Les radio-isotopes, ou radionucléides, sont des formes instables de matière élémentaire, soit d’origine humaine, soit présentes dans la nature. Ils subissent tous un processus spontané de désintégration radioactive par l’émission de particules alpha et bêta, de rayons gamma, etc. Tous les éléments du tableau périodique dont le numéro atomique est supérieur à 83 sont des radio-isotopes. Il existe plus de 800 radio-isotopes connus qui ont été identifiés, avec 275 isotopes supplémentaires existant en général à partir des 81 éléments stables du tableau périodique.
Les isotopes sont des formes d’un élément avec un nombre variable de neutrons dans le noyau de l’atome. Au fur et à mesure que les radio-isotopes se désintègrent, ils se transforment lentement en d’autres isotopes du même élément en gagnant ou en perdant des neutrons, et finalement ils deviennent entièrement d’autres éléments. Cela dépend de leur taux de décroissance, qui est connu comme une demi-vie. Les utilisations des radio-isotopes dépendent souvent de leur demi-vie, qui est la durée pendant laquelle la moitié de la masse d’une matière radioactive se désintègre en une autre matière. Le carbone, qui est stable à 12C et 13C, est un radio-isotope à 8C ou 14C, le carbone 14 ayant le taux de désintégration le plus lent avec une demi-vie de 5,700 14 ans. Pour cette raison, et du fait qu’il se trouve dans la nature, le XNUMXC est utilisé pour la datation au carbone de fossiles et d’artefacts humains des sociétés anciennes.
Dans un atome instable, l’équilibre proton/neutron est légèrement différent de sa forme stable, ce qui entraîne un déséquilibre de l’énergie de liaison du noyau. À mesure que les éléments deviennent plus lourds, plus de neutrons doivent exister dans le noyau pour équilibrer les forces de répulsion proton-proton. Par exemple, l’uranium 238 est stable, car il contient 92 protons et 146 neutrons dans un noyau. Cependant, les radio-isotopes nucléaires comme l’uranium-235 sont instables, avec 92 protons et 143 neutrons, ils se désintègrent donc très lentement, avec une demi-vie de 700 millions d’années. Forcer l’uranium-235 à se désintégrer à un rythme plus rapide par bombardement de neutrons entraîne la création d’un noyau très instable qui s’effondre essentiellement et déclenche une réaction en chaîne connue sous le nom de fission.
Les radio-isotopes médicaux tels que l’iode se situent également en dehors de ce que l’on appelle la bande de stabilité, mais, dans ce cas, ils offrent des caractéristiques bénéfiques. L’iode-131 a quatre neutrons supplémentaires par rapport à son homologue stable et a une demi-vie de huit jours. L’iode pouvant être ingéré en toute sécurité, il est utilisé en médecine comme traceur ou agent d’imagerie. L’iode 125 est également utilisé en étant directement injecté dans les tumeurs dans une procédure connue sous le nom de curiethérapie, pour détruire lentement les cellules tumorales par rayonnement, avec une demi-vie de 60 jours. Les radio-isotopes dans les applications médicales comprennent également l’iridium-192 avec une demi-vie de 72 jours et le palladium-103 avec une demi-vie de 17 jours.