اكثر عناصر نظیر كربن، هیدروژن، اكسیژن و پتاسیم هر یك در چند شكل متفاوت هسته اى به طور طبیعى وجود دارند كه به آنها ایزو توپ می گویند.

 در حقیقت کلمه ایزوتوپ برای عنصرهایی به کار می‌رود که تعداد پروتون یکسان و نوترون متفاوتی دارند. رادیوایزوتوپ درواقع ایزوتوپ رادیواکتیو از عنصر‌ها است. آن‌ها درواقع در مورد اتم‌هایی تعریف می‌شوند که دارای ترکیبی از نوترون‌ها و پروتون‌های ناپایدار بوده و یا اینکه دارای انرژی زیادی در هسته خود هستند.

رادیوایزوتوپ‌ها چگونه تولید می‌شوند:

هسته‌های ناپایدار رادیوایزوتوپ می‌توانند یا به‌طور طبیعی تولید شوند و یا اینکه درنتیجه تغییر اتم به‌طور مصنوعی ایجاد شوند. در بعضی از موارد برای تولید آن‌ها از راکتورهای هسته‌ای و در سایر موارد از سیکلوترون استفاده می‌شود. راکتورهای هسته‌ای بهترین و مناسب‌ترین روش برای تولید رادیوایزوتوپ های غنی از نوترون ازجمله مولیبدن 99 هستند، درحالی‌که بهترین و مناسب‌ترین شتاب‌دهنده برای تولید رادیوایزوتوپ غنی از پروتون ازجمله فلوئور 18 سیکلوترون است. یکی از بهترین و معروف‌ترین مثال ها از رادیوایزوتوپ ها که به‌طور طبیعی تولید می‌شوند اورانیوم است. 0.7 درصد از اورانیوم‌هایی که به‌طور طبیعی ایجاد می‌شوند، اورانیوم 238 است. مابقی پایدار نبوده و یا رادیواکتیو هستند ازجمله اورانیوم 235 که سه نوترون در هسته خود کمتر دارد.

واپاشی رادیواکتیو:

اتم‌هایی که هسته ناپایدار دارند از طریق تابش انرژی و یا انتقال ذرات اضافی به خارج از هسته به ثبات و پایداری می‌رسند. فرایند تابش پرتو از طریق هسته، واپاشی رادیواکتیو گفته می‌شود. این فرایند برای هر رادیوایزوتوپ، خاص و منحصربه‌فرد است و با پارامتری به نام نیمه‌عمر اندازه‌گیری می‌شود. یک نیمه عمر زمانی است که نیمی از اتم های ناپایدار واپاشی می‌شوند.

چگونه رادیوایزوتوپ مورداستفاده قرار می‌گیرد؟

رادیوایزوتوپ ها بخش مهمی از رادیو داروها هستند و در حقیقت بیش از 30 سال است که در طب پزشکی و حوزه داروها استفاده می‌گردند. به‌طور متوسط، از هر دو نفر حداقل یک نفر در طول مراحل زندگی خود یک‌بار از روش پزشکی هسته‌ای در فرایند درمان و یا تشخیص استفاده کرده است.
بعضی از رادیوایزوتوپ‌های مورداستفاده در پزشکی هسته‌ای نیمه‌عمر کوتاهی دارند، به این معنی که آن‌ها به‌سرعت واپاشی می‌شوند و برای اهداف تشخیصی مناسب هستند. برخی دیگر نیمه‌عمرهای طولانی‌تری دارند و زمان بیشتری برای واپاشی نیاز دارند که از آن‌ها برای اهداف درمانی استفاده می‌گردد. از رادیوایزوتوپ‌ها علاوه بر اهداف پزشکی در رادیوگرافی صنعتی و تحقیقات ملی نیز استفاده می‌گردد.

چشمه رادیواکتیو چیست؟

چشمه رادیواکتیو به‌صورت کپسولی از رادیوایزوتوپ بسته‌بندی می‌شود که برای تولید پرتوهای یونیزان استفاده می‌گردد. چشمه های صنعتی اغلب دربرگیرنده رادیوایزوتوپ هایی است که اشعه گاما و یا ایکس ساطع می‌کنند.

رادیوایزوتوپ‌های رایج کدم‌اند؟

همان‌طورکه گفته شد از رادیوایزوتوپ ها در حوزه های متفاوتی ازجمله پزشکی، صنعت و یا علمی استفاده می‌گردد. رادیوایزوتوپ هایی که در پزشکی استفاده می‌شوند برای تشخیص و درمان کاربرد دارند.

