakonec stopové množství thulia 172Tm: 79, 182, 1093, 1120, 1387, 1466, 1529, 1608 keV. Vzhledem k velmi slabému záření gama vlastního 169Er se i malé množství uvedených nečistot (<0,1%) ve spektru výrazně projeví, přezáří dokonce vlastní gama erbia-169.
Ostatně, píky 110 a 118 keV patřící
169Er má i kontaminant 169Yb, takže v našem vzorku možná převážně ani nepocházely z erbia-169..?..

Gama spektrum 169Er je tvořeno především poměrně měkkým brzdným zářením se spojitým spektrem, které se s klesající tendencí táhne až asi k 300keV. Při delší akvizici se na tomto spojitém pozadí objevují sotva patrné gama-píky 110 a 118 keV.
  Ze spektrometrického hlediska je tedy samotný radionuklid 169Er celkem nezajímavý a fádní - na spojitém pozadí brzdného záření jsou vidět jen dva velmi slabé sotva patrné gama-píky 110 a 118 keV. Jaké bylo však naše překvapení, když jsme vzorek cca 100kBq preparátu erbia-169 (citrátu určeného pro radiační synovektomii malých kloubů) vložili do citlivého gama-spektrometru: po několika desítkách minut akvizice se spektrum doslova "ježilo" množstvím gama-píků, které však samozřejmě nepatřily 169Er, ale radionuklidovým nečistotám *) - viz obrázek výše s doprovodným textem.
*) Ze spektra na obrázku by se na první pohled mohlo zdát, že těch radionuklidových nečistot je tam neúnosně mnoho..?.. Je to však jen "optický klam"! Erbium-169 má totiž velmi slabé zastoupení záření gama - jen zhruba na každých 20 000 přeměn se emituje jeden detekovatelný foton gama 110keV. Ty nečistoty jako je yterbium-169, samarium-153, ...., však mají mnohonásobně větší emisi gama (cca 1000-krát), takže i jejich velmi malá koncentrace (na úrovni setin %) se ve spektru projeví výrazněji než samotné 169Er..!..
  Isotop 169Er se připravuje v jaderném reaktoru neutronovým ozařováním oxidu erbia (obohaceného isotopem 168Er) reakcí 168Er(n,g)169Er. Erbium-169 se ve formě koloidního roztoku citrátu používá v nukleární medicíně pro radiační synovektomii malých kloubů (prsty, zápěstí) - vzhledem k nízké energii emitovaných beta-částic, s dosahem v tkáni cca 1mm.
 Yterbium Yb70 je rovněž měkký stříbřitě bílý kov ze skupiny lantanoidů. V zemské kůře je obsaženo ve formě sloučenin v koncentraci cca 2,5-3mg/kg. Má 7 stabilních isotopů: 168Yb (0,13%), 170Yb (3,04%), 171Yb (14,28%), 172Yb (21,83%), 173Yb (16,13%), 174Yb (31,83%), 176Yb (12,76%).
  Občas se používá jeden uměle vyráběný radioisotop yterbia:
Yterbium 169Yb 
se s poločasem 32,02 dní přeměňuje elektronovým záchytem (EC) na řadu excitovaných stavů thulia
169Tm: 316keV (5%), 379keV (82%), 473keV (13%); přeměny na další vyšší excitované stavy mají velmi nízkou intenzitu (<0,01%). Při kaskádových deexcitacích se emituje mnoho energií fotonů gama, z nichž významnější intenzitu mají energie 63, 110, 118, 130, 177, 198 a 307 keV.


Přeměnové schéma a gama-spektrum yterbia
169Yb ... gama-spektrum přijde změřit (až budu mít k dispozici vzorek 169Yb) .....

V gama-spektru 169Yb dominují píky charakteristického X-záření Ka,b 49-59keV, dále gama-píky 63, 110, 130, 177, 199 a 308 keV. Píky z přechodů 139->118keV a 9,4->0keV jsou slabé, protože více než z 99% podléhají vnitřní konverzi. Řada dalších vyšších píků v rozmezí 316-781keV je natolik nízká (<0,01%), že u našeho slabého vzorku (cca 300Bq) se je nepodařilo zobrazit.
  Isotop
169Yb se připravuje v cyklotronu ozařováním oxidu thulia protony v reakci 169Tm(p,n)169Yb....a dalšími reakcemi.....
Yterbium-169 se používalo v nukleární medicíně pro scintigrafickou diagnostiku, především mozko-míšního řečiště
(§4.9.8, pasáž "Scintigrafie likvorových cest").

Lutetium
Lutecium Lu
71 je měkký bíle lesklý kov, poslední člen skupiny lanthanoidů, který se ve formě sloučenin poměrně vzácně vyskytuje v přírodě (0,5-0,7mg/kg v zemské kůře). Využívá se ve scintilačních detektorech LSO pro pozitronovou emisní tomografii (§2.4., část "Scintilátory a jejich vlastnosti", §4.3, část "Kamery PET "). Má jediný stabilní isotop 175Lu (97,4%), přičemž přírodní lutetium obsahuje též 2,6% isotopu 176Lu, který je radioaktivní:
Lutetium 176Lu 
je přírodní (primordiální) radionuklid, který se s velmi dlouhým poločasem 3,76.10
10 roků b--radioaktivitou přeměňuje na stabilní hafnium 176Hf - na excitovaný stav 597keV. Deexcitace nastává postupnou (kaskádovou) emisí fotonů gama o energiích 307, 202 a 88keV (slabě zastoupená je vyšší energie 401keV, ve spektru se dále objevuje slabý sumační pík 306+202keV). Využívá se pro dlouhodobé datování v jaderné geochronologii při lutetium-hafniové metodě (viz výše "Radioisotopové datování"). Obsah přírodního 176Lu se poněkud nepříznivě projevuje na "vnitřní kontaminaci" scintilátorů LSO a jejich poměrně vysokém radiačním pozadí (viz §2.4 "Scintilátory a jejich vlastnosti " a §4.3 "Kamery PET").


Přeměnové schéma a gama-spektrum lutetia
176Lu

Lutetium 177Lu
je uměle vyráběný radionuklid, který se s poločasem 6,65 dní přeměňuje beta
--radioaktivitou (Ebmax=498keV) na 177Hf - z 79,4% na základní stav, dále na excitované stavy 113keV (9%) a 321keV (11,6%). Při deexcitaci vzbuzených jader 177-hafnia jsou emitovány fotony záření gama o energiích především 113keV (6,2%) a 208keV (10,4%), s nízkou intenzitou (cca 0,2%) pak 72, 250 a 321 keV. Na začátku spektra je pík charakteristického X-záření (Ka,b Hf) 55-63 keV.


Přeměnové schéma a gama-spektrum lutetia 177Lu.
Pro zajímavost je vlevo nahoře náznakově zakresleno i zjednodušené rozpadové schéma metastabilního izomeru
177mLu, který často vzniká spolu s 177Lu.

Isotop 177Lu se vyrábí ozařováním neutrony v jaderném reaktoru dvěma způsoby:
- Přímý způsob spočívá v ozařování lutetia, obohaceného isotopem 176Lu, neutrony v reakci 176Lu(n,g)177Lu. Díky vysokému účinnému průřezu této reakce lze získat radionuklid o poměrně vysoké specifické aktivitě. Určitou nevýhodou tohoto postupu je současně probíhající reakce 176Lu(n,g)177mLu, při níž vzniká jaderný izomer 177mLu s poločasem 160 dní. Tento nevítaný kontaminant ve 22% dexcituje postupnými izomerními přechody na základní stav 177Lu a v 88% se přeměňuje samostatně b--radioaktivitou (Ebmax=153keV) na poměrně vysoký excitovaný stav 1315keV dceřinného 177Hf, který deexcituje řadou g-přechodů směrem k nižším hladinám. Při této radioaktivitě 177mLu emituje řadu energií gama, z nichž některé jsou stejné jako u 177Lu, avšak jsou zastoupeny i vyšší energie 228, 281, 319, 378, 418 keV a řada dalších. Radiace kontaminantu 177mLu dlouhodobě zvyšuje radiační zátěž a zhoršuje kvalitu scintigrafických obrazů.
- Nepřímý způsob spočívající v kombinaci neutronového ozařování yterbia, obohaceného isotopem
176Yb, neutrony v reakci 176Yb(n,g)177Yb a následné beta-přeměny 177Yb(b-, T1/2=1,9hod.)®177Lu na výsledné lutetium-177. Při tomto způsobu nevzniká rušivé 177mLu (při beta-přeměně 177Yb není sycena metastabilní hladina 970keV 177mLu), může být přítomno pouze stopové množství isotopů Yb, ....

