Radioisotope (Radionuclide)

Guten Tag und herzlich willkommen. Im diesem Video geht es um Radioisotope (Radionuclide). Als Vorkenntnisse solltet Ihr bereits wissen, was Radioaktivität ist, worum es sich bei α-, β- und γ-Strahlung handelt. Die Begriffe Isotop und Nuclid sollten Euch bekannt sein. Mein Ziel ist es, Euch einen Überblick über die medizinisch relevanten Radionuclide zu verschaffen. Den Film habe ich in fünf Abschnitte unterteilt: 1. Radioaktivität 2.verschiedene Strahlen 3.Periodensystem der medizinisch bedeutsamen Radionuklide 4. Medizinische Anwendungen 5. Zusammenfassung

1. Radioaktivität Radioaktivität wurde entdeckt vom Franzosen Henri Becquerel im Jahre 1896. 1903 erhielt er dafür den Nobelpreis. Das ist schon verwunderlich. Denn auf der Sonne laufen schon seit Jahrmillionen radio-chemische Prozesse ab. Die Wissenschaftler haben die Kernspaltung und Kernfusion intensiv untersucht. Leider wurde die Kernspaltung zur Zerstörung menschlicher Leben, wie durch Fatman bei Nagasaki missbraucht. Die Kernfusion der Wasserstoffbombe wurde glücklicherweise bei Kriegshandlungen nie eingesetzt. Seit vielen Jahren gewinnen die Industrieländer einen großen Anteil ihres Stroms durch Kernkraftwerke. Sie sind in den letzten Jahren stark in Verruf geraten, nicht erst nach Fokushima. Die anderen sogenannten Anwendungen entbehren jeglicher vernünftigen Diskussion. Wir sollen und müssen sie ersatzlos von der Liste menschlicher Zivilisation streichen. Was bleibt sind Anwendungen genau auf dem Gebiet, das uns interessiert, nämlich der Medizin. Wie hätte Theophrastus Bombastus von Hohenheim, genannt Paracelsus, gesagt: Die Dosis machts. Wir begeben uns damit in das Gebiet der modernen Medizin.

2. verschiedene Strahlen Es lässt sich zeigen, dass strahlende Substanzen in Abhängigkeit von der Zeit an Masse verlieren. Man nennt diese Stoffe radioaktiv und bezeichnet sie mit einem Sternchen. Durch das Experiment konnte gezeigt werden, dass dreierlei Arten von Strahlung diese Substanzen verlassen. Man nennt diese Strahlen Alpha-Strahlen, Beta-Strahlen und Gamma-Strahlen. Bei Alpha-Strahlen handelt es sich um Heliumkerne, das sind zweifach positiv geladene Ionen. Beta-Strahlen sind energiereiche schnelle Elektronen. Gamma-Strahlen sind harte elektromagnetische Wellen. Das sind solche Wellen, deren Lichtquant eine hohe Energie E besitzt. Weil E=h×f ist, heißt das, dass sie eine sehr hohe Frequenz haben. Energie, Durchdringung und Schädlichkeit bishin zum letalen Ausgang steigen in der Richtung von den alpha zu den gamma-Strahlen. Kommen wir nun zum Kernpunkt dieses Videos.

3.Periodensystem der medizinisch bedeutsamen Radionuklide Aus der Vielzahl anwendbarer Nuklide, habe ich ein Dutzend ausgewählt. Lassen wir und diese auf der Zunge zergehen: Wasserstoff, Kohlenstoff, Phosphor, Schwefel, Cobalt, Strontium, Yttrium, Technetium, Jod, Radon, Radium, Uran. Natürlich sind bloß ganz bestimmte Kerne, bestimmte Nuklide, mit einer ganz bestimmten Masse radioaktiv. Beim Wasserstoff beträgt die relative Masse 3, das ist das sogenannte Tritium. Das Kohlenstoffnuklid hat die Masse 14, das des Phosphors entspricht 32 und das des Schwefels 35. Von der breiten Palette an Iodnukliden wird jenes mit der Masse 125 verwendet. Diese Nuklide werden als sogenannte Tracer verwendet. Das heißt, Sie dienen zur Markierung und Beobachtung von Atomen, Atomgruppen und Molekülen, um deren Bewegungen und Ort lokalisieren zu können. Vier weitere Radionuklide haben ein anderes wichtiges Anwendungsgebiet. Es handelt sich hierbei um Cobalt 60, Strontium 90, Yttrium 90 und Radium 226. Das als Tracer verwendete Phosphorisotop 32 gehört auch dazu. Diese Radionuklide werden in der Strahlentherapie verwendet, bei der Behandlung bösartiger Tumore. Ein drittes Anwendungsfeld erschließt sich durch drei Protagonisten. Das sind die Radionuklide Schwefel 35, bereits genannt, Technetium 99m und das Iodisotop 123. Dieses Gebiet ist die medizinische Diagnostik. Also die Feststellung von Gesundheit, respektive Krankheit innerer menschlicher Organe. Das Edelgas Radon kommt in der Natur nur als radioaktives Nuklid 222 vor. Es wird für Kuren verwendet. Als Letztes soll schließlich das chemische Element Uran genannt werden. Obwohl es keine medizinische, weder diagnostische noch therapeutische Bewandtnis hat. Radioaktives Uran wird für die Herstellung von Transuranen verwendet. Das sind chemische Elemente, deren Ordnungszahl größer als die Ordnungszahl des Urans ist.

