Los radioisótopos, o radionúclidos, son formas inestables de materia elemental, ya sea de origen humano o encontrada en la naturaleza. Todos se someten a un proceso espontáneo de desintegración radiactiva a través de la emisión de partículas alfa y beta, rayos gamma y más. Todos los elementos de la tabla periódica con números atómicos superiores a 83 son radioisótopos. Hay más de 800 radioisótopos conocidos que se han identificado, con 275 isótopos adicionales existentes en general de los 81 elementos estables en la tabla periódica.
Los isótopos son formas de un elemento con un número variable de neutrones en el núcleo del átomo. A medida que los radioisótopos se desintegran, se transforman lentamente en otros isótopos del mismo elemento al ganar o perder neutrones y, finalmente, se convierten en otros elementos por completo. Esto depende de su tasa de descomposición, que se conoce como vida media. Los usos de los radioisótopos a menudo dependen de su vida media, que es el tiempo que tarda la mitad de la masa de un material radioactivo en descomponerse en otro material. El carbono, que es estable a 12 ° C y 13 ° C, es un radioisótopo a 8 ° C o 14 ° C, y el carbono 14 tiene la tasa de desintegración más lenta con una vida media de 5,700 años. Por esta razón, y debido al hecho de que se encuentra en la naturaleza, el 14C se utiliza para realizar la datación por carbono de fósiles y artefactos humanos de sociedades antiguas.
En un átomo inestable, el equilibrio protón / neutrón es ligeramente diferente de su forma estable, lo que hace que la energía de enlace del núcleo esté desequilibrada. A medida que los elementos se vuelven más pesados, deben existir más neutrones en el núcleo para equilibrar las fuerzas de repulsión protón-protón. Por ejemplo, el uranio-238 es estable porque tiene 92 protones y 146 neutrones en un núcleo. Los radioisótopos nucleares como el uranio-235 son inestables, sin embargo, con 92 protones y 143 neutrones, por lo que se desintegran muy lentamente, con una vida media de 700 millones de años. Obligar al uranio-235 a descomponerse a un ritmo más rápido mediante el bombardeo de neutrones da como resultado la creación de un núcleo muy inestable que esencialmente se rompe a sí mismo y comienza una reacción en cadena conocida como fisión.
Los radioisótopos médicos como el yodo también se encuentran fuera de lo que se conoce como banda de estabilidad, pero, en este caso, ofrecen características beneficiosas. El yodo-131 tiene cuatro neutrones adicionales que su contraparte estable y tiene una vida media de ocho días. Dado que el yodo se puede ingerir de forma segura, se utiliza en medicina como una forma de marcador o agente de formación de imágenes. El yodo-125 también se usa inyectándolo directamente en los tumores en un procedimiento conocido como braquiterapia, para destruir lentamente las células tumorales mediante radiación, con una vida media de 60 días. Los radioisótopos en aplicaciones médicas también incluyen iridio-192 con una vida media de 72 días y paladio-103 con una vida media de 17 días.