Radionuklidy

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 ve velkém množství (především v supernovách), 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 asteroidů 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. Bez tepla z přírodně se vyskytující radioaktivity by zemské jádro již před miliardami let vychladlo a ztuhlo, což by pravděpodobně znemožnilo vznik a rozvoj života na Zemi ("Antropický princip aneb kosmický Bůh", část "Hvězdy, planety, život ")..!..
*) 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 N₀ (v čase t=0) radioaktivních jader mateřského nuklidu X se známým poločasem rozpadu T_1/2 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") N_X(t) = N_X(0).e^-l^.t = N_X(0).e^-^t.(ln2/T^1/2⁾ = N_X(0).2^-^{t /T}^1/2 ; N_Y(t) = N_X(0).[1-e^-l^.t] = N_X(0).[1-e^-^t.(ln2/T^1/2⁾] = N_X(0).[1-2^-^{t /T}^1/2], pro hledané stáří t vyplývá vzorec:
         t = T_1/2 . ln2.[1 + N_X(t)/N_Y(t)] ,
kde N_X(t) je nynější množství mateřského prvku X a N_Y(t) je nynější množství dceřinného prvku Y ve zkoumaném vzorku (počáteční množství N_X(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 vrstvách zemské atmosféry: n^o + 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).
Chronologie přírodních dějů pomocí ¹⁰Be
Dalším kosmogenním radionuklidem s dlouhým poločasem rozpadu je berylium ¹⁰Be. Vzniká v horních vrstvách atmosféry z kyslíku a dusíku jadernými reakcemi se sekundárními neutrony vyráženými vysokoenergetickým kosmickým zářením. ¹⁰Be se s poločasem T1/2 1,6x10⁶let beta^- -radioaktivitou rozpadá na stabilní isotop ¹⁰B. Používá se k průzkumu zvětrávání hornin, tvorby a eroze půdy, chronologie jezerních sedimentů. Zajímavé je měření koncentrace isotopu berylia ¹⁰Be v různých vrstvách ledovců jako indikátoru sluneční činnosti v dávných dobách - jako výsledek interakce kosmického záření a slunečního větru (modulace kosmického záření slunečním větrem je diskutována v §1.6, pasáži "Hvězdný - sluneční - "vítr"").
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 T_1/2 pak dostaneme pro výsledné stáří t vztah:
             t = T_1/2 . ln2.[1 + N_X(t)/N_Y(t)] ,
kde N_X(t) je nynější množství mateřského prvku X a N_Y(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 T_1/2 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_Y´/N_Y v celé analyzované hornině stejný. Naopak isotop X má jiné chemické vlastnosti a počáteční poměr N_X/(N_Y´+N_Y) je v době vzniku horniny různý pro různé minerály. V důsledku rozpadu radioaktivního isotopu X budou po dostatečně dlouhé době relativní zastoupení N_X/N_Y a N_Y´/N_Y v různých minerálech horniny různá.
  Množství nuklidu Y´ v analyzovaném materiálu se skládá z původního počátečního množství N_Y´(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 Y´ vztah N_Y´(t) = N_Y´(0) + N_X(t).[e^l^.t-1]. Vydělením tohoto vztahu množstvím N_Y dalšího stabilního isotopu Y dostaneme rovnici pro poměry koncentrací nuklidů:
             [N_Y´/N_Y]_(t) = [N_Y´/N_Y]₍₀₎ + [N_X/N_Y]_(t).[e^l.^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 = e^l.^t-1 určuje čas t (stáří), průsečík (intercept) se svislou osou b = [N_Y´/N_Y]₍₀₎ určuje jinak neznámý počáteční poměr nuklidů Y´ a Y.
  Změříme tedy současný obsah N_X(t), N_Y´(t), N_Y(t) těchto tří isotopů v několika vzorcích a vyneseme do grafu poměr N_X/N_Y na vodorovnou osu a poměr N_Y´/N_Y na svislou osu (obr.1.4.3 vlevo). Vzniklými body metodou nejmenších čtverců proložíme lineární regresní funkci - přímku představující isochronu. Jestliže je závislost N_Y´/N_Y lineárně rostoucí funkcí N_X/N_Y (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_Y´(0)/N_Y(0).Výsledné stáří t se pak stanoví ze vztahu :
             t = (ln2/T_1/2) . [N_Y´(t)/N_Y(t) - N_Y´(0)/N_Y(0)] / [N_X(t)/N_Y(t)] ,
kde T_1/2 je poločas rozpadu výchozího mateřského radionuklidu X. Počáteční poměr N_Y´(0)/N_Y(0) zjistíme z regresní přímky.

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 Y´ 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, Y´- jeho stabilní dceřinný nuklid, Y- další stabilní isotop tohoto dceřinného prvku) :

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).[e^l238U^.^t-1] ,
[²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb]_(t) = [²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb]₍₀₎ + [²³⁵U/²⁰⁴Pb]_(t).[e^l235U^.^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).
Stanovení stáří Země a Sluneční soustavy
Radiometrické datování s pomocí radionuklidů s velmi dlouhým poločasem rozpadu se významě uplatnilo nejen u geologických minerálů, ale umožnilo stanovit i stáří naší planety Země a celé Sluneční soustavy. Pomocí pouze geologických metod je určení stáří Země problematické, nepřesné, v podstatě nemožné. V důsledku geologických procesů - zvětrávání, desková tektonika, vulkanismus, hydrotermální procesy - se chemické a fyzikální složení hornin výrazně měnilo.
V první polovině 20.stol. byl hlavním průkopníkem radiometrického datování hornin, geochronologie, A.Holmes, který s postupným upřesňováním metod uran-olovo stanovoval stáří hornin v rozmezí cca 1,5-3 miliardy let. Jeho nástupce C.C.Patterson použil metodu uran-olovo i na stáří meteoritů pocházejících z raných období po zformování naší planety. Meteority jakožto vesmírná tělesa jsou výhodnější pro datování, neboť nebyly pozměněny žádnými geologickými procesy. Patterson v r.1965 měřil vzorky z meteoritů nalezených v okolí impaktního kráteru Barringer v Arizoně a dospěl k hodnotě jejich stáří 4,55 miliardy let. Tato měření byla mnohokrát opakována, dospělo se k průměrné hodnotě 4,56 miliardy let (± 1% odchylky).
Toto je tedy hodnota stáří planety Země a zároveň i celé Sluneční soustavy. Veškerý materiál ve Sluneční soustavě se totiž utvořil ve zhruba stejné době, různé chemické látky včetně radioaktivních isotopů vznikly společně. Ukazují to měření různých meteoritů pocházejících z odlišných oblastí Sluneční soustavy - jednotlivé planety se zformovaly prakticky ve stejné době (z astronomického hlediska).
O vzniku hvězd a planet a jejich chemickém vývoji viz §4.1, část "Evoluce hvězd", o primordiální kosmologické nukleosystéze §5.4, část "Leptonová éra. Prvotní nukleosyntéza" monografie "Gravitace, černé díry a fyzika prostoročasu". O stanovování stáří různých objektů ve vesmíru (hvězd, galaxií, celého vesmíru) viz §4.1, pasáž "Stáří objektů ve vesmíru".

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 B´, 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/T_1/2). 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^-l^t), 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): ^NA_Z + n^o ® ^N+1B_Z + 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, .... Konkrétní způsoby výroby řady důležitých radioisotopů jsou popsány níže v části "Vlastnosti některých nejdůležitějších radioaktivních isotopů".
*) 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. ¹³¹I, 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): ^NA_Z + p⁺ ® ^N+1B_Z+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.
*) 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").
Jádra s přebytkem protonů jsou většinou beta⁺-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, ..... . Konkrétní způsoby výroby řady důležitých radioisotopů jsou popsány níže v části "Vlastnosti některých nejdůležitějších radioaktivních isotopů".
Urychlování záporných iontů - možnost zvýšení fluenčního výkonu vnějšího svazku z cyklotronu
V cyklotronu se standardně urychlují těžké kladně nabité částice - protony, deuterony, alfa částice, příp. těžší jádra jako je uhlík ¹²C. U malých cyklotronů používaných pro výrobu radioisotopů je důležitým požadavkem vysoká intenzita - fluenční výkon - protonových či deuteronových svazků. Při energiích kolem 40MeV se daří dosahovat poměrně značného proudu v paprsku cca 2-5 mA. Tento maximální výkon lze však plně využít jen při ozařování interního terčíku, instalovaného uvnitř vakuové urychlovací trubice. Pro rutinní výrobu radionuklidů je ale výhodnější vyvedení částicového svazku k ozařování vnějších terčíků. V klasických cyklotronech urychlujících kladné částice se výsledný paprsek extrahuje elektrostatickým deflektorem. Na přepážce tohoto deflektoru však vzniká značné disipativní teplo, které je omezujícím faktorem pro dosažení vysokého fluenčního výkonu extrahovaného svazku.
Tuto nevýhodu do značné míry odstraňuje technologie urychlování záporných iontů (§1.5, část "Cyklotron", pasáž "Urychlování záporných iontů"). Atomům vodíku nebo deuteria se v iontovém zdroji v elektrickém výboji dodají dva elektrony, čímž vzniknou záporné ionty H^- či D^- vodíku se dvěma elektrony. Ty se potom urychlují v cyklotronu. Po potřebném urychlení se do cesty záporných iontů H^- v příslušné dráze vloží tenká uhlíková fólie, která "strippováním" odstraní jejich oba lehké elektrony a propustí požadované těžké p⁺ či d⁺. Tím se obrátí směr jejich zakřivení v magnetickém poli, což způsobí jejich rychlé vyvedení z pole cyklotronu do externího svazku příslušné energie, s minimální tepelnou disipací. Dosahuje se tím podstatně vyšších výkonů produkce radionuklidů ve vnějším terčíku. To je důležité především pro výrobu větších aktivit radioisotopů pro scintigrafickou diagnostiku (§4.8 "Radionuklidy a radiofarmaka pro scintigrafii") a biologicky cílenou radionuklidovou terapii (§3.6 "Radioisotopová terapie") v nukleární medicíně.