رادیوایزوتوپ هایی که توسط سیکلوترون جهت تشخیص پزشکی مورداستفاده قرار می‌گیرند:

Carbon-11: از این رادیوایزوتوپ در اسکن پت برای مطالعات و بررسی فیزیولوژی و پاتولوژی مغز استفاده می‌شود. همچنین برای تشخیص مشکلات قلبی و انواع خاصی از سرطان ها کاربرد دارد.
Nitrogen-13: این رادیوایزوتوپ دارای نیمه عمر 9.97 دقیقه است و در اسکن پت به‌عنوان یک ردیاب جریان خون در مطالعات قلبی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
Oxygen-15: این رادیوایزوتوپ دارای نیمه‌عمر 2.04 دقیقه است. در اسکن پت جهت اندازه جریان خون، حجم و مقدار اکسیژن مصرفی در خون استفاده می شود.
Fluorine-18: این رادیوایزوتوپ دارای نیمه‌عمر 1.83 ساعت است که یکی از پرکاربردترین رادیوایزوتوپ‌ها در اسکن پت است. در انواع تشخیص تومورهای مغز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
Copper-64: این رادیوایزوتوپ دارای نیمه‌عمر 12.7 ساعت است و برای مطالعات بیماری‌های ژنتیک در اسکن پت و همچنین در رادیوتراپی جهت درمان مورد استفاده قرار می‌گیرد.
Gallium-67: این رادیوایزوتوپ دارای نیمه‌عمر 78.28 ساعت است. در تصویربرداری جهت تشخیص تومورها و عفونت مورد استفاده قرار می‌گیرد.
Iodine-123: این رادیوایزوتوپ دارای نیمه‌عمر 13.22 ساعت است. در تصویربرداری تشخیصی برای مشاهده کردن عملکرد تیروئید و اختلال در عملکرد آدرنال مورد استفاده قرار می‌گیرد.
Thallium-201: این رادیوایزوتوپ دارای نیمه‌عمر 73.01 ساعت است. در تصویربرداری تشخیصی جهت تشخیص مکان دقیق ماهیچه های آسیب‌دیده در قلب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

رادیوایزوتوپ های پزشکی که توسط راکتور تولید می‌گردد:

Phosphorus-32: این رادیوایزوتوپ دارای نیمه‌عمر 14.62 روز است. در درمان مازاد گلبول‌های قرمز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
Chromium-51: این رادیوایزوتوپ دارای نیمه‌عمر 27.10 روز است و جهت تعیین میزان پروتئین های از دست‌ رفته در دستگاه گوارش مورد استفاده قرار می‌گیرد.
Yttrium-99: دارای نیمه‌عمر 64 ساعت است و برای درمان سرطان کبد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
Molybdenum-99: این رادیوایزوتوپ دارای نیمه‌عمر 65.94 ساعت است. برای تولید تکنسینم (99m Tc)99m که یکی از پرکاربردترین رادیوایزوتوپ تا در پزشکی هسته‌ای بوده استفاده می گردد.
Technetium 99m: این رادیوایزوتوپ دارای نیمه‌عمر 6.01 ساعت است. از آن برای تصویربرداری از مغز، تیروئید، ریه، کبد، طحال، کلیه، مثانه، خون، مغز استخوان، قلب، غدد بزاقی و عفونت مورد استفاده قرار می‌گیرد.
Iodine 131: این رادیوایزوتوپ دارای نیمه‌عمر 8.03 روز است. برای تشخیص و درمان انواع مختلفی از بیماری‌ها ازجمله تیروئید مورد استفاده قرار می‌گیرد.
Samarium-153: دارای نیمه‌عمر 46.28 ساعت است. از این رادیوایزوتوپ برای کاهش درد‌های مربوط به متاستازهای استخوانی تومورهای اولیه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
Iutetium-177: این رادیوایزوتوپ دارای نیمه‌عمر 6.65 روز است. از آن برای درمان انواع مختلفی از سرطان‌ها ازجمله تومورهای عصبی، غدد درون‌ریز و سرطان پروستات مورد استفاده قرار می‌گیرد.
Iruidium-192: این رادیوایزوتوپ دارای نیمه‌عمر 73.83 روز است و به شکل یک سیم جهت رادیوتراپی‌های داخلی به‌عنوان چشمه مورداستفاده قرار می‌گیرد. برای درمان سرطان‌های خاص از جمله سرطان سر و پستان کاربرد دارد. 