1. Medizinische Anwendungen Ich möchte hier auf drei Verfahren kurz eingehen. Das sind a) die Strahlentherapie, b) die medizinische Diagnostik und c) die Altersbestimmung verstorbener Organismen. Bei der medizinischen Strahlentherapie werden radioaktive Verbindungen verwendet damit deren beta-, gamma- und x-Strahlen, das sind die Röntgenstrahlen, zielgerichtet auf Zellen einwirken. Die behandelten Zellen werden dabei geschädigt. Es kann zur Zellzerstörung kommen. Da gesunde Zellen die Eigenschaft haben, weniger geschädigt zu werden als Tumorzellen, kommt es zu einem Heilungseffekt. Das Prinzip ist immer dasselbe, obwohl die Ausführung verschieden sein kann. So kann zum Beispiel der Patient auf dem Bestrahlungstisch behandelt werden. Oder Implantate mit Radionukliden werden an den geeigneten Ort gebracht, wie bei der Prostatakrebsbehandlung. b) Die medizinische Diagnostik Es werden hauptsächlich vier Radionuklide verwendet. Phosphor 32, Schwefel 35, Technetium 99m und Iod 123. Das Prinzip ist relativ einfach. Ich möchte es hier an einem Beispiel veranschaulichen. Das hier ist de medizinische Behandlungstisch. Auf ihm liegt der Patient. Mit orangener Farbe, hab ich seine Schilddrüse gekennzeichnet. Dem Patienten wurde ein Radionuklid injiziert, welches sich in der Schilddrüse ansammelt. Das Radionuklid sendet gamma-Strahlen aus. Die gamma-Strahlen werden von einem Strahlendetektor erfasst. Mit entsprechender Messelektronik findet die Auswertung statt. Der Diagnostiker enthält ein aussagefähiges Bild über die Schilddrüse. Man kann sehr gut erkennen, wo sie vergrößert ist. c) Altersbestimmung von abgestorbener ehemals lebender organischer Materie Dieses Verfahren hat nur bedingt etwas mit medizinischer Anwendung zu tun. Ich möchte es trotzdem kurz vorstellen, um zu zeigen, wofür Radionuklide verwendet werden können. Ein gewisser Anteil der Kohlenstoffatome, aus denen wir bestehen, hat die Massenzahl 14. Diese Nuklide sind radioaktiv. Das Verhältnis von C14 zu C12 ist beim lebenden Organismus stets gleich. Erst nach seinem Tod beginnt der Anteil von C14 zu sinken. Wiegt man den Anteil an C14 gegen die Zeit t auf, so erhält man folgende exponentielle Abhängigkeit. Weil der vorhandene funktionelle Zusammenhang klar ist, kann man aus  vorgegebenen Anteil von C14 das Alter des entsprechenden toten Organismus bestimmen. Dafür muss man allerdings die Halbwertszeit des Nuklids C14 kennen. Das ist stets die Zeit, nachdem die Hälfte des Stoffes zerfallen ist. Das Kohlenstoffnuklid mit der Masse 14 hat eine Halbwertszeit von 5730 Jahren. Die Halbwertszeit bildet zusammen mit der Zerfallskonstante k einen festen Zusammenhang. k=ln2/τ. Der radioaktive Zerfall selbst kann durch die Zerfallsgleichung einer Reaktion 1. Ordnung beschrieben werden: c=c0×e^-k×t, wobei c0 die Zeit zu Beginn des Prozesses ist.

2. Zusammenfassung Die natürliche Radioaktivität wurde vom französischen Wissenschaftler Henri Bequerel im Jahre 1896 entdeckt. Kernprozesse laufen auf der Sonne schon seit Jahrmillionen ab. Radionuklide senden alpha-, beta und gamma-Strahlen aus. Bei alpha-Strahlen handelt es sich um Heluimkerne. Beta-Strahlen sind schnelle Elektronen, in einigen Fällen kann es sich aber auch um schnelle Positronen handeln. Gamma-Strahlung ist harte elektromagnetische Strahlung. In der Medizin werden Radionuklide als Tracer in der Strahlentherapie für die Diagnostik und für Kuren verwendet. Tracer sind Radionuklide, die in chemischen Verbindungen eingebaut werden. Sie markieren diese damit, so kann man diese im Organismus lokalisieren. Strahlentherapie bedeutet Krebstherapie, die Behandlung bösartiger Tumore. Diagnostik bedeutet die Untersuchung innerer Organe mit Hilfe von Radionukliden. Ein Beispiel dafür ist die Untersuchung der Schilddrüse. Das Isotop Kohlenstoff 14 kann für die Altersbestimmung gestorbener Organismen verwendet werden.

Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.