Gama-spektrum 3 měsíce starého vzorku 177Lu (preparát Betalutin).
Omluva: Při grafickém zpracování spekter došlo k deformaci měřítek na vodorovné ose. Číselné hodnoty energií nad píky jsou však přesné.

Lutetium-177 se používá v nukleární medicíně k biologicky cílené radioisotopové terapii nádorových onemocnění (§3.6, část "Radioisotopová terapie"). Méně významné je zde použití ve formě 177Lu- EDTMP pro paliativní terapii kostních metastáz (neboť pro tento účel je odzkoušené stroncium 89Sr, samaruim 153Sm a rhenium 186Re). Častější je terapie neuroendokrinních nádorů za použití konjugátu chelátu 177Lu-DOTA s peptidem octreotidem, který se váže na buňky neuroendokrinních nádorů s dostatečně vysokou koncentrací somatostatinových receptorů. Slibné výsledky ukazují i 177Lu- značené monoklonální protilátky, jako je 177Lu-J591anti-prostatický specifický membránový antigen (PSMA), nebo 177Lu-tetulomab anti CD-37 pro terapii lymfomů.
  Tyto metody jsou stručně popsány v §3.6, pasáž "
Radioimunoterapie".
  Terapeutický účinek má záření beta o střední energii 134keV. Výhodou
177Lu je, že emise gama záření umožňuje při terapii současné scintigrafické zobrazení tkání a orgánů, kam terapeutický preparát pronikl. Na těchto scintigrafických obrazech můžeme posuzovat (vizuálně, příp. i kvantitativně) míru žádoucího vychytávání radiofarmaka v nádorových ložiscích a nežádoucí akumulace ve zdravých tkáních a kritických orgánech - provádět monitorování průběhu radioisotopové terapie. Zastoupení záření gama rovněž umožňuje snadné měření aktivity preparátů 177Lu v běžných měřičích aktivity s ionizační komorou (§2.3 "Ionizační komory"), za použití příslušné kalibrace gama-konstanty.

Wolfram , Rhenium
Wolfram (Tungsten) W74 je šedbíle lesklý, těžký (hustota 19,25g/cm3) a obtížně tavilelný kov (teplota tání 3422°C). V přírodě je zastoupen poměrně vzácně (cca 1,5-3,5 mg/kg v zemské kůře), ve sloučeninách (rudách - oxidech) s železem, manganem, vápníkem či olovem. Wolfram má široké technické využití plynoucí z jeho vysoké hustoty a tepelné odolnosti. Pro vysokou teplotu tání se používá jako materiál pro žhavicí vlákna v žárovkách a katodách elektronek (včetně elektronových zdrojů v urychlovačích). Slitiny wolframu se využívají v metalurgii pro zvýšení tvrdosti, mechanické a tepelné odolnosti kovů. Pro svou vysokou hustotu se používá jako účinné radiační stínění X a gama záření (§1.6, část "Absorbce záření v látkách", pasáž "Stínění záření gama"), především pro výrobu kontejnerů a precizních kolimátorů.
  Má 5 stabilních isotopů: 180W (0,12%), 182W (26,5%), 183W (14,31%), 184W (30,64%), 186W (28,43%).
Pozn.: U isotopu
180W byla zjištěna velmi slabá radioaktivita - alfa-přeměna na hafnium 176Hf s obrovsky dlouhým poločasem 1,8.1018roků. Je podezření, že i ostatní přírodní isotopy wolframu jsou snad z dlouhodobého hlediska a-radioaktivní (přeměňují se na příslušné isotopy hafnia), s ještě delšími poločasy. Prověřit to je velmi obtížné (ve vzorku 1 gramu wolframu by to představovalo méně než jednu alfa-přeměnu za rok).
  
Z radioaktivních isotopů wolframu zde stojí za zmínku jen jeden:
Wolfram 188W 
se s poločasem 69,4 dní přeměňuje
b--radioaktivitou z 99% na základní stav rhenia 188Re, z 1% do několika excitovaných hladin, při jejichž deexcitaci je emitováno několik fotonů gama záření, především s energiemi 227 a 290 keV. Isotop 188W se připravuje neutronovým ozařováním kovového wolframu (obohaceného na cca 95% isotopem 186W) v jaderném reaktoru dvojitým záchytem neutronu: 186W(n,g)187W(n,g)188W. Slouží jako mateřský isotop v 188W/188Re generátoru pro získávání radionuklidu 188Re v nukleární medicíně (viz níže Re-188).
 Rhenium Re75 je rovněž velmi těžký, tvrdý a obtížně tavitelný kov, v přírodě zastoupený velmi vzácně (cca 1-5 ng/kg v zemské kůře). Přírodní rhenium je směsí 37,4% stabilního isotopu 185Re a 62,6% radioaktivního isotopu 187Re (b-, poločas 4,33.1010 roků). Praktický význam mají tři radioaktivní isotopy rhenia:
Rhenium 187Re 
je přírodní (primordiální) radionuklid, který se s velmi dlouhým poločasem 4,33.10
10 roků b--radioaktivitou přeměňuje na základní stav osmia 187Os. Používá se v dlouhodobém radiosotopovém datování - jaderné geochronologii - pro určování stáří hornin metodou 187Re/187Os (viz výše "Radiometrické datování").
Rhenium 186Re 
je uměle vyráběný radionuklid, který se s poločasem 3,72 dní přeměňuje rozvětveně v 92,53% beta
--radioaktivitou na 186Os a v 7,47% elektronovým záchytem na 186W. b--přeměny probíhají ze 71% na základní stav (Ebmax=1070keV) a z 21,5% na excitované hladiny 186Os s energií 137keV (v malém zlomku procenta i na vyšší excitované hladiny). Elektronový záchyt probíhá v 5,8% na základní stav a v 1,7% na excitovaný stav 122keV 186W. Při deexcitacích jsou emitovány fotony g záření především o energii 137keV (9,4%) a 122keV (0,6%).
  Isotop 186Re se získává neutronovým ozařováním rhenia (nejlépe obohaceného isotopem 185Re) v jaderném reaktoru pomocí reakce 185Re(n,g)186Re, nebo v cyklotronu protonovým ozařováním wolframu (vysoce obohaceného isotopem 186W) v reakci 186W(p,n)186Re.
  Rhenium-186 se používá v nukleární medicíně ve formě fosfonátového komplexu pro paliativní terapii kostních metastáz (§3.6, část "Radioisotopová terapie", pasáž "Radionuklidová terapie nádorů a metastáz") a ve formě koloidního sulfitu pro radiační synovektomii u revmatické artritidy kloubů střední velikosti (zápěstí, loket, rameno) - §3.6, pasáž "Radionuklidová synovektomie".


Rozpadové schéma a gama-spektrum rhenia
186Re.