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 :
lTerčík 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 ).
lKapalný 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.
lPlynný 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 s delším poločasem rozpadu, z něhož vznikající dceřinný radionuklid s kratším poločasem (který již není pevně vázán na nosič mateřského radionuklidu) lze oddělit (odseparovat) buď chemicky (v kapalné fázi), 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 :

"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 (či celou rozpadovou řadu), se někdy nazývá in vivo radionuklidový generátor - v kontextu s výše uvedenými laboratorními radionuklidovými generátory.
Určitým problémem u in vivo generátorů je uvolňování - disociace - dceřinných atomů z molekul radiofarmaka, vedoucí ke zhoršené stabilitě a redistribuci dceřinných radionuklidů. Vedle chemických dějů - změna mocenství (oxidačního čísla) atomů při radioaktivní přeměně - se na tom podílí i zpětný odraz jader při radioaktivní emisi kvant alfa, beta, částečně i gama (§1.2, pasáž "Doprovodné jevy při radioaktivitě", odstavec "Zpětný odraz jader"). Kinetická energie zpětného odrazu jader zpravidla mnohonásonmě převyšuje vazbovou energii příslušných atomů v chemické vazbě *). Vyvíjejí se radiochemické metody značení biomolekul, které pronikají dovnitř cílových buněk a jsou v nich internalizovány, přičemž se dceřinné atomy mohou dostatečně dlouho udržet v cílových buňkách.
*) Projevuje se to především u alfa-radioaktivity. Např. při emisi alfa-částice energie 4-7 MeV je dceřinnému jádru s nukleonovým číslem cca 220 zpětným odrazem předána kinetická energie cca 60-100 keV. Chemická vazbová energie příslušných atomů v biomolekulách (konjugátech např. s monoklonálními protilátkami) přitom činí jen cca 2-5 eV.
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. Radium ²²³Ra však neumožňuje chelatační vazby na složitější biomolekuly jako jsou monoklonální protilátky, takže jeho využití je velmi omezené (²²³Ra-chlorid pro paliativní terapii kostních metastáz).
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 velmi dobře 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 - podrobnosti viz níže aktinium ²²⁵Ac. I zde vzniká doprovodné záření gama, které může být použito pro scintigrafické zobrazení. Radiofarmaka značená ²²⁵Ac (včetně monoklonálních protilátek, např. ²²⁵Ac-Trastuzumab či ²²⁵Ac-PSMA-617) se zkoušejí pro terapii lukemie, lymfomů, neuroendokrinních nádorů, gliomů, melanomů, velmi slibné jsou u ca prostaty. 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.).
Terapeutické využití in vivo radionuklidových generátorů je podrobněji diskutováno v §3.6, pasáži "Alfa a beta radionuklidy pro terapii".

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 ^NA_Z přeměňuje na základní stav dceřinného jádra ^N-4B_Z-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⁺ (^NA_Z ® ^NB_Z-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^- (^NA_Z ® ^NB_Z+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 některých změřených HPGe spekter ze staršího datového formátu 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.
Některá 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 před mnoha lety velmi improvizovaně zkoušeli pomocí plastických scintilátorů a kapalných scintilátorů, což rozhodně není optimální (magnetický spektrometr jsme bohužel nikdy nevlastnili...). Spojitá spektra záření beta u jednotlivých radionuklidů 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."; tedy jsme to počítali ručně a graficky vynášeli na milimetrovém papíře...). Konverzní a Augerovy elektrony s diskrétními spektry o charakteristických energiích by byly sice zajímavé, ale na našem pracovišti jsme je "neměli na čem" měřit...

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 Ka,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 100.10³impulsů.
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).
Různorodost 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.
U jednotlivých radionuklidů 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", část "Termonukleární reakce v nitru 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 ¹H₁ až ⁷H₁). 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, při přípravě umělých radioisotopů (viz výše "Výroba umělých radionuklidů"), v protonové radioterapii (§3.6, část "Hadronová radioterapie").
Deuterium ²H
- těžší isotop vodíku, vzniklo těsně po začátku vesmíru při primordiální nukleosyntéze (je podrobněji analyzováno v části "Leptonová éra. Prvotní kosmologická nukleosyntéza" §5.4 monografie "Gravitace, černé díry a fyzika prostoročasu"). Deuterium 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 n^o®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 He₂ ("prvek boha Slunce") vzniklo v leptonové éře po velkém třesku (primordiální nukleosyntéza je podrobněji analyzována v části "Leptonová éra. Prvotní kosmologická nukleosyntéza" §5.4 monografie "Gravitace, černé díry a fyzika prostoročasu"). 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 (-269,9^oC=4,2^oK) 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 ("Leptonová éra. Prvotní kosmologická nukleosyntéza") 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 (je to nejlehčí kov a zároveň nejlehčí prvek v pevném skupenství za pokojové teploty), 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. Z berylia se též zhotovují některé úseky trubic v urychlovačích, ve kterých dochází k interakcím částic - aby vylétající částice snadněji (bez větší absorpce) pronikly k detektorům.Ve směsi s a-radionuklidy slouží berylium jako laboratorní zdroj neutronů (viz např. pasáž "Neutronové záření a jeho interakce" v §1.6). 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 absorpci 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 C₆ (Carboneum) je velmi důležitý prvek ve vesmíru, kde vzniká termonukleární fúzí hélia v nitru masívních hvězd (§1.1, pasáž "Jsme potomky hvězd!", podrobněji "Termonukleární syntéza v nitru hvězd"). U masivních hvězd 2. a následujících generací se uhlík též účastní termonukleární fúze vodíku na hélium (jako "katalyzátor" - CNO cyklus). C₆ je čtvrtým nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru. Atomárně je uhlík 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).
Mimořádně důležitý je uhlík v pozemské přírodě (obsah v zemské kůře cca 200-800 mg/kg), kde 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. CO₂ a některé další uhlíkové plyny (např. metan) vykazují značně vysokou reflexní schopnost pro tepelné infračervené záření ("skleníkový efekt") a působí tak jako termoregulační složka v atmosféře Země i jiných planet.
Díky specifické konfiguraci atomového obalu je uhlík schopen tvořit obrovské množství druhů 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 nejdůležitější 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, který vzniká účinkem neutronů, vyrážených kosmickým zářením z jader atomů, na dusík ve vyšších vrstvých zemské atmosféry: n^o + ¹⁴N₇ ® ¹⁴C₆ + p⁺ (viz §1.6, část "Kosmické záření", obr.1.6.7). 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 v této souvislosti 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, jakožto součást aminokyselin tvořících bílkoviny. Dusík má dva stabilní isotopy ¹⁴N (99,64%) a ¹⁵N (0,36%). Radioaktivní isotopy dusíku mají poměrně krátké poločasy, kratší než 10 minut. Za zmínku stojí dva z nich :
Dusík ¹³N
se s poločasem T1/2=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 T1/2=7,13 sec. přeměňuje beta^--radioaktivitou (E_b_max=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 T1/2=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 T1/2=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. V pozitronové emisní tomografii PET se používá většinou ve formě ¹⁸F-fluor-deoxyglukózy (FDG - §4.8 "Radionuklidy a radiofarmaka pro scintigrafii", část "Pozitronové radionuklidy").
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.
*) Stojí za zajímavost, že anihilační gama pík 511keV je ve spektru ve srovnání s okolními "jadernými" fotopíky o něco širší v důsledku Dopplerovského rozšíření způsobeného různou rychlostí zabrzdění pozitronů v látce před anihilací s elektrony (je diskutováno v §1.2, pasáž "Spektrum záření gama"). Toto rozšíření činí jen cca 1,2keV a projevuje se pouze na polovodičových spektrech (v našich podrobných spektrometrických měřeních jsme je jasně pozorovali, avšak na níže zobrazených silně zmenšených a kontrahovaných spektrech tyto rozdíly viditelné nejsou...).