بسیاری از عناصر شیمیایی دارای ایزوتوپ هستند. ایزوتوپ یک عنصر با خود عنصر دارای پروتون های برابری است (برابر با عدد اتمی) اما تفاوتشان در تعداد نوترون هاست. در یک اتم ، در حالت طبیعی، تعداد الکترون های خارجی برابر عدد اتمی است. این الکترون ها برای معادلات شیمیایی به کار می روند. جرم اتمی هم مجموع پروتون ها و نوترون هاست. 82 عنصر پایدار و 275 ایزوتوپ پایدار مربوط به این عناصر نیز وجود دارد. وقتی ترکبی از نوترون ها و پروتون ها بوجود آید که در قبلا در طبیعت وجود نداشته اند ، این محصول مصنوعی خواهد بود و غیر پایدار است و به آن ایزوتوپ رادیو اکتیو یا رادیوایزوتوپ نامیده می شود. همچنین بسیاری از ایزوتوپ های طبیعی غیر پایدار، از واپاشی بسیار کهن اورانیوم و توریوم ناشی می شود. کلا حدود 1800 رادیو ایزوتوپ وجود دارد. هم اکنون 200 رادیو ایزوتوپ در حال استفاده است که برخی از آنها باید به طور مصنوعی تولید شوند. رادیو ایزوتوپ ها را می توان به روش های گوناگونی تولید کرد.البته غالبا بوسیلۀ  گیر انداری نوترون در راکتور اکتیو می شوند. برخی نیز توسط سیکلوترون تولید می شوند که در این روش پروتون به هسته القا شده و هسته دارای پروتون اضافی می شود. هسته های رادیو ایزوتوپ معمولا با انتشار ذرات آلفا یا (و) بتا به حالت پایدار می رسند. که می تواند با انتشار اشعه گاما همراه باشد. این فرایند واپاشی رادیو اکتیو نام دارد.

تولید رادیو ایزوتوپ ها توسط شتاب دهنده ها

شتابدهنده ها امكان تولید رادیو ایزوتوپ هاى زیادى را از طریق تعدادى از واكنش هاى هسته اى عمدتا به كمك ذرات پروتون ها، دوترون ها و ذرات آلفا می توانند به وجود آورند. این رادیو ایزوتوپ هاى تولیدى اكثراْ ساطع كننده پرتو هاى پوزیترون هستند و راندمان تولید آنها بستگى به عوامل متعددى از جمله انرژى ذره شتاب داده شده و سطح مقطع ایزوتوپ هاى مورد نظر دارد. واكنش هاى نوترون _گاما نیاز به نوترون دارد كه معمولا تولید نوترون در شتاب دهنده ها بطور غیر مستقیم از طریق واكنش هاى هسته اى  مثل گاما n  و غیره حاصل می گردد. واكنش هاى هسته اى گاماn  معمولا در موردایزوتوپ ها ى با نوترون كمتر قابلیت كاربرد دارد. سیكلو ترون داراى داراى یك جفت الكترودهاى فلزى است (كه دى ها نامیده می شوند زیرا شكل آنها شبیه حرف D  می باشد) كه بین دو قطب یك الكترو مغناطیس قرار گرفته اند. این الكترود ها به یك منبع  الكتریكى با فركانس بالا متصل هستند بطوریكه بار هر یك از صفحات، بیش از پنجاه میلیون مرتبه در هر ثانیه بین منفى و مثبت تغییر می كند. میدان مغناطیسى نسبت به الكترود هاى فوق عمود است. ذرات باردار مثل پروتون یا دوترون هر دفعه به تناوب توسط یك دى دفع شده و توسط دیگرى جذب مى شود. نتیجه كار سیستم فوق این است كه به ذره شتابى سریع می دهد و ذره با حركت مارپیچى از بین صفحات خارج می گردد. ذره پر انرژى تولید شده می تواند هدف داخلى یا خارجى را بمباران كند. برخى از رادیو ایزوتوپ هاى تولید شده در سیكلوترون داراى استفاده هاى پزشكى هستند كه از جمله تالیم-201 ،گالیم-67، فلوئور-18 و ید-123 را می توان نام برد. سیكلوترون رادیو ایزوتوپ هایى با نوترون كم ولى راكتور رادیو ایزوتوپ هایى  غنى از نوترون تولید می كنند. لذا راكتور و سیكلوترون در برآورد نیاز هاى كامل یك جامعه به رادیو ایزوتوپ ها، مكمل یكدیگرند. به ندرت ممكن است یكى از این دو بتواند جاى دیگرى هم كار كند. سیكلوترون محدودیت هایى مثل تولید كمتر وكنترل مشكل تر در هدایت واكنش ها را به همراه دارد.