Rhenium 188Re
je rovněž uměle vyráběný radionuklid, který se s poločasem 16,98 hodin přeměňuje
b--radioaktivitou (Ebmax=2115keV) na 188Os - z 70,6% na základní stav, z 26% na excitovanou hladinu 155keV, při jejíž následné deexcitaci je emitováno záření gama stejné energie. S nízkým zastoupením probíhají beta-přeměny i do dalších excitovaných stavů 188Os, jejichž radiace má velmi malou intenzitu.
  Isotop 188Re se získává nejčastěji elucí z 188W/188Re generátoru (byl zmíněn výše), nebo se připravuje neutronovým ozařováním rhenia (vysoce obohaceného isotopem 187Re) v jaderném reaktoru: 187Re(n,g)188Re. Používá se v posledních letech v nukleární medicíně k obdobným aplikacím jako shora zmíněné obvyklejší 186Re (výhodou 188Re je snadnější příprava z generátoru, vyšší měrná aktivita, kratší poločas a vyšší energie beta-částic).

Iridium
Těžký ušlechtilý kov iridium Ir
77 je v přírodě zastoupen vzácně (cca 0,001mg/kg v zemské kůře) svými dvěma stabilními isotopy 191Ir (29,5%) a 193Ir (62,7%). Má vysokou hustotu (22,6g/cm3) a je chemicky velmi odolné *). Spolu s platinou se používá v metalurgii a řadě technických aplikací.
*) Ze slitiny platiny a iridia byly zhotoveny známé etalony metru a kilogramu v Mezinárodním institutu pro míry a váhy v Sevres u Paříže.
Iridium 192Ir 
Těžkým radionuklidem často využívaným jako gama-zářič je iridium
192Ir. S poločasem T1/2=74,2dne se rozpadá z 95,1% b--radioaktivitou na excitované hladiny platiny 192Pt a z 4,9% elektronovým záchytem na excitované hladiny osmia 192Os. Při této radioaktivitě 192Ir emituje řadu deexcitačních liní záření gama v rozmezí 130-1380keV s výraznými píky 296keV (29%), 308 (30%), 316keV (83%), 468 (48%) a 604+613keV (8,2%). Několik dalších velmi slabých linií gama vyšších energií je ve spektru vidět až při velkém zvětšení. Naopak na začátku spektra jsou patrné linie Ka,b charakteristického X-záření osmia a platiny 61-78 keV, vznikající deexcitačními přechody v obalu těchto dceřinných atomů po elektronovém záchytu elektronu ze slupky K a po vnitřní konverzi záření gama.
  Iridium-192 se používá jako intenzívní zdroj záření gama
středních energií při defektoskopii (§3.3, část "Radiační defektoskopie") a při brachyterapii (§3.6, část "Brachyradioterapie"). Tyto zářiče o vysoké aktivitě (GBq-TBq) se připravují jadernou reakcí 191Ir(n,g)192Ir ozařováním kovového iridia (drátky, plíšky, pelety) neutrony v jaderném reaktoru.


Přeměnové schéma a gama-spektrum iridia 192Ir

Thalium
Thalium Tl
81 je měkký bíle lesklý kov z III.B skupiny, který se v přírodě vyskytuje jen ve sloučeninách a poměrně vzácně (cca 0,05-2 mg/kg v zemské kůře). Má dva stabilní isotopy 203Tl (29,5%) a 205Tl (70,5%). Z radioaktivních isotopů thalia stojí za zmínku přírodní 208Tl (jako rozpadový produkt thoria-232) a především uměle vyráběné 201Tl:
Thalium 201Tl 
je uměle vyráběný radionuklid, který se s poločasem 3dny přeměňuje elektronovým záchytem EC na
201Hg. Z 21% je to na základní stav, ve 41% na excitovanou hladinu 167keV a ve 13% na hladinu 32keV. Při deexcitacích se emitují fotony gama o energiích 135keV (2,6%), a 167keV (10%). Hlavní složkou fotonové radiace 201Tl je však charakteristické X-záření rtuti, vznikající při přechodech elektronů v obalu po K-záchytu: Ka»68-71keV(73,7%) a Kb»79-83keV(20,3%), menší význam má měkké X záření 8-15keV (43%). Jako u každého EC radionuklidu, i u 201Tl jsou v radiaci významně zastoupeny Augerovy elektrony, především o energiích 53-58keV (100%), 64-68keV (55%), 75-83keV (7,6%), též nízkoenergetické elektrony 5-15keV(>50%).
   Isotop thalium-201 se připravuje ozařováním přírodního thalia
(příp. obohaceného isotopem 203Tl) protony v cyklotronu jadernou reakcí 203Tl(p,3n)201Pb, s následnou radioaktivní přeměnou 201Pb s poločasem 9,4hod. elektronovým záchytem na výsledné 201Tl (alternativní možností přípravy meziproduktu 201Pb je reakce 205Tl(p,5n)201Pb).
Pozn.: Těmito reakcemi se obtížně získává absolutně čisté
201Tl - v závislosti na energii ozařovacích protonů často dochází k vyrážení o jednoho více nebo méně neutronů. Většinou jsou proto v preparátu obsaženy i radionuklidové nečistoty sousedních isotopů thalia 200,202Tl - viz dolní část obrázku spektra 201-Tl.
  Radionuklid 201Tl ve formě chloridu se používá v nukleární medicíně pro scintigrafii perfuze myokardu *), jako analog draslíku, v jednodenním protokolu - §4.9.4 "SPECT perfuze myokardu". Kationty 201Tl se v buňkách srdečního svalu akumulují podobně jako ionty draslíku. Po aplikaci radioindikátoru 201Tl se místa srdečního svalu se sníženým prokrvením na scintigramu zobrazují jako hypoaktivní oblasti.
*)
201Tl se široce používalo zvláště v 80.-90. letech. Jeho nevýhodou je nízká energie dominantního X záření, což způsobuje horší rozlišení a výraznou absorbci v tkáni; rovněž značnou radiační zátěž (k níž přispívají i výrazně zastoupené Augerovy elektrony). Nyní bylo vytlačeno 99mTc značenými isonitrily, s nimiž se při podstatně nižší radiační zátěži získají mnohem kvalitnější obrazy. V blízké budoucnosti však lze možná očekávat částečnou "renezanci" thalia v souvislosti se zaváděním polovodičových CZT kamer (§4.2., část "Alternativní fyzikální principy scintilačních kamer", pasáž "Polovodičové kamery"), které mají vyšší citlivost pro fotonové X záření »73keV 201Tl.


Přeměnové schéma a gama-spektrum thalia
201Tl.   Nahoře: Čisté thalium-201.
Dole:
201-thalium připravené v cyklotronu jadernou reakcí
[
203Tl(p,3n)201Pb; 201Pb(EC,T1/2=9,3hod.)®201Tl]
často obsahuje cca 0,1% radionuklidových nečistot
200,202Tl.
V gama-spektru takového preparátu jsou kromě základních píků
201Tl po zvětšení vidět i slabší píky o vyšších energiích:
367,579,828,1205 keV z kontaninantu
200Tl a píky 439,520 keV z 202Tl.