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 :

Fosfor , Síra
Jsou to důležité biogenní prvky, hojně zastoupené v zemské kůře, mořské vodě i v živých organismech.
Fosfor P₁₅ (lat. Phosphorus) je poměrně rozšířený nekovový prvek - obsah v zemské kůře cca 1g/kg. Čistý fosfor se vystykuje v několika alotropních modifikacích, z nichž nejznámější jsou tři nazývané podle barevného vzhedu: Bílý (nažloutlý) fosfor tvořený molekulami P₄, který je měkký a vysoce reaktivní, zvláště s kyslíkem (může dojít k samovznícení). Červený fosfor s polymerní strukturou, který je relativně stabilní. Černý fosfor s vrstevnatou polymerní strukturou je nejstabilnější a vykazuje i kovové elektrické, tepelné a optické vlastnosti. V přírodě se však fosfor vyskytuje pouze ve sloučeninách.
Fosfor je velmi důležitý biogenní prvek nacházející se ve všech buňkách rostlinných a živočišných. Je vazebnou fosfátovou složkou genetických biomolekul DNA a RNA, energetických molekul adenozintrifosfát, fosfolipidové buněčné membrány (§5.2, část "Buňky - základní jednotky živých organismů"). V kostech je uložen ve fosforečnanu vápenatém, hydroxiapatitu.
Fosfor má jediný stabilní isotop ³¹P. Z řady radioaktivních isotopů ^24-46P má většina krátké poločasy (minuty, sekundy, milisekundy). Díky delšímu poločasu mají význam jen dva radioisotopy fosforu :
Fosfor ³²P
se s poločasem 14,27 dní přeměňuje beta^--radioaktivitou (E_b_max= 1710 keV) na síru ³²S v základním stavu, je to čistý beta zářič. V přírodě isotop ³²P v nepatrném množství vzniká jako kosmogenní radionuklid v atmosféře jadernými reakcemi sekundárních neutronů z kosmického záření. Uměle se vyrábí v jaderném reaktoru ozařováním fosforu v reakci ³¹P(n,g)³²P, nebo ozažováním síry-32 rychlými neutrony reakcí ³²S(n,p)³²P .
Radioaktivní ³²P se používá jako radioindikátor v laboratorních metodách molekulární biologie a genetiky pro radioaktivní značkování. ³²P-fosfátové skupiny se vestaví do geneticky důležitých molekul nukleotidů, DNA, RNA, které pak mohou být sekvenovány a radiometricky (autoradiograficky) detekovány - §2.2, pasáž "Autoradiografie". ³²P může být též využíván pro diagnostiku a terapii nádorových onemocnění - nádorové buňky mají tendenci vychytávat více sloučenin fosforu než normální buňky.
Radiofosfor ³²P, jakožto čistý beta-radionuklid, se používal pro léčbu hematologických maligních onemocnění ( i.v. aplikace cca 200-500MBq ve formě fosfátu), především polycytemie - §3.6 "Radioisotopová terapie", pasáž "Léčba hematologických onemocnění radiofosforem ³²P".
Fosfor ³³P
se s poločasem 32,97 dní přeměňuje beta^--radioaktivitou (E_b_max= 248 keV) na síru ³³S v základním stavu.
Radioaktivní ³³P se používá v podobných laboratorních aplikacích jako fosfor-32, v metodách kde je výhodná nižší energie elektronů beta (např. lepší rozlišovací schopnost u Autoradiografie).

Přeměnová schémata radionuklidů ³²P, ³³P, ³⁵S a jejich beta-spektra (na spektrum beta se vztahuje tatáž poznámka jako u obr.1.4.7).

Síra S₁₆ (lat. Sulphur) je rovněž značně reaktivní nekovový prvek a proto se v přírodě vyskytuje především ve sloučeninách, hlavně v sulfidech. Obsah v zemské kůře cca 0,03-0,09 %, koncentrace v mořské vodě cca 880 mg/litr. Jako čistý prvek se vyskytuje při vulkanické činnosti, kde krystalizuje z horkých sopečných plynů obsahujících sirné výpary. Teplota tání 115°C, teplota varu 445°C. I síra je důležitým biogenním prvkem, je součástí aminokyselin (cystein, methionin) tvořících bílkoviny.
Má čtyři stabilní isotopy: ³²S (94,99%), ³³S (0,75%), ³⁴S (4,25%) a ³⁶S (0,019%). Z radioaktivních isotopů síry má praktické uplatnění jeden :
Síra ³⁵S
se s poločasem 87,25 dní přeměňuje beta^--radioaktivitou (E_b_max= 167,3 keV) na chlór ³⁵Cl v základním stavu. Podobně jako ³²P, i síra ³⁵S vzniká v nepatrném množství v atmosféře jako kosmogenní radionuklid. Isotop ³⁵S se uměle připravuje v jaderném reaktoru ozařováním chlóru (chloridu draselného) neutrony reakcí ³⁵Cl(n,p)³⁵S.
Radioaktivní sírou značené aminokyseliny ³⁵S-cystein a ³⁵S-methionin se v biochemickém výzkumu používají ke studiu metabolismu aminokyselin.

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, snadno tavitelné (sodík má teplotu tání 97,7°C, draslík 63,4°C). Jsou 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%, E_b_max=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%).

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-Ga⁶⁸etalonů ) - 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 1,25.10⁹roků. 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").

Skandium
Skandium Sc₂₁ (název pochází z jeho objevu ve Skandinávii - L.F.Nilson, r.1879, Švédsko) je stříbřitě bílý měkký a lehký kov poněkud podobný hliníku, jeho zastoupení v zemské kůře je asi 5-2mg/kg. Má poměrně malé využití, používá se ve slitinách s hliníkem. Má jediný stabilní isotop ⁴⁵Sc. Z asi 25 známých radioaktivních isotopů scandia má perspektivní uplatnění v nukleární medicíně ⁴⁴Sc a ⁴⁷Sc :
Scandium ⁴⁴Sc
Přeměňuje se s poločasem 3,97 hodin dominantně beta⁺-radioaktivitou (94%, E_b+_max=1474keV) a částečně elektronovým záchytem (5,7%) na ⁴⁴Ca v excitovaném stavu 1157keV (vyšší excitované hladiny 2656 a 3301 keV jsou zastoupeny jen slabě); při deexcitaci jsou emitovány fotony gama především o této energii 1157keV. V gama spektru skandia-44 dominuje anihilační pík 511keV (188%), v oblasti vyšších energií je výrazný pík 1157keV (99,8%); slabé vyšší g-píky 1499, 2144, 2556 a 3301 keV jsou vidět až při silném zvětšení.