Olovo , Bismut
Těžké kovy olovo a vismut jsou posledními prvky Mendělejevovy periodické tabulky, které ještě mají stabilní isotopy (u vismutu se jedná jen o "prakticky" stabilní isotop, viz níže). Jsou též koncovými členy radioaktivních rozpadových řad thoria, uranu a transuranů (viz výše "přírodní radionuklidy").
 Olovo Pb82 (Plumbum) je měkký nízkotavitelný kov (teplota tání 327,5°C), který je v přírodě zastoupen poměrně vzácně (cca 0,05-2 mg/kg v zemské kůře) *). Většinou se vyskytuje ve sloučeninách jako je sulfid olovnatý (galenit), síran olovnatý a uhličitan olovnatý. Klasicky se používá ve výrobě akumulátorů, olovnatého skla, střeliva. V oblasti radiační fyziky je důležitá jeho vysoká hustota a absorbční schopnost pro X a gama záření - využívá se jako účinný stínící materiál (§1.6, část "Absorbce záření v látkách", pasáž "Stínění ionizujícího záření").
*) Obsah olova je však přece jen poněkud vyšší, než by podle kosmické nukleogeneze odpovídalo jeho vysokému protonovému číslu. Je to proto, že isotopy olova jsou konečným produktem radioaktivních rozpadových řad uranu a thoria (viz obr.1.4.1), takže v průběhu miliard let se obsah olova v zemské kůře postupně zvyšoval.
  Olovo má 4 stabilní isotopy: 204Pb (9,4%), 206Pb (24,1%), 207Pb (22,1%), 208Pb (15,4%). Z radioaktivních isotopů olova stojí za zmínku především tři:
Olovo 210Pb 
se s poločasem 22,3 roků přeměňuje beta
--radioaktivitou na 210Bi - v 20% do základního stavu, v 80% do excitovaného stavu 46,5keV. Max. energie záření beta je poměrně nízká, 63keV.
V přírodě neustále vzniká jako jeden z produktů postupné přeměny
238U v uranové rozpadové řadě (obr....). V uzavřených materiálech obsahujících uran, jakou jsou horniny, je isotop 210Pb v trvalé radioaktivní rovnováze s 238U a dceřinnými isotopy jeho přeměny. ....
Olovo 214Pb 
se s poločasem 26,9min. přeměňuje beta
--radioaktivitou na 214Bi, především na excitované hladiny 295 a 362 keV, při jejichž deexcitacích je emitováno záření gama o energiích 352, 195 a 242 keV - viz níže spektrum Radium 226Ra. Podobně jako 214Bi v přírodě neustále vzniká jako jeden z produktů v uranové rozpadové řadě (obr....). V uzavřených materiálech obsahujících uran, jakou jsou horniny, je isotop 214Pb v trvalé radioaktivní rovnováze s 238U a dceřinnými isotopy jeho přeměny. ........
 Bismut Bi83 (Bismuthum), zvaný též vizmut, je lesklý stříbřitě narůžovělý krystalický nízkotavitelný kov (teplota tání 271°C), v přírodě vzácně zastoupený (cca 0,2mg/kg v zemské kůře), jak odpovídá jeho vysokému protonovému číslu. Používá se pro přípravu nízkotavitelných slitin jako je Woodův kov (50% Bi, 25% Bb, 12,5% Sn, 12,5% Cd), který má teplotu tavení 60,5°C. Pro svou vysokou hustotu a absorpční schopnost pro X-záření se Bi někdy používá v RTG diagnostice ve stínících rouškách pro radiační ochranu.
  Přírodní vizmut je tvořen isotopem 209Bi, který byl donedávna považován za stabilní. V r.2003 však bylo zjištěno, že je tento isotop slabě radioaktivní - s nesmírně dlouhým poločasem 1,9.1019let podléhá alfa-radioaktivitě. Z praktického hlediska se však přírodní vizut jeví jako neradioaktivní (300kg bismutu by mělo aktivitu 1Bq), s radiací hluboko pod přírodním pozadím. Z (opravdu) radioaktivních isotopů bismutu jsou částečně důležité tři přírodní a dva umělé radionuklidy:
Bismut 212Bi 
se v přírodě vyskytuje jako jeden z produktů thoriové rozpadové řady (....). S poločasem 60,5min. se z 36% přeměňuje
a-radioaktivitou na 208Tl a z 64% b--radioaktivitou na 212Po. ...........
.....................
Bismut 213Bi 
se z 97,8% přeměňuje
b--radioaktivitou na 213Po a z 2,2% a-radioaktivitou na 209Tl ..........
  Isotopy
214,213Bi se zkušebně používají v nukleární medicíně pro radioimunoterapii (§3.6, část "Radioisotopová terapie", pasáž "Radioimunoterapie").
Bismut 214Bi 
je jedním z pomíjivých, avšak důležitých produktů uranové rozpadové řady (...). S poměrně krátkým poločasem 19,8 minut se přeměňuje složitým rozpadovým schématem především beta
--radioaktivitou na řadu excitovaných hladin a na základní stav polonia 214Po, v nepatrné míře (0,021%) též alfa-radioaktivitou na excitované hladiny 210Tl. Při deexcitacích (především hladin 214Po) je emitována řada energií záření gama, z nichž významné zastoupení mají zvláště 609,3 keV (45,5%), 665 (1,5%), 768 (4,5%), 1120..... - viz obrázek Ra-226 vlevo.
  Výrazné gama-linie 214Bi můžeme pozorovat u uranu a radia (pokud je v rovnováze se svými dceřinnými nuklidy - viz níže Radium 226Ra) a též ve většině přírodních vzorků, kam se tento radionuklid dostává s plynným radonem (viz např. výše uvedený obr.1.4.2).

Thorium , Uran , Radium , Radon
Z těžkých jader uranové skupiny, které jsou všechny a-radioaktivní, jsou důležité zvláště následující přírodní (primární) radionuklidy thorium a uran:
 Thorium Th90 je stříbřitě bílý kov, který je v minerálních sloučeninách poměrně hojně zastoupen v zemské kůře (9,6 mg/kg). Nemá žádný stabilní isotop, v pozemské přírodě se vyskytuje především slabě radioaktivní thorium-232:
Thorium 232Th 
Thorium
232Th90 patří k nejrozšířenějším přírodním radionuklidům obsaženým v horninách zemské kůry (spolu s 40K), jeho obsah je cca 9mg/kg. S velmi dlouhým poločasem T1/2=14,02.109 let se rozpadá alfa-radioaktivitou na radium 228Ra a dále pak celou rozpadovou řadou podle levé části obr.1.4.1. Zatím nemá přímé radiační využití, v budoucnu ale může být potenciálním štěpným materiálem v množivých jaderných reaktorech s thorium-uranovým cyklem - §1.3, část "Rychlé množivé reaktory FBR". Vzhledem k nízké měrné aktivitě a nemožnosti použití pro přímé řetězové štěpení můžeme z hlediska jaderné fyziky a radiační ochrany thorium-232 považovat za téměř neradioaktivní materiál, s nepatrným rizikem.
  Thorium může být použito jako materiál pro účinné stínění ionizujícího záření. Dále se 232Th v technické praxi někdy používá jako příměs do elektrod výbojek, kde ionizace plynové náplně alfa-částicemi usnadňuje zapálení elektrického výboje při nižším napětí (§3.7, pasáž "Radioaktivita ve výbojkách"). Další využití thoria (230-Th) je v uran-thoriovém radiometrickém datování (viz výše "Radiometrické datování").
Thorium 227Th 
je uměle vyráběný radioisotop pro použití v biologicky cílené radionuklidové terapii. S poločasem T
1/2=18,7 dne se alfa-radioaktivitou přeměňuje na radium 223Ra - ve 25% do základního stavu, 24% na hladinu 61,5keV, 20% na 286keV, 5% na 329keV, v 8% na 334kev, s nižším zastoupením na řadu dalších excitovaných stavů. Při deexcitaci se emituje řada fotonů gama, především energií 50keV (8%), 236keV (12,4%) a 256keV (7%), slabší jsou 300keV (2,3%) a 330keV (2,7%). Energie alfa-částic se pohybují v rozmezí 5,7-6 MeV, podle excitovaných hladin. Dceřinné 223Ra se pak opět a-radioaktivitou s poločasem 11,4 dne přeměňuje na radon-219 a dále celým rozpadovým řetězcem krátkodobých isotopů až na stabilní olovo-207 (srov. níže obrázek v pasáži "Radium 223Ra"), za emise mnoha dalších energií částic alfa, elektromů beta a fotonů gama.

  Jak je typické pro těžké nuklidy uranové skupiny (a vyšší), i 227Th se přeměňuje celou rozpadovou řadou:
227Th(18,7d.; a) ® 223Ra(11,4d.; a) ® 219Rn(4s.; a) ® 215Po(1,8ms.; a) ® 211Pb(36,1min.; b-) ® 211Bi(2,2min.; a) ® 207Tl(4,8min.; b-) ® 207Pb(stab.).
 Při první přeměně 227Th (na radium 223Ra) je emitováno záření alfa o energiích 5,7-6 MeV a záření gama o energiích především 50, 236 a 256 keV.
 Při radioaktivitě dceřinných nuklidů rozpadové řady je pak emitována řada dalších energií částic alfa, beta a fotonů gama, především: z 223Ra je to a 5,6 a 5,7MeV a záření gama o energiích především 154 a 269 keV; z 219Rn je to a 6,4 a 6,8 MeV a g 271 a 402 keV; z 215Po je to a 7,4MeV; z 211Pb je to beta 540 a 1372 keV a slabé g 404 a 832 keV; z 211Bi je to a 6,3 a 6,6 MeV a g 351keV; z 207Tl se emituje beta max. energie 1423keV a slabé gama 898keV.
 Vedlejší větev 211Bi(b-)®211Po vzhledem ke svému nízkému zastoupení (0,27%) nemá žádný praktický význam.
 Rozpadový řetězec 227-Th funguje jako "in vivo radionuklidový generátor" - viz výše "In vivo generátory".
 Zjednodušené přeměnové schéma 227Th na 223Ra je nakresleno níže v levé části obrázku.
 Změřené spektrum záření gama emitovaného všemi nuklidy z celé rozpadové řady 227-Th je zobrazeno níže v pravé části obrázku.ę
Přeměnové schéma thoria 227Th (první přeměna na radium-223) a celkové gama-spektrum 227Th a jeho rozpadových produktů.
Spektrum bylo měřeno s hermeticky uzavřeným preparátem, z něhož nemohl uniknout plynný radon 219Rn. Ve spektru jsou proto obsaženy gama-linie i všech dceřinných radionuklidů rozpadové řady, s nimiž je 227Th v radioaktivní rovnováze. Linie gama pocházející z přeměny 227-Th na 213-Ra jsou ve spektru uvedeny bez označení (jen s hodnotou energie), u fotopíků ze sekundárních přeměn v rozpadové řadě jsou uvedeny příslušné radionuklidy, z nichž pocházejí (především 223Ra, 219Rn, 211Bi, 211Pb a 207Tl).

Při jedné úplné radioaktivní přeměně jádra 227Th v celé rozpadové řadě až na stabilní 207Pb se uvolní celková jaderná energie Q = 36,132 MeV, která je z asi 95% odnášena pěti alfa-částicemi, ze 3% elektrony beta+neutriny a z asi 1% fotony gama a X-záření. U thoria 227Th a dceřinných produktů rozpadové řady je využíváno především emitované alfa-záření o energiích 5,4-7,4 MeV (celkem 5 alfa-částic/1přeměnu 227Th) v nukleární medicíně pro biologicky cílenou radionuklidovou terapii.
  Záření gama 227Th a jeho dceřinných nuklidů se při terapii prakticky neuplatňuje, ale může být využito pro gamagrafické monitorování distribuce radiofarmaka v organismu. Emise gama záření umožňuje při terapii současné scintigrafické zobrazení tkání a orgánů, kam terapeutický preparát pronikl. Na těchto scintigrafických obrazech můžeme posuzovat (vizuálně, příp. i kvantitativně) míru žádoucího vychytávání radiofarmaka v nádorových ložiscích a nežádoucí akumulace ve zdravých tkáních a kritických orgánech - provádět monitorování průběhu radioisotopové terapie.
  Chemické vlastnosti thoria
(oxidační stav +4) umožňují, s pomocí makrocyklického ligandu typu DOTA, chelatační navázání 227Th k monoklonálním protilátkám za vzniku radioimunokonjugátů, které se cíleně vychytávají v nádorových buňkách (struktura a vlastnosti monoklonálních protilátek jsou podrobněji rozebírány v §3.6, část "Cílená biologická léčba - monoklonální protilátky"). Vysokoenergetické a-částice, emitované při radioaktivních přeměnách, pak mohou účinně ničit tyto nádorové buňky. Ve stadiu laboratorního zkoušení je cílená imunoterapie s použitím alfa-značených monoklonálních protilátek thoriem: u lymfomů 227Th - rituximabu nebo anti CD22, u akutní myeloidní leukemie 227Th - konjugátu CD33 lintuzumab.
  Určitým problémem může být uvolňování dceřinného radia-223 z chemické vazby v radioimunokonjugátu v důsledku zpětného odrazu jádra při emisi alfa-částice
(§1.2, pasáž "Zpětný odraz jader") a rozdílnosti chemických vlastností radia (oxidační číslo 2). Pokud dceřinné radium během své přeměny (T1/2 =11,4 dne) uniká z cílové tkáně, účinnost terapie se tím snižuje o 4 energetické alfa-částice z rozpadové řady radia-223. Uvolněné 223Ra se pak může vychytávat v jiných tkáních (např. v kostech) a způsobovat tam nežádoucí radiační zátěž.
  Isotop 227Th se uměle připravuje ozařováním radia-226 neutrony za vzniku radia-227: 226Ra(n,g)227Ra, s následnou přeměnou beta--radioaktivitou 227Ra(b-,T1/2=41min.)® 227Ac na aktinium-227, které se s poločasem 21,8let přeměňuje na výsledné thorium-227: 227Ac(b-,T1/2=21,8r.)® 227Th. Vzhledem k dlouhému poločasu aktinia-227 lze 227Th průběžně získávat elucí z 227Ac/227Th generátoru.
 Uran U92 je velmi těžký (19g/cm3) kovový prvek stříbrobílé barvy ze skupiny aktiniodů. Na vzduchu vlivem oxidace získává tmavě šedé zabarvení. Byl izolován v r.1841 a název získal podle tehdy nově objevené planety Uran. Používal se k barvení skla. V r.1896 H.Becquerel u minerálů obsahujících uran zjistil dříve neznámé pronikavé záření - objevil radioaktivitu (§1.2 "Radioaktivita"). Uran nemá žádný stabilní isotop, všechny jsou radioaktivní. V pozemské přírodě se vyskytují tři isotopy uranu :
Uran 235U, 238U 
Jsou to důležité přírodní radionuklidy. Přírodní kovový prvek uran U
92 sestává z isotopů 235U (0,7204%), 238U (99,2742%) a stopového množství 234U (0,0054%).
  Uran
235U se s poločasem T1/2=7,04.108 let rozpadá alfa-radioaktivitou na thorium 231Th a dále pak celou rozpadovou řadou podle prostřední části obr.1.4.1. Pohlcením neutronu se jádro 235U rozštěpí na dvě lehčí jádra. Uran-235 je základním štěpným materiálem v jaderných reaktorech, při jehož štěpení se získává velké množství energie v jaderných elektrárnách; jaderné reaktory slouží též jako mohutný zdroj neutronů pro řadu aplikací jaderné fyziky a chemie. Podrobnosti viz §1.3 "jaderné reakce", část "Štěpení atomových jader".
  Uran
238U se s dlouhým poločasem T1/2=4,47.109 let rozpadá alfa-radioaktivitou na thorium 234Th a dále pak celou rozpadovou řadou podle pravé části obr.1.4.1. Díky svému delšímu poločasu je 238U nejrozšířenějším druhem uranu v přírodě. Lze jej rovněž využít jako štěpný materiál, avšak ne přímo, ale přes plutonium, které v jaderném reaktoru vzniká z 238U pohlcením neutronu (§1.3, část "Rychlé množivé reaktory FBR"). Uran-238 (jakožto tzv. "ochuzený uran") se někdy používá jako účinný stínící materiál pro vysokoenergetické záření gama.
  Při vlastní alfa-radioaktivitě uranu vzniká jen poměrně málo záření gama. V g-spektru můžeme z uranu vidět jen nepříliš výrazné linie 185keV, 205keV, ..... z přeměny 235U na metastabilní hladiny 231Th. Většina gama-radiace uranu pochází z dceřinných radionuklidů rozpadové řady, především z thoria 234Th (63keV, 93keV), dále z ..


Zjednodušené přeměnové schéma uranu
235U a 238U a gama-spektrum přírodního uranu a některých jeho rozpadových produktů.
Gama-spektrum bylo měřeno ze vzorku volného tenkého plechu kovového uranu tloušťky 0,3mm. Série dceřinných radionuklidů v rozpadové řadě zde byla přerušena u radonu 219,222Rn, který vzhledem ke svému plynnému skupenství plynule uniká ze vzorku. Proto se ve spektru nevyskytují gama-linie dalších radionuklidů rozpadové řady, např. 214Pb a 214Bi, které můžeme vidět třebas ve spektru vzorku zapouzdřeného radia (viz níže "Ra-226.gif"), nebo ve vzorcích přírodního prostředí (např. "NaturalRadioactivity.gif").

Rozpadovými produkty thoria a uranu je řada dalších radioisotopů (tvoří tzv. rozpadové řady popsané výše, obr.1.4.1), z nichž nejdůležitější je radium:
 Radium Ra88 je důležitý radioaktivní prvek, spojený s historií objevování radioaktivity na počátku 20.století. Radium je stříbrobílý, těžký a značně reaktivní kov ze skupiny alkalických zemin. V přírodě se ve stopovém množství vyskytují čtyři isotopy radia: 223Ra (T1/2=11,4 d.), 224Ra (T1/2=3,64 d.), 226Ra (T1/2=1602 let), 228Ra (T1/2=5,75 let). Pocházejí z rozpadových řad uranu a thoria. Isotopy radia se alfa-radioaktivitou přeměňují na příslušné isotopy plynného radonu a dále celou rozpadovou řadou o 5-6 členech na stabilní isotop olova (výjimkou je 228Ra v thoriové řadě, které se přeměňuje 10-člennou řadou, jejíž součástí je radium-224 a radon-220).
Radium 226Ra 
Nejdůležitějším isotopem radia je
226Ra, objevené a izolované z uranové rudy v r.1898 M. a P. Curieovými. 1 gram 226Ra, izolovaný heroickým úsilím paní M.Curieové a jejich spolupracovníků, dlouhou dobu sloužil jako etalon dřívější jednotky aktivity 1 Curie (1Ci). 226-radium se s poločasem T1/2=1602 let přeměňuje alfa-radioaktivitou na radon 222Rn (a pak celou rozpadovou řadou až na stabilní olovo 206Pb). V 94,4% probíhá a-přeměna do základního stavu radonu, v 5,5% do excitovaného stavu 186keV, slabě zastoupeny jsou další tři vyšší excitované hladiny. Samotné 226Ra je smíšeným a+g zářičem (Ea=4,78MeV, Eg=186keV), avšak ve skutečnosti je v rovnováze se svými dceřinnými isotopy v rozpadové řadě. Ve spektru záření gama 226Ra sice vidíme vlastní pík 186keV, avšak daleko výraznější jsou linie dceřinných produktů 214Pb a 214Bi (o vyšších energiích: 295, 352, 609, 768, 1120, 1238, 1378, 1764, 2204, 2448 keV). Radiofory 226Ra se dříve používaly v brachyradioterapii (§3.6, část "Brachyradioterapie"), nyní jsou vytlačeny především iridiem-192 (viz výše "Iridium").


Přeměnové schéma radia
226Ra a gama-spektrum 226Ra a jeho rozpadových produktů. Ve výřezu v levé části obrázku jsou zjednodušená rozpadová schémata důležitých radionuklidů 214Pb a 214Bi z rozpadové řady radia-226.
Spektrum bylo měřeno se zapouzdřeným etalonem 226Ra, z něhož nemohl uniknout plynný radon 222Rn, takže 226Ra je v radioaktivní rovnováze se svými dceřinnými produkty. Ve spektru jsou proto (na rozdíl od výše uvedeného spektra uranu) zobrazeny gama-linie všech dceřinných radionuklidů rozpadové řady, především 214Pb a 214Bi.

Radium 223Ra 
je na rozdíl od předchozích přírodních nuklidů uměle vyráběným radioisotopem pro účely radionuklidové terapie v nukleární medicíně
(v přírodě se isotop 223Ra vyskytuje jen v nepatrném množství jako jeden z produktů přeměn uranu 235U v uran-aktiniové rozpadové řadě - obr.1.4.1). 223-radium se přeměňuje alfa-radioaktivitou *) s poločasem 11,43 dní na radon 219Rn (a dále pak rozpadovou řadou až na stabilní olovo 207Pb, viz níže). Jen z 1% probíhá přeměna na základní stav, ve většině případů je to řada excitovaných stavů 219Rn. Nejvíce zastoupené jsou přeměny na hladiny o energiích 127keV (9,5%), 154keV (52,5%), 269keV (24,2%), 338keV (9,2%), při jejichž deexcitacích je emitováno záření gama (největší zastoupení zde mají energie 154 a 269keV, slabší je 324keV). Záření alfa z přeměny 223Ra má energie v rozmezí 5,5-5,7MeV. Další energie alfa, beta a gama jsou emitovány z dceřinných produktů rozpadové řady, viz níže - srov. též výše obrázek v pasáži "Thorium 227Th".
*) Drobná zajímavost:
223Ra byl první isotop, u kterého byla v r.1984 objevena nová radioaktivní přeměna s emisí částic těžších než alfa-částice - "uhlíková radioaktivita" s emisí jádra 14C: 223Ra ® 209Pb + 14C (viz §1.2, část "Exotické druhy radioaktivity", pasáž "Radioaktivita vyšší než a-héliová"). Tento proces je však velmi slabý, na hranicích měřitelnosti, poměr počtu emisí 14C a emisí alfa (t.j. 4He) je 6,4.10-10.
  Isotop 223Ra se uměle připravuje ozařováním radia-226 neutrony za vzniku radia-227: 226Ra(n,g)227Ra, s následnou přeměnou beta--radioaktivitou 227Ra(b-,T1/2=41min.)®227Ac na aktinium-227, které se s poločasem 21,8let přes thorium-227 přeměňuje na výsledné radium-223: 227Ac(b-,T1/2=21,8r.)®227Th(a,T1/2=18,7d.)®223Ra. Vzhledem k dlouhému poločasu aktinia-227 lze 223Ra průběžně získávat elucí z 227Ac/223Ra generátoru (selektivní eluce se provádí roztokem cca 0,1mol. HCl nebo HNO3).

  Jak je typické pro těžké nuklidy uranové skupiny (a vyšší), i 223Ra se přeměňuje celou rozpadovou řadou:
  223Ra(11,4d.; a) ® 219Rn(4s.; a) ® 215Po(1,8ms.; a) ® 211Pb(36,1min.; b-) ® 211Bi(2,2min.; a) ® 207Tl(4,8min.; b-) ® 207Pb(stab.).
 Při první přeměně 223Ra (na radon 219Rn) je emitováno záření alfa o energiích 5,6 a 5,7MeV a záření gama o energiích především 154 a 269 keV.
 Při radioaktivitě dceřinných nuklidů rozpadové řady je pak emitována řada dalších energií částic alfa, beta a fotonů gama, především: z 219Rn je to a 6,4 a 6,8 MeV a g 271 a 402 keV; z 215Po je to a 7,4MeV; z 211Pb je to beta 540 a 1372 keV a slabé g 404 a 832 keV; z 211Bi je to a 6,3 a 6,6 MeV a g 351keV; z 207Tl se emituje beta max. energie 1423keV a slabé gama 898keV.
 Vedlejší větev 211Bi(b-)®211Po vzhledem ke svému nízkému zastoupení (0,27%) nemá žádný praktický význam.
 Rozpadový řetězec 223-Ra funguje jako "in vivo radionuklidový generátor" - viz výše "In vivo generátory".
 Změřené spektrum záření gama emitovaného všemi nuklidy z celé rozpadové řady 223-Ra je zobrazeno níže v pravé části obrázku.ę
Přeměnové schéma radia 223Ra (první přeměna na radon-219) a celkové gama-spektrum 223Ra a jeho rozpadových produktů.
Spektrum bylo měřeno s hermeticky uzavřeným preparátem, z něhož nemohl uniknout plynný radon 219Rn. Ve spektru jsou proto obsaženy gama-linie i všech dceřinných radionuklidů rozpadové řady, s nimiž je 223Ra v radioaktivní rovnováze. Linie gama pocházející z přeměny 223-Ra na 219-Rn jsou ve spektru uvedeny bez označení (jen s hodnotou energie), u fotopíků ze sekundárních přeměn v rozpadové řadě jsou uvedeny příslušné radionuklidy, z nichž pocházejí (především 219Rn, 211Bi, 211Pb a 207Tl).

Při jedné úplné radioaktivní přeměně jádra 223Ra v celé rozpadové řadě až na stabilní 207Pb se uvolní celková jaderná energie Q = 29,986 MeV, která je z asi 95% odnášena čtyřmi alfa-částicemi, ze 3% elektrony beta+neutriny a z asi 1% *) fotony gama a X-záření.
*) Toto zdánlivě malé procentuální zastoupení fotonového záření je důsledkem energetického přepočtu vzhledem k vysoenergetickým
a-částicím. Absolutní počet emitovaných fotonů gama a X je ve skutečnosti poměrně vysoký, pro energie v rozmezí 80-400keV představuje cca 96%! Nejvíce zastoupené X a gama-energie jsou: X 81(14%), 83(25%) a 95keV(8%), gama 154(5,8%), 269(14%), 351(13%) a 401keV(7%).
  U radia 223Ra a dceřinných produktů rozpadové řady je využíváno především emitované alfa-záření o energiích 5,4-7,4 MeV (celkem 4 alfa-částice/1přeměnu 223Ra) v nukleární medicíně pro radioisotovou terapii kostních metastáz, které se často vyskytují u karcinou prsu a prostaty (§3.6, část "Radioisotopová terapie", pasáž "Radionuklidová terapie nádorů a metastáz"). Elektrony beta mají jen zanedbatelný význam. Radium má chemické a biologické chování podobné vápníku, takže se 223Ra akumuluje v metabolicky aktivní kostní tkáni v krystalcích hydroxyapatitu. Vychytává se proto v kostních metastázách se zvýšenou osteoblastickou aktivitou, kde vykazuje paliativní účinek.
  Způsob, jakým se mateřské 223Ra po své akumulaci v cílové tkáni přeměňuje na řadu krátkodobějších radionuklidů, je typickým příkladem výše zmíněného in vivo radionuklidového generátoru.
  Záření gama
223Ra a jeho dceřinných nuklidů se při terapii prakticky neuplatňuje, ale může být využito pro gamagrafické monitorování distribuce radiofarmaka v organismu. Pozitivní význam poměrně značného zastoupení záření gama spočívá rovněž v možnosti snadného měření aktivity preparátů 223Ra v běžných měřičích aktivity s ionizační komorou (§2.3 "Ionizační komory"), za použití příslušné kalibrace gama-konstanty.
 Radon Rn86 je nejtěžším prvkem ze skupiny vzácných plynů. Je radioaktivní, nemá žádný stabilní isotop. V přírodě se ve stopovém množství vyskytují tři isotopy radonu: 222Rn (T1/2=3,82 d.), 220Rn (T1/2=54,5 s.) a 219Rn (T1/2=3,92 s.). Pocházejí z rozpadových řad uranu a thoria, konkrétně vznikají při alfa-radioaktivitě isotopů radia. Rozpadají se na příslušné isotopy polonia a dále rozpadovou řadou o 4-6 členech na stabilní isotopy olova. Původní název radonu byl radiová emanace - vyvěrající z radia.
Radon 222Rn
Alfa-rozpadem radia-226 vzniká plynný radon
222Rn, který se dále s poločasem 3,83 dní přeměňuje alfa-radioaktivitou na polonium 218Po, v 99,92% na základní stav, v 0,08% na excitovanou hladinu 510keV. Další radioaktivní přeměny pak probíhají celou rozpadovou řadou podle pravé části obr.1.4.1. Gama-spektrum radonu-222 je téměř identické s výše uvedeným spektrem 226Ra (až na linii 186keV).
  Sekundární přírodní radon-222 se svými rozpadovými produkty je významný z hlediska radioekologie - viz kap.5, §5.2 "Biologické účinky ionizujícího záření", pasáž "Zdroje ozáření ionizujícím zářením". Radony 220Rn v thoriové a 219Rn v uran-aktiniové rozpadové řadě se vzhledem ke krátkému poločasu stačí rozpadnout dříve, než difuzí uniknou z radioaktivního materiálu, takže je v radioekologii není třeba uvažovat.

Transurany
Z uměle vyráběných nejtěžších jader skupiny transuranů (prvků těžších než uran - jsou podrobně rozebírány v §1.3, část "Transurany") mají praktické uplatnění především tři radionuklidy:
Plutonium 239Pu 
Plutonium
239Pu se s poločasem T1/2=24100 let alfa-radioaktivitou rozpadá na uran 235U (na excitované hladiny 51.7, 13.4 a 0.007 keV; gama-záření se zde však téměř neemituje, neboť příslušné přechody téměř úplně podléhají vnitřní konverzi, takže místo toho jsou emitovány konverzní a Augerovy elektrony). Další přeměny probíhají celou uran-aktiniovou rozpadovou řadou (prostřední část obr.1.4.1). Plutonium-239 vzniká v jaderném reaktoru neutronovou fúzí z uranu 238U: 238U(n,g)239U ®(b-;25min)® 239Np ®(b-;2,3dnů)® 239Pu. Je účinným štěpným materiálem (podobně jako uran 235U). Vedle zneužití pro jaderné zbraně se využívá ve speciálních jaderných reaktorech (§1.3, část "Rychlé množivé reaktory FBR").
Americium 241Am 
Americium
241Am se s poločasem T1/2=458 let rozpadá alfa-radioaktivitou na neptunium 237Np (a dále pak celou neptuniovou rozpadovou řadou podle pravé části obr.1.4.1). Alfa-rozpad 241Am probíhá především (v 84,6%) na excitovanou hladinu 59,6keV neptunia, která při deexcitaci na základní stav emituje záření gama 59,6 keV, slabě zastoupeno je gama 23,6keV. V důsledku vnitřní konverze je dále emitováno charakteristické X-záření La,b neptunia 11-22keV. Velké množství dalších excitovaných hladin 237Np (33, 75-1014 keV) je syceno s nepatrnou intenzitou a pro radiaci 241Am nemá žádný význam. 241-americium je tedy smíšeným a+g zářičem: Ea=5485keV, Eg=59,6keV. Vzhledem k dlouhému poločasu dceřinného 237Np je radiace dalších členů rozpadové řady zanedbatelně nízká ve srovnání a americiem.
  Isotop 241Am vzniká v jaderném reaktoru z plutonia neutronovou fúzí v reakcích 239Pu(n,g)240Pu(n,g)241Pu®(b-)®241Am.
  Americium-241 se často používá jako etalon měkkého záření gama 59,6keV, jako zdroj a-částic např. v ionizačních požárních hlásičích, ve směsi s beryliem za využití reakce (a,n) jako laboratorní zdroj neutronů (§1.6, část "Neutronové záření a jeho interakce").


Rozpadové schéma a gama-spektrum americia
241Am

Kalifornium 252Cf
je nejtěžším radionuklidem, který má ještě praktické uplatnění. Kalifornium
252Cf (T1/2=2,65 roku) se kromě a-radioaktivity (97%) na 248Cm rozpadá i spontánním štěpením (3%) *), při němž jsou emitovány neutrony (cca 3,7 neutronů/1štěpení) - využívá se proto jako intenzívní neutronový zdroj, např. pro neutronovou aktivační analýzu a pro neutronovou záchytovou radioterapii (kap.3.6., pasáž "NeutronTerapie"). Kalifornium-252 vzniká v jaderném reaktoru z plutonia 239Pu postupným několikanásobným neutronovým záchytem, kombinovaným s beta--přeměnami.
*) Pozn.: Z hlediska produkce neutronů by byl snad ještě zajímavější isotop 254Cf, který se spontánním štěpením rozpadá dokonce v 99% případů; jeho nevýhodou je však kratší poločas T1/2=60,5dne.
  Transurany se radioaktivně rozpadají celými rozpadovými řadami (podobně jako uran a thorium - viz výše obr.1.4.1), kde jednotlivé dceřinné produkty vykazují alfa i beta radioaktivitu a excitovaná jádra emitují záření gama. Konečným produktem jsou stabilní isotopy olova nebo vizmutu (odhlédneme-li od zcela nepatrné radioaktivity 209Bi s poločasem 1,9.1019let).

Níže uvádíme velmi stručnou tabulku některých nejdůležitějších radionuklidů, která slouží jen pro ilustraci teoretického rozboru radioaktivity v §1.2 a vlastností radionuklidů v tomto §1.4. Úplný a podrobný přehled radionuklidů, s rozpadovými schématy a uvedením všech jejich charakteristik, je možno nalézt např. ve vynikající "Table of isotopes" autorů Lederer, Hollander, Perlman (nová elektronická verze http://ie.lbl.gov/toipdf/toi20.pdf ).

Tabulka nejčastěji používaných radionuklidů

Radionuklid Poločas T1/2 Způsob
rozpadu
Energie[keV]
Ea nebo Ebmax
Energie[keV]
gama Eg
Nejčastější
způsob výroby
Použití
1n 0 13 min b- 782 - reaktor 235U,
(a,n)
jaderná
analýza
3H1 12,3 roku b- 18,6 - 6Li(n,a)3H biologie
14C6 5730 roků b- 156 - 14N(n,p)14C biologie
analýza
18F9 110 min. b+(97%)
EC (3%)
633 511 (194%)
(anihilace)
18O(p,n)18F nukleární
medicína
32P15 14,3 dne b- 1710 - 32S(n,p)32P nukleární
medicína
40K 19 1,28 . 109
roků
b- (89%)
EC (11%)
1314 1460 (11%) přírodní
radionuklid
isotop.
datování
51Cr 24 27,7 dne EC - 320 (9,8%) 50Cr(n,g)51Cr nukleární
medicína
57Co27 271 dnů EC - 14 (9%)
122 (86%)
136 (11%)
692 (0,15%)
56Fe(d,n)57Co
56Fe(p,
g)57Co
55Mn(
a,2n)57Co
zdroj
gama
58Co27 70,8 dne b+, EC - 511 (30%)
810 (99%)
865 (1,5%)
1670 (0,6%)
55Mn(a,n)58Co biologie,
nukleární
medicína
60Co27 5,271 roků b- 310 (99,88%)
1480 (0,12%)
1173 (100%)
1332 (100%)
59Co(n,g)60Co zdroj
gama
67Ga31 3,26 dne EC - 93 (40%)
184 (20%)
300 (17%)
393 (5%)
68Zn(p,2n)67Ga nukleární
medicína
68Ga31 68 min. b+(89%)
EC (11%)
  511 (178%)
(anihilace)
68Zn(p,n)68Ga nukleární
medicína
81Rb37

ęęęę
4,6 hod.

ęęę
EC

ęęę
- 190 (66%)
446 (19%)
79Br(a,2n)81Rb
generátor
81mKr

ęęę
81mKr36 13 sec. IT - 190 (67%) 81Rb®81mKr scintigrafie
plic
90Sr38 28,8 let b- 546 - 235U(n,f)90Sr  
90Y39 64 hod. b- 2280 - 90Sr®90Y
89Y(n,
g)90Y
nukleární
medicína
99Mo42

ęęęę
66 hod.

ęęę
b-

ęęę
436 (17%)
1214 (83%)
140 (6%)
181 (7%)
740 (13%)
778 (5%)
98Mo(n,g)99Mo
235U(n,f)99Mo
generátor
99mTc

ęęę
99mTc 43 6 hod. IT - 140 (90%) 99Mo®99mTc scintigrafie
111In 49 2,8 dne EC - 171 (90%)
245 (94%)
111Cd(p,n)111In nukleární
medicína
123I 53 13,2 hod. EC - Ka 27 (71%)
Kb 31 (16%)
159 (83%)
121Sb(a,2n)123I nukleární
medicína
125I 53 60 dní EC - Ka 27 (112%)
Kb 31 (25%)
35 (6,5%)
124Xe(n,g)125Xe
âEC
125I
nukleární
medicína
(RIA)
131I 53 8,04 dne b- 334 (7,5%)
606 (90%)
80 (2,5%)
284 (6%)
364 (81%)
637 (7%)
723 (2%)
130Te(n,g)131Te
235U(n,f)131Te
b-(25min):
131Te
®131J
nukleární
medicína
133Xe 54 5,3 dne b- 346 Ka 31 (39%)
Kb 35 (9%)
81 (37%)
235U(n,f)133Xe nukleární
medicína
137Cs 53 30 roků b- 1176 Ka 32 (6%)  
Kb 36 (1,5%)
g  662 (85%)
235U(n,f)137Cs zdroj
gama
             
             
             
             
             
192Ir 77 74,2 dne b-(95%)
EC(5%)
240 (8%)
536 (41%)
672 (46%)
296 (29%)
308 (30%)
317 (81%)
468 (49%)
604 (9%)
612 (6%)
191Ir(n,g)192Ir
192Os(d,
2n)192Ir
zdroj
gama
201Tl 81 73 hod. EC - Ka 70 (74%)
Kb 80 (21%)
135 (2,6%)
167 (9%)
203Tl(p,3n)201Pb
âEC
201Tl
nukleární
medicína
             
226Ra 88 1602
roků
a 4782 186 (4%) přírodní
radionuklid
zdroj
alfa
232Th 90 1,41 . 1010
roků
a 4011   přírodní
radionuklid
potenciální
jaderné
palivo
235U 92 7,1 . 108
roků
a 4580 143 (11%)
185 (54%)
204 (5%)
přírodní
radionuklid
štěpný
materiál
238U 92 4,51 . 109
roků
a 4195   přírodní
radionuklid
jaderný
reaktor
239Pu 94 2,44 . 104
roků
a 5160   238U(n,g)239U
®(b-) 239Np3
®(b-® 239Pu
štěpný
materiál
241Am 95 458 roků a 5486 La 13,9 (14%)
Lb 17,8 (20%)
Lg 20,8 ( 5%) 
g  26,4 ( 3%)
g  59,6 (36%)
239Pu(n,g)240Pu
(n,
g)241Pu
âb-
241Am
zdroj
alfa
a
gama
252Cf 98 2,65 roku a (97%)

spont.
štěpení
(3%)
® n
a:
6119 (97%)
+
štěpné fragm.
+
neutrony
- 238U, 239Pu
(n,
g),(n,g),....
...,(n,
g),..b-...
â
252Cf
zdroj
neutronů

Pozn.: Barevným pozadím jsou označeny dvojice mateřský®dceřinný radionuklid používané v generátorech.

1.3. Jaderné reakce   1.5. Elementární částice

Zpět: Jaderná fyzika a fyzika ionizujícího záření
Jaderná a radiační fyzika Detekce a spektrometrie záření Aplikace záření
S c i n t i g r a f i e Počítačové vyhodnocování scintigrafie Radiační ochrana
Gravitace, černé díry a fyzika prostoročasu   |  Antropický princip aneb kosmický Bůh
AstroNuklFyzika ® Jaderná fyzika - Astrofyzika - Kosmologie - Filosofie

Vojtěch Ullmann