Pozitronový radionuklid ⁴⁴Sc má perspektivní použití v nukleární medicíně pro scintigrafické zobrazení metodou pozitronové emisní tomografie PET (viz §4.3 "Tomografické kamery" a §4.8 "Radionuklidy a radiofarmaka pro scintigrafii", část "Pozitronové radionuklidy"). Trojmocné skanium se dobře navazuje, pomocí osvědčených bifunkčních chelatačních činidel typu DOTA, na vektorové biomolekuly, hlavně monoklnální protilátky. Oproti ¹⁸F a hlavně ⁶⁸Ga je výhodný též delší poločas téměř 4 hodiny, umožňující zobrazovat i pomocí těžších biomolekul s pomalejší farmakokinetikou. Může být též použit teranosticky v kombinaci s analogickými terapeutickými radiofarmaky značenými ⁹⁰Y, ¹⁷⁷Lu, nebo ideálně ⁴⁷Sc.
Jeho velkou výhodou je způsob výroby: Může být sice produkován jadernou reakcí ⁴⁴Ca(p,n)⁴⁴Sc na malém cyklotronu, avšak na pracovištích nukleární medicíny může být (bez nutnosti cyklotronu) ⁴⁴Sc průběžně a dlouhodobě získáváno elucí z ⁴⁴Ti/⁴⁴Sc generátoru :
Mateřský titan ⁴⁴Ti pro generátor se získává na cyklotronu jadernou reakcí ⁴⁵Sc(p,2n)⁴⁴Ti. V kolonce generátoru se mateřský ⁴⁴Ti s dlouhým poločasem 60,4 let přeměňuje elektronovým záchytem na dceřinné ⁴⁴Sc, které se vhodným roztokem (H₂C₂O₄+HCl) vymývá - eluuje. Vzhledem k dlouhému poločasu mateřského ⁴⁴Ti (cca 130 000-krát delší než dceřinný ⁴⁴Sc) se v generátoru udržuje sekulární rovnováha (viz pasáž "Radionuklidové generátory"), takže se dlouhodobě, po mnoho let, může každý den eluovat potřebné ⁴⁴Sc o stejné aktivitě, dané aktivitou výchozího ⁴⁴Ti (......... ....) .......
Vzhledem k těmto výhodným vlastnostem lze očekávat, že skandium ⁴⁴Sc možná postupně nahradí dosavadní hlavní PET radionuklidy ¹⁸F a ⁶⁸Ga ..?..
Určitou nevýhodou ⁴⁴Sc je souběžná emise vysokoenergetického záření gama 1157keV, které zvyšuje radiační dávku pacientů a pracovníků PET. Objevují se proto úvahy o použití sousedního radionuclidu scandia ⁴³Sc (T1/2 3,89hod., beta⁺ 88%, gama 373keV (23%)), který má vlastnosti podobné jako ⁴⁴Sc, ale vykazuje mnohem nižší energii a intenzitu doprovodného záření gama ...
Scandium ⁴⁷Sc
S poločasem 3,35 dní se přeměňuje beta^--radioaktivitou na ⁴⁷Ti (což je stabilní nuklid), v 31,6% na základní stav a v 68,4% na excitovanou hladinu 159keV. Max. energie elektronů beta pro oba tyto případy činí 600keV a 441keV, střední energie beta je 162keV. Gama spektrum ⁴⁷Sc je tvořeno jediným píkem 159keV (68%).

Isotop ⁴⁷Sc lze připravovat neutronovými reakcemi ⁴⁷Ti(n,p)⁴⁷Sc, ⁴⁶Ca(n,p)⁴⁷Ca.. ... ⁴⁷Sc .... ... v jaderném reaktoru, nebo v cyklotronu reakcemi ⁴⁸Ca(p,2n)⁴⁷Sc, ⁴⁶Ca(p,g)⁴⁷Sc, ........
Skandium ⁴⁷Sc je perspektivním beta^- radionuklidem pro terapii v nukleární medicíně. Přitom gama záření 159 keV lze s výhodou použít pro scintigrafické zobrazení (planární/SPECT) a monitorování radionuklidové terapie. Sekvence ⁴⁴Sc/⁴⁷Sc může být výbornou teranostickou dvojicí isotopů pro PET zobrazování + radionuklidovou terapii.

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.

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."). Použití ⁵¹Cr v nukleární medicíně je již téměř opuštěno.
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 K_a,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.

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 K_a,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.

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.

Nikl ⁵⁶Ni --> Kobalt ⁵⁶Co
Poněkud atypickým způsobem zde uvádíme tyto dva vzájemně navazující radionuklidy, které jsou důležité v jaderné astrofyzice při výbuchu supernov :
Nikl ⁵⁶Ni
podle astrofyzikálních analýz vzniká v kolosálním množství (řádově hmotnosti naší zeměkoule..!..) při výbuchu supernov, především termonukleárních supernov typu Ia - je popsáno v §4.2, části "Výbuch supernovy. Neutronová hvězda. Pulsary." monografie "Gravitace, černé díry a fyzika prostoročasu".
⁵⁶Ni se s poločasem 6,1 dní přeměňuje elektronovým záchytem na excitovanou hladinu 1,72 MeV kobaltu ⁵⁶Co. Při deexcitaci přes tři nižší hladiny je emitováno gama záření o energiích 158keV (99%), 269keV (37%), 480keV (36%), 750keV (49%), 812keV (86%), 1562keV (15%).
Dceřinný ⁵⁶Co je také radioaktivní :
Kobalt ⁵⁶Co
se s poločasem 77,27 dní přeměňuje beta⁺-radioaktivitou (20%, E_b+_max=1,49 MeV) a elektronovým záchytem (80%) na poměrně vysoké excitované stavy železa ⁵⁶Fe (2085keV (20%), 3120keV (15%), 3451keV (21%), 3830keV (15%), 4050keV (24%), 4300keV (1,4%)), které je stabilní. Při deexcitaci se emituje tvrdé gama záření o mnoha energiích, z nichž výraznější jsou 847keV (100%), 977keV (1,4%), 1038keV (14%), 1175keV (2,3%), 1238keV (67%), 1360keV (4,3%), 1771keV (15%), 2015keV (3,1%), 2035keV (8%), 2598keV (17%), 3009keV (1%), 3202keV (3,2%), 3253keV (8%), 3451keV (1%).

Přeměnové schéma a gama spektrum ⁵⁶Ni a ⁵⁶Co (spektrum přijde změřit a rozpadové schéma upřesnit až získám vzorek ⁵⁶Ni...).

Oba tyto radionuklidy ⁵⁶Ni a ⁵⁶Co svým radioaktivním rozpadem v supernovách emitují obrovské množství energie, díky němuž supernova může mnoho dní zářit jasností miliard Sluncí (pasáž "Záření supernov. Světelná křivka. Spektrum záření") ..!..
Pro technické ani laboratorní aplikace nemají tyto radionuklidy žádný význam.

Měď , Galium , Germanium , Selen
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) . Perspektivní se jeví dva radionuklidy mědi :
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 ⁶⁴Ni ; 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 (vzorek Cu-64 pro spektrometrické měření laskavě poskytli Mgr.A.Čepa a Ing.J.Červenák z ÚJV Řež)

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.........
Měď ⁶⁷Cu
se s poločasem 61,8 hod. přeměňuje beta^- radioaktivitou na základní (20%) a excitované stavy stavy zinku ⁶⁴Zn, při jejich deexcitacích je emitováno gama záření o energiích 91keV (7%), 93keV (16%), 185keV (49%); tři další vyšší energie do 393keV jsou slabé, <1%. .......
....... obrázek - rozpadové schéma +gama spektrum ..........
Kombinace označení téhož biochemického nosiče isotopem Cu-64 pro diagnostiku PET a Cu-67 pro terapii beta-zářením jsou slibné pro teranostiku v nukleární medicíně....

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.

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.

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 biologicky cílenou radionuklidovou terapií pomocí téže monoklonální protilátky antiPSMA, značené beta či alfa radionuklidy.
Zkouší se též 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, ²²⁵Ac, 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 1,7.10²¹ roků přeměňuje dvojným beta rozpadem b^-b^- na selen ⁷⁵Se (§1.2, část "Radioaktivita beta^-", pasáž "Dvojný rozpad beta"). .........

Selen Se₃₄ je šedobílý polokovový prvek, který se v přírodě vyskytuje poměrně vzácně (zastoupení v zemské kůře cca 0,005-0,17 mg/kg). Jeho hlavní použití je v elektronice díky jeho význačným fotoelektrickým vlastnostem - fotoelektrické články - a jako složka některých polovodičových materiálů. Selen má 5 stabilních isotopů: ⁷⁴Se (0,89%), ⁷⁶Se (9,37%), ⁷⁷Se (7,63%), ⁷⁸Se (23,77%) a ⁸⁰Se (49,61%). Přírodní selen obsahuje též 8,73% velmi dlouhodobého radioaktivního isotopu ⁸²Se (T1/2=1,087.10²⁰ roků; jeho radioaktivita je nepatrná, lze jej považovat za prakticky stabilní). Z radioaktivních isotopů našel praktické uplatnění jeden :
Selen ⁷⁵Se
se s poločasem 119,8 dní přeměňuje elektronovým záchytem (EC) na řadu excitovaných stavů arsenu ⁷⁵As, převážně na excitovaný stav s energií 401keV (95,9%); přeměny na další vyšší excitované stavy mají velmi nízkou intenzitu (<0,01%). Při kaskádových deexcitacích se emituje cca 20 energií fotonů gama, z nichž významnější intenzitu mají energie 121, 136, 264, 279 a 401 keV.

Přeměnové schéma a gama-spektrum selenu ⁷⁵Se. Omluva: Polovodičové spektrum bylo měřeno na starším detektoru Ge(Li) se zhoršenými vlastnostmi.

V gama-spektru ⁷⁵Se dominují gama-píky 121 (17%), 136 (58%), 264 (58%), 279 (25%) a 401 (11%) [keV]. Řada dalších vyšších píků v rozmezí 400-822keV je natolik nízká (<0,01%), že u našeho slabého vzorku (cca 3kBq) se ve spektru nezobrazily.
Isotop ⁷⁵Se se připravuje v cyklotronu ozařováním selenu (obohaceného isotopem ⁷⁴Se) neutrony reakci ⁷⁴Se(n,g)⁷⁵Se v jaderném reaktoru. Používá se jako zdroj záření gama v průmyslových radiografických aplikacích (§3.3, část "Radiační defektoskopie") jako alternativa k níže popsanému iridiu ¹⁹²Ir. ⁷⁵Se má ve srovnání s iridiem delší poločas rozpadu a poskytuje měkčí spektrum gama záření (může být vhodné pro defektoskopické testování tenších kovových vrstev cca 2-3mm, kde nižší gama energie poskytuje lepší radiografický kontrast).
Selen-75 se ojediněle používá v nukleární medicíně ve formě ⁷⁵Se-selenomethioninu, ve kterém je atom síry v aminokyselině methionin nahrazen atomem selenu-75. Po intravenózní aplikaci se provádí vyšetření metabolismu aminokyseliny methioninu a proteosyntézy. V 60.-80.letech se toto radiofarmakum používalo pro scintigrafickou diagnostiku pankreatu (příjem aminokyselin v pankreatu je odrazem rychlosti syntézy trávicích enzymů - §4.9.3, pasáž "Scintigrafie pankreatu"). Též se ojediněle používá ⁷⁵Se- kyselina tauroselcholová k diagnostice malabsorpce žlučových kyselin, při hodnocení snížení absorpční funkce ilea (např. u Crohnovy choroby, zánětlivého, toxického či radiačního poškození).
Pro použití v nukleární medicíně je nevýhodou ⁷⁵Se jeho příliš dlouhý poločas rozpadu (120 dní) ...

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 4,81.10¹⁰roků 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 2,29.10⁵ 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.

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. V principu však lze využít i tak slabé anihilační záření 511keV pro zobrazení biodistribuce teraputických radiofarmak značených ⁹⁰Y pomocí pozitronové emisní tomografie PET *) s lepším rozlišením, než jednofotonová scintigrafie (planární, SPECT) s použitím brzdného záření. Další možností zobrazení biodistribuce ytria 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 použití v pozitronové emisní tomografii PET jako radioindikátory pro farmakokinetiku a akumulaci terapeutických radiofarmak značených ⁹⁰Y v organismu (isotop Y-90 je čistý beta, jeho biodistribuci lze obtížně scintigraficky zobrazit - přes brzdné záření). 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.

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 zobrazování pomalejších biologických a fyziologických procesů sloučenin s vysokou molekulovou hmotností. Je to zvláště radioimunodiagnostika 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 radionuklidy 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 biologickou 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.
Pozn.:Určitým problémem zde může být silný gama-pík 909keV, jehož spodní okraj a Compton. rozptýlené záření zasahuje do poměrně širokého pracovního okna analyzátoru měřeného anihilačního záření 511keV (může tím docházet ke zhoršování kontrastu obrazu vlivem nepravých koincidencí)..?..

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 Tc₄₃ 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 ^99mTcPro 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 Na^99mTcO₄^-. 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.

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 (232^oC) 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"...).

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.
Ortografická poznámka :
Ve starší československé literatuře bylo někdy zvykem obvyklou chemickou značku jódu "I" (Iodine) foneticky přepisovat jako "J" (Jód). Takže místo např. ¹³¹I či ¹²⁵I se někdy psalo ¹³¹J nebo ¹²⁵J. Tato zvyklost se u nás udržela zhruba do 60-70 let.
Jód 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 K_a,b xenonu 30keV (nízkoenergetické linie L_a,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).

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 K_a,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 (K_a,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.

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 Na¹²³I 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 K_a 27,2-27,4 keV (100%) a K_b 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.

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 T1/2=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 a další. V poměrně složitém 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 (až po téměř 3000keV) je vidět teprve při velkém zvětšení. Na začátku spektra jsou v důsledku elektronového záchytu patrné slabší Ka,b píky 27-31keV 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 (vzorek I-124 pro spektrometrické měření laskavě poskytli Mgr.A.Čepa a Ing.J.Červenák z ÚJV Řež)

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"). V nukleární thyreologii se ve formě jodidu Na¹²⁴I může použít při scintigrafii u ca štítné žlázy, kde vzhledem k vyšší citlivosti a rozlišení PET ve srovnání s planární a SPECT scintigrafií může ¹²⁴I-PET/CT zlepšit detekci metastáz a reziduální tkáně štítné žlázy, stanovení metabolických objemů nádorů a preterapeutickou dozimetrii při terapii radiojódem, přesné měření příjmu jódu během léčby.
Vzhledem k poměrně delšímu poločasu (ve srovnání např. s ¹⁸F nebo ⁶⁸Ga) může být ¹²⁴I vhodný pro PET zobrazování pomalejších biologických a fyziologických procesů sloučenin s vysokou molekulovou hmotností. Je to zvláště radioimunodiagnostika se značením těžších monoklonálních protilátek s pomalejší farmakokinetikou.
Zkouší se značený ¹²⁴I-MIBG (meta-jodbenzylguanidin) pro zobrazení neuroblastomu a feochromocytomu (s příp. následnou radionuklidovou terapií ¹³¹I-MIBG). Dále se zkouší ¹²⁴I-beta-CIT (2beta-carbomethoxy-3beta-(4-iodophenyl)tropane) pro PET zobrazení dopaminového transportéru v mozku u Parkinsonovy choroby. Značený jódouracyl ¹²⁴I-2´-deoxyuridin (UdR), pomocí jeho včlenění do molekul DNA a RNA, zobrazuje potenciál růstu nádorů.
Vyskytují se i úvahy o terapeutickém využití Augerových elektronů z ¹²⁴I (je diskutováno §3.6, části "Radioisotopová terapie", pasáž "Beta a alfa radionuklidy pro terapii", odstavec "Terapie Augerovými elektrony").
Pozn.:Určitým problémem ¹²⁴I pro PET aplikace je poměrně nízké zastoupení potřebých pozitronů (23%) a naopak nežádoucí intenzívní gama-záření 603keV (63%), emitované často současně, které je energeticky blízké anihilačnímu záření 511keV - v poměrně širokém pracovním okně analyzátoru není od 511keV prakticky odlišitelné. Může tím docházet ke zhoršování kontrastu obrazu vlivem nepravých koincidencí. Dále, značně vysoká energie vyzařovaných pozitronů kolem 2100keV, které proto mají v tkáni poměrně dlouhý dosah cca 5mm, poněkud zhoršuje prostorové rozlišení PET obrazu.

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 Cs₅₅ je lehký měkký stříbřitě nažloutlý alkalický kov, snadno tavitelný (teplota tání 28,4°C, teplota varu 670,8°C), 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").

Baryum
Baryum Ba₅₆ 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 K_a 30,6-31 keV (60%) a K_b 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.

Samarium
Samarium Sm₆₂ 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 1,06.10¹¹ 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 7.10¹⁵ 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 K_a,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 (T_1/2=13,5 let; jeho fyzikální vlastnosti a gama-spektrum je uvedeno níže v pasáži Europium ¹⁵²Eu), ¹⁵⁴Eu (T_1/2=8,6 let) a ¹⁵⁵Eu (T_1/2=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 Eu₆₃ 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.

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 Gd₆₄ 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 10¹⁴let (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 K_a,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...

Erbium , Yterbium , Terbium
Názvy pro některé lantanoidy "terbium, ytrium, erbium, yterbium" vznikly historicky podle švédské vesnice Ytterby, poblíž které byly v těžebním lomu na živec v minerálech gadolinitu a monazitu tyto prvky 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 (E_b_max=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, 130, 177, 198 a 308 keV.

Přeměnové schéma a gama-spektrum yterbia ¹⁶⁹Yb. Omluva: Polovodičové spektrum bylo měřeno na starším detektoru Ge(Li) se zhoršenými vlastnostmi.

V gama-spektru ¹⁶⁹Yb dominují píky charakteristického X-záření K_a,b 49-59keV, dále gama-píky 63, 110, 130, 177, 198 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 3kBq) se ve spektru nezobrazily.
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"). ¹⁶⁹Yb se též zkoumá jako potenciální radioisotop pro brachyterapii (§3.6, část "Brachyradioterapie") či defektoskopii (§3.3, část "Radiační defektoskopie") s nižší průměrnou energií gama (93keV) než obvykle používané iridium ¹⁹²Ir.
Terbium Tb₆₅ je další měkký stříbřitě lesklý kovový prvek ze skupiny lantanoidů. V zemské kůře je obsaženo ve formě sloučenin v koncentraci cca 0,9mg/kg. Používalo se v luminoforech v obrazovkách a v RTG zesilujících fóliích - bylo vytlačeno elektronickým vývojem ditálního zobrazení; nyní se používá jako součást záznamových vrstev magnetooptických médií.
Terbium má jeden stabilní isotop ¹⁵⁹Tb (100%). Z radioaktivních isotopů terbia se experimentálně v nukleární medicíně zkoušejí čtyři radionuklidy :
Terbium ¹⁴⁹Tb
Tento uměle připravovaný radionuklid se s poločasem 4,12 hod. přeměňuje velmi složitým rozvětveným rozpadovým schématem. V 76,2% dochází k elektronovému záchytu a v 7,1% probíhá b⁺-radioaktivita (střední E_b+=730keV), v obou případech na excitované hladiny ¹⁴⁹Gd. V 16,7% dochází alfa-radioaktivitě (E_a=3,97MeV) na základní stav ¹⁴⁵Eu. Při deexcitacích vzniklých vzbuzených stavů dceřinného gadolinia-149 je emitováno velké množství (více než 300 !) fotonů gama-záření, z nichž významnou intenzitu mají fotony s energií: 165keV (26%), 352keV (29%), 389keV (18%), 652keV (16%), 817keV (12%), 853keV (15%); další gama-píky vysoké energie až do více než 3000keV jsou slabé.

Přeměnové schéma a gama spektrum terbia ¹⁴⁹Tb (.. gama-spektrum přijde změřit, až se mi podaří opatřit vzorek ¹⁴⁹Tb...) .
Z důvodu místa je složité rozpadové schéma ¹⁴⁹Tb nakresleno zjednodušeně, bez podrobností slabě zastoupených energetických hladin a přechodů.

Oba dceřinné radionuklidy jsou opět radioaktivní. Dceřinné gadolinium ¹⁴⁹Gd z větve e-b⁺ se spoločasem 9,4 dní přeměňuje elektronovým záchytem na řadu excitovaných stavů europia ¹⁴⁹Eu o energiích především 150, 490, 790, 950 a 1083 keV, s následnou emisí řady linií gama záření . Toto europium ¹⁴⁹Eu se pak opět elektronovým záchytem přeměňuje s poločasem 106 dní na excitované stavy již stabilního samaria ¹⁴⁹Sm. Dceřinné europium ¹⁴⁵Eu z alfa-větve se s poločasem 5,9 dne elektronovým záchytem přeměňuje nejprve na excitované stavy samaria ¹⁴⁵Sm za emise řady linií gama, především o energiích 653, 893, a 1658 keV. Toto samarium se pak s poločasem 340 dní opět elektronovým záchytem přeměňuje na ¹⁴⁵Pm, které se s poločaem 17,7 roků též e-záchytem nakonec přeměňuje na stabilní neodym ¹⁴⁵Nd.
Příprava:¹⁴⁹Tb je zatím nestandardní isotop a v malých množstvích se experimentálně připavuje třemi způsoby 1. Přímé jaderné reakce s urychlenými protony (energie cca 100MeV) či jádry hélia: ¹⁴⁹Gd(p, 4n)¹⁴⁹Tb, nebo ^151,153Eu(^3,4He, x n)¹⁴⁹Tb; 2. Reakce vyvolané urychlenými těžšími ionty, např. jádry ¹²C: ¹⁴¹Pr(¹²C, 4n)¹⁴⁹Tb, nebo ¹⁴²Nd(¹²C, 5n)¹⁴⁹Dy (b⁺,EC, T1/2 4min.)®¹⁴⁹Tb; 3. Tříštivé (spalační) reakce vysokoenergetických protonů, např. na tantalový terčík: Ta(p, ..x..)¹⁴⁹Tb, s isotopovou separací.
Pro nukleární medicínu je terbium ¹⁴⁹Tb zajímavé tím, že emituje jak alfa-částice, tak pozitrony beta⁺. V chelatačním spojení ¹⁴⁹Tb s vhodnými cílovými biomolekulami může být tentýž preparát (radiofarmakum) použit jak pro diagnostické zobrazení nádorových lézí pomocí pozitronové emisní tomografie PET *), tak pro následnou biologicky cílenou radionuklidovou terapii pomocí alfa-částic, s příp. současným PET monitorováním průběhu terapie - tedy pro teragnostiku (§4.9, pasáž "Kombinace diagnostiky a terapie - teragnostika"); je to "monoteranostický" radionuklid.
*) Pro gamagrafické zobrazení lze alternativně použít i jednofotonovou planární či SPECT scintigrafii pomocí gama záření 165 či 352 keV, emitovaného při deexcitaci dceřinného ¹⁴⁹Gd; vlivem velkého množství rušivého vysokoenergetického g záření však kvalita obrazů není dobrá.
Radionuklid ¹⁴⁹Tb se zatím experimentálně zkouší v radioimunoterapii lymfomu pro označení rituximabu pomocí chelátorů typu DOTA či DTPA, s předběžně slibnými scintigrafickými i terapeutickými výsledky.
Problémem teranostického použití ¹⁴⁹Tb může být složité rozpadové schéma, obsahující několik dceřinných radioisotopů, některých dlouhodobých. Vzhledem k poměrně krátkému poločasu 4,1hod. je ¹⁴⁹Tb vhodné pro značení radiofarmak s menší molekulovou hmotností, které jsou rychle odstraňovány z organismu. V takovém případě by se potenciální radiotoxicita dceřinných radiolanthanidů (přeměňujících se nízkozátěžovými elektronovými záchyty) nemusela významněji projevit. Vzhledem ke svým fyzikálním vlastnostem terbium-149 patrně zůstane jen jako zajímavost, pravděpodobně se neosvědčí jako teranostický radionuklid.
Terbium ¹⁵²Tb
se s poločasem 17,5 hod. přeměňuje elektronovým záchytem (79,7 %) a beta⁺-radioaktivitou (20,3 %) na excitované stavy ¹⁵²Gd . Při deexcitacích jsou emitovány fotony gama o eneriích 271keV (9,5 %), 344 (63,5 %), 686 (3,2 %), 779keV (5,5 %) a při pozitronové anihilaci fotony gama 511 keV (41 %).
Terbium-152 může být použito v nukleární medicíně pro scintigrafii PET. Spíše než pro základní PET diagnostiku, se zkouší v teranostickém přístupu, jako doprovodný diagnostický isotop při PET/CT monitorování biodistribuce terapeutických ligandů značených terbiem ^l61Tb - teranostická dvojice ^l52Tb/^l61Tb.
Terbium ¹⁵⁵Tb
se s poločasem 5,32 dní přeměňuje elektronovým záchytem (100 %) na excitované stavy ¹⁵⁵Gd. Při deexcitacích jsou emitovány fotony gama o energiích 105,3keV (25,1%), 180,1 (7,5%), 262,3keV (5,3%).
Terbium-155 může být použito v nukleární medicíně pro (jednofotonové) scintigrafické zobrazení planární/SPECT, v zásadě podobně jako jód ¹²³I nebo indium ¹¹¹In. Avšak jeho hlavní potenciální využití se očekává v teranostickém přístupu, jako diagnostický isotop při scintigrafickém monitorování biodistribuce terapeutických ligandů značených terbiem ^l61Tb - teranostická dvojice ^l55Tb/^l61Tb.
Terbium ¹⁶¹Tb
je uměle vyráběný radionuklid, který se s poločasem 6,9 dní přeměňuje beta^--radioaktivitou (E_b_max=593keV) na ¹⁶¹Dy - z 10% na základní stav, dále na excitované stavy 25,6keV (10%), 74,5keV (65%), 131,7keV (25,7%) a dalších pět vyšších energetických hladin v rozmezí 213-550 keV s velmi nízkým zastoupením cca 0,01-0,06 %. Při deexcitaci vzbuzených jader 161-dysprosia jsou emitovány fotony záření gama o energiích především 25,6keV (23%), 49keV (17%), 74,5keV (10%), 88keV (0,2%), s nízkou intenzitou (cca 0,001-0,1 %) pak vyšší energie v rozmezí 100-550 keV. Na začátku spektra jsou píky charakteristického X-záření (Ka,b Dy) 45-54 keV (0,3-12 %).

Přeměnové schéma a gama-spektrum terbia ¹⁶¹Tb .
Vzorek ¹⁶¹Tb byl připraven na reaktoru v ÚJV Řež z iniciativy RNDr. Martina Vlka, PhD. Polovodičové spektrum pak bylo změřeno za spolupráce Ing. Matěje Grapy ve Spektrometrické laboratoři SÚRO v Ostravě. Autor moc děkuje oběma kolegům.

Radionuklid ¹⁶¹Tb se obvykle vyrábí v jaderném reaktoru neutronovým ozařováním gadolinia vysoce obohaceného isotopem ¹⁶⁰Gd pomocí reakce ¹⁶⁰Gd(n,g)¹⁶⁰Gd(b^-, T1/2 3,6min.) -->¹⁶¹Tb.
Terbium-161 se zatím experimentálně používá v nukleární medicíně k biologicky cílené radioisotopové terapii nádorových onemocnění (§3.6, část "Radioisotopová terapie"). ¹⁶¹Tb má podobné vlastnosti a terapeutické využití jako již úspěšně používané lutetium ¹⁷⁷Lu , oproti němuž se očekává poněkud zvýšená terapeutická účinnost, způsobená větším zastoupením konverzních a Augerových elektronů 2,2 na 1 rozpad. Vysoké LET těchto nízkoenergetických elektronů může být účinné při likvidaci nádorových buněk (pokud je radionuklid internalizován uvnitř nádorových buněk).
Pro terapii neuroendokrinních nádorů lze použít konjugát chelátu ¹⁶¹Tb-DOTA s peptidem octreotidem, který se váže na buňky neuroendokrinních nádorů s dostatečně vysokou koncentrací somatostatinových receptorů. Velmi dobré výsledky však ukazují především ¹⁶¹Tb- značené monoklonální protilátky, jako je ¹⁶¹Tb-PSMA617 anti-prostatický specifický membránový antigen (PSMA).
Tyto metody jsou stručně popsány v §3.6, pasáž "Radioimunoterapie".
Terapeutický účinek má záření beta o střední energii 154 keV (100%) a též konverzní a Augerovy elektrony (220%) (které jsou hojněji zastoupeny na jeden rozpad než u ¹⁷⁷Lu). Emise gama záření 74,6 keV 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 ¹⁶¹Tb v běžných měřičích aktivity s ionizační komorou (§2.3 "Ionizační komory"), za použití příslušné kalibrace gama-konstanty.
Uvažuje se též o výborné teranostické dvojici ¹⁵⁵Tb pro scintigrafickou diagnostiku planární/SPECT, nebo ¹⁵⁵Tb pro PET a ¹⁶¹Tb pro biologicky cílenou radionuklidovou terapii (zmíněné výše). Jedná se o radionuklidy téhož prvku Tb, s identickými chemickými a tudíž i biochemickými vlastnostmi a metabolismem.

Lutetium
Lutecium Lu₇₁ 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 3,76.10¹⁰ 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").

Lutetium ¹⁷⁷Lu
je uměle vyráběný radionuklid, který se s poločasem 6,65 dní přeměňuje beta^--radioaktivitou (E_b_max=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 (E_b_max=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, ....

Lutetium-177 se používá v nukleární medicíně k biologicky cílené radioisotopové terapii nádorových onemocnění (§3.6, část "Radioisotopová terapie"). Okrajové 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. Velmi dobré výsledky však ukazují především 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 a též konverzní a Augerovy elektrony. Výhodou ¹⁷⁷Lu je, že emise gama záření 113 a 208 keV 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 4,33.10¹⁰ 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 (E_b_max=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".

Rhenium ¹⁸⁸Re
je rovněž uměle vyráběný radionuklid, který se s poločasem 16,98 hodin přeměňuje b^--radioaktivitou (E_b_max=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 Ir₇₇ 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 K_a,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.

Thalium
Thalium Tl₈₁je 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: K_a»68-71keV(73,7%) a K_b»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.

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 , Aktinium , 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=14,02.10⁹let 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 T1/2=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.
*) 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 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.
Příprava: 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, všech 28 známých isotopů je radioaktivních. Přírodní kovový prvek uran U₉₂ sestává především z isotopů ²³⁵U (0,7204%) a ²³⁸U (99,2742%), což jsou důležité přírodní primordiální radionuklidy; dále je přítomno stopové množství ²³⁴U (0,0054%), který vzniká jako sekundární meziprodukt rozpadové řady ²³⁸U.
Uran ²³⁵U se s dlouhým poločasem T1/2=7,04.10⁸let 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 velmi dlouhým poločasem T1/2=4,47.10⁹let 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") má jen poměrně nízkou radioaktivitu (viz tabulku v pasáži "Vztah poločasu a aktivity" §1.2 "Radioaktivita") a někdy se 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 a 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 radia-226 (185keV) a především z olova ²¹⁴Pb a bismutu ²¹⁴Bi (214, 295, 352, 609 keV a řada dalších...).

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").

Uran ²³⁴U se s poločasem T1/2=245,5 tisíc let rozpadá alfa-radioaktivitou na thorium ²³⁰Th a pak 238-uranovou rozpadovou řadou na olovo-206. Vzniká v malém množství jako součást rozpadové řady ²³⁸U. Nemá praktický význam, není štěpným materiálem.
Posledním poněkud technicky významným isotopem uranu je uměle vyráběný :
Uran ²³³U, který se s poločasem T1/2=159,2 tisíc let rozpadá alfa-radioaktivitou na thorium ²²⁹Th (a pak neptuniovou rozpadovou řadou na Bi-209 - je zobrazeno níže v pasáži "Aktinium ²²⁵Ac", na obrázku vlevo nahoře). Uran-233 vzniká z thoria ²³²Th pohlcením neutronu v reakci ²³²Th₉₀(n,g)²³³Th₉₀ ®(b^-;12min)® ²³³Pa₉₁ ®(b^-;27dnů)® ²³³U₉₂. Uran ²³³U může potenciálně sloužit jako štěpný materiál v reaktorech s thoriovým palivovým cyklem (Rychlé množivé reaktory FBR).
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. Všechny jeho isotoy jsou radioaktivní. 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 (E_a=4,78MeV, E_g=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.
Příprava: 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 bohužel jen paliativní účinek v osteoblastickém lemu kolem metastázy - do vlastní nádorové tkáně toto radiofarmakum a alfa-částice prakticky neproniknou (viz níže "Kritická poznámka: ²²³Ra není vhodný terapeutický radionuklid !").
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.
Kritická poznámka: ²²³Ra není vhodný terapeutický radionuklid !
Základní podmínkou použitelnosti daného radionuklidu v nukleární medicíně je možnost chemického navázání jeho atomu na vhodnou biochemicky cílenou molekulu, která zajistí "dopravu" radionuklidu do cílových tkání a orgánů za účelem diagnostického zobrazení nebo terapeutického účinku. Toto chemické navázání může být přímé (u jednoduchých molekul) nebo prostřednictvím chelatačních činidel (tak je tomu především u moklonálních protilátek). Dostatečně pevná vazba, přímá nebo s chelatační látkou, závisí především na oxidačním čísle (mocenství) atomů daného prvku.
Prvek radium, a tedy i ²²³Ra, má oxidační číslo 2 a nejsou pro něj k dispozici vhodná chelatační činidla. Takže radium není perspektivní pro vytváření ²²³Ra-radioimunokonjugátů! Naopak, atomy radionuklidů thorium ²²⁷Th nebo aktinium ²²⁵Ac, s oxidačním číslem 4, jsou schopny tvořit vysoce stabilní komplexy s chelátory a jsou proto vhodné pro biologicky cílenou radionuklidovou terapii.
Přes tyto skutečnosti byl s radiem ²²³Ra vyvinut terapeutický preparát chlorid ²²³RaCl₂ Alpharadin (fy Nanovector jej vyvinula s maximální pečlivostí...), později přejmenovaný firmou Bayer na Xofigo, pro paliativní terapii kostních metastáz. Firemní reklama hovořila i o kurativním účinku, což se nepotvrdilo. A paliativní účinek se nakonec ukázal prakticky stejný jako u mnoho let používaných preparátů s radionuklidy stronciem ⁸⁹Sr (Metastron) či samariem ¹⁵³Sm (s fosfátovým ligandem EDTMP), které jsou několikanásobně levnější a odzkoušené. Použití ²²³Ra pro terapii kostních metastáz u ca prostaty je nyní již nesmyslné vzhledem k tomu, že existují účinné monoklonální protilátky anti-PSMA značené ¹⁷⁷Lu nebo ²²⁵Ac, které jsou schopny kurativně působit nejen na kostní metastázy, ale i na nádorová ložiska ve všech ostatních tkáních a orgánech, i v pokročilém stádiu.
Prosazení radia ²²³Ra bylo chybné již od samého začátku - takto jsme to na našem pracovišti reflektovali. Až toto nahlédne většina kolegů z oboru nukleární medicíny, bude ²²³Ra pravděpodobně definitivně opuštěno...
Aktinium Ac₈₉ je měkký stříbřitě bílý kovový prvek, silně radioaktivní, nemá žádný stabilní isotop. V přírodě se ve stopovém množství vyskytují dva isotopy aktinia: ²²⁷Ac (T1/2=21,77 let) a ²²⁸Ac (T1/2=6,15 hod.), jako součást rozpadových řad uranu-235 a thoria-232. Rozpadají se radioaktivitou alfa (nebo větvenou beta-alfa) na příslušné isotopy francia (nebo thoria) a dále rozpadovou řadou o 4-6 členech na stabilní isotopy olova. Název prvku vznikl právě z jeho silné radioaktivity (řec. aktis = paprsek). V jaderné fyzice jsou známé isotopy aktinia ^206-234Ac. Nejdůležitější z nich - pro radionuklidovou terapii v nukleární medicíně - je uměle vyráběný isotop aktinia-225 :
Aktinium ²²⁵AcS poločasem 10 dní se přeměňuje alfa-radioaktivitou na francium ²²¹Fr - v 50% na základní stav (emise Ea=5,83MeV), v ostatních případech na řadu excitovaných stavů francia (při deexcitacích je emitováno několik desítek gama fotonů, od nízkých energií cca 10keV, slabší píky jsou až do 800keV). Další radioaktivní přeměny ²²¹Fr pak pokračují celou rozpadovou řadou až na bismut ²⁰⁹Bi - je součástí neptuniové řady :

Aktinium ²²⁵Ac se přeměňuje celou rozpadovou řadou 6 hlavních dceřinných jader :
(²²⁵Ac(10d.; a) ® ²²¹Fr(4,8m.; a) ® ²¹⁷At(32ms.; a) ® ²¹³Bi(46m.; b^-) ® ²¹³Po(4ms.; a) ® ²⁰⁹Pb(3,3h.; b^-) ® ²⁰⁹Bi(stab.)) - obrázek vlevo.
Pozn.: ²⁰⁹Bi zde můžeme považovat za stabilní (a , T_1/2 » 2.10¹⁹let).
Při první přeměně ²²⁵Ac (na franium ²²¹Fr) je emitováno záření alfa o energii 5,8 MeV a slabé záření gama 63, 100, 110, 150 keV, nepatrné zastoupení mají vyšší energie 250-760keV.
Při radioaktivitě dceřinných nuklidů rozpadové řady je pak emitována řada dalších energií částic alfa, beta a fotonů gama: z ²²¹Fr je to a 6,3 MeV a záření gama o energii především 218 keV; z ²¹⁷At je to a 7,06 MeV ; z ²¹³Bi je to alfa 5,8MeV, beta 987keV a gama 440 keV; z ²¹³Po je to alfa 8,4MeV; z ²⁰⁹Pb je to beta 644keV .
Vedlejší větev ²¹³Bi(a)®²⁰⁹Tl vzhledem ke svému nízkému zastoupení (2,1%) nemá v aplikacích větší význam.
Rozpadový řetězec 225-Ac funguje jako "in vivo radionuklidový generátor" - viz výše "In vivo generátory". Oproti thoriu-227 zde má ²²⁵Ac výhodu v tom, že jeho rozpadový řetězec neobsahuje dlouhodobější dceřinné radionuklidy, takže je menší riziko předčasného úniku radioaktivity z cílové tkáně.
Zjednodušené přeměnové schéma ²²⁵Ac na ²²¹Fr a další rozpadový řetězec je nakresleno níže v levé části obrázku.
Změřené spektrum záření gama emitovaného všemi nuklidy z celé rozpadové řady 225-Ac je zobrazeno níže v pravé části obrázku._ę

Přeměnové schéma aktinia ²²⁵Ac (první přeměna na francium-221, zjednodušeně další řetězec) a celkové gama-spektrum ²²⁵Ac a jeho rozpadových produktů.
Ve spektru jsou obsaženy gama-linie i všech dceřinných radionuklidů rozpadové řady, s nimiž je ²²⁵Ac v radioaktivní rovnováze. V dolní části obrázku je zvětšený výřez spektra nízkoenergetické oblasti cca 50-230 keV, kde je velké nahuštění gama a X píků.
Samotné aktinium-225 při své alfa-přeměně na 221-Fr produkuje jen poměrně málo gama-záření (ve spektru jsou vidět jen slabé píky 63, 100, 150, 188 keV). Většina gama záření preparátů aktinia pochází z dceřinných radionuklidů rozpadové řady, především z ²²¹Fr (218keV) a ²¹³Bi (440keV).

Při jedné úplné radioaktivní přeměně jádra ²²⁵Ac v celé rozpadové řadě až na stabilní ²⁰⁹Bi se uvolní celková jaderná energie Q = 31 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 60-450keV 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 aktinia ²²⁵Ac a dceřinných produktů rozpadové řady je využíváno emitované alfa-záření o energiích 5,8-8,4 MeV (celkem 4 alfa-částice/1přeměnu ²²⁵Ac) v nukleární medicíně pro biologicky cílenou radionuklidovou terapii. Radiofarmaka značená ²²⁵Ac (včetně monoklonálních protilátek, např. ²²⁵Ac-Trastuzumab či ²²⁵Ac-PSMA-617) se zkoušejí pro terapii leukemie, lymfomů, neuroendokrinních nádorů, gliomů, melanomů, velmi přínosné jsou u ca prostaty - ²²⁵Ac značené anti-PSMA.
Záření gama dceřinných nuklidů ²²⁵Ac se při terapii prakticky neuplatňuje, ale může být využito pro gamagrafické monitorování distribuce radiofarmaka v organismu. Emise gama záření, především energie 218keV, 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.
Příprava: Isotop ²²⁵Ac ve větším množství je zatím obtížně dostupný. Lze jej získat jako produkt radioaktivní alfa+beta přeměny thoria ²²⁹Th(a,T1/2=7340let)®²²⁵Ra(b^-,T1/2=14,8dní)®²²⁵Ac - thorium-aktiniový ²²⁹Th/²²⁵Ac generátor, z něhož se zatím menší množství aktinia získávalo pro experimentální použití v nukleární medicíně. Thorium-229 se získávalo z a-rozpadu uranu ²³³U, jehož zásoby jsou však velmi omezené. Pro rutinní výrobu se aktinium-225 připravuje v cyklotronu ozařováním radia-226 protony (optimální energie 17MeV) reakcí ²²⁶Ra(p,2n)²²⁵Ac.
Aktinium ²²⁷AcS poločasem 21,77 roků se přeměňuje větveně beta^--radioaktivitou na ²²⁷Th (98,6%) a alfa-radioaktivitou na ²²³Fr (1,4%), dále pak rozpadovou řadou.... Vyrábí se ozařováním radia-226 neutrony v jaderném reaktoru: ²²⁶Ra(n,g)²²⁷Ra(b^-,T1/2=41min.)®²²⁷Ac. Aktinium ²²⁷Ac se používá jako mateřský isotop pro generátorovou přípravu výše popsaného thoria 227-Th a radia 223-Ra .
Mezi rozpadovými produkty thoria a uranu jsou i plynné radioisotopy radonu :
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. A radon ²²⁰Rn se dříve nazýval thoron (je součástí thoriové rozpadové řady - obr.1.4.1 vlevo).
Radon ²²²RnAlfa-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 - je zobrazeno výše v pasáži "Aktinium ²²⁵Ac", na schématu vlevo nahoře). 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 L_a,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: E_a=5485keV, E_g=59,6keV. Vzhledem k velmi dlouhému poločasu dceřinného ²³⁷Np je radiace dalších členů rozpadové řady zanedbatelně nízká ve srovnání s 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").

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 obtížnější příprava a 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 ).

Radionuklid	Poločas T_1/2	Způsob rozpadu	Energie[keV] E_a nebo E_b_max	Energie[keV] gama E_g	Nejčastější způsob výroby	Použití
¹n₀	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
⁴⁰K₁₉	1,28 . 10⁹ roků	b^- (89%)EC (11%)	1314	1460 (11%)	přírodní radionuklid	isotop. datování
⁵¹Cr₂₄	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
⁸¹Rb₃₇ęęęę	4,6 hod. ęęę	^ECęęę	-	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
⁹⁹Mo₄₂ęęęę	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
^99mTc₄₃	6 hod.	^IT	-	140 (90%)	⁹⁹Mo®^99mTc	scintigrafie
¹¹¹In₄₉	2,8 dne	^EC	-	171 (90%) 245 (94%)	¹¹¹Cd(p,n)¹¹¹In	nukleární medicína
¹²³I₅₃	13,2 hod.	^EC	-	K_a27 (71%) K_b31 (16%) 159 (83%)	¹²¹Sb(a,2n)¹²³I	nukleární medicína
¹²⁵I₅₃	60 dní	^EC	-	K_a27 (112%) K_b31 (25%) 35 (6,5%)	¹²⁴Xe(n,g)¹²⁵Xe â^EC ¹²⁵I	nukleární medicína (RIA)
¹³¹I₅₃	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
¹³³Xe₅₄	5,3 dne	b^-	346	K_a31 (39%) K_b35 (9%) 81 (37%)	²³⁵U(n,f)¹³³Xe	nukleární medicína
¹³⁷Cs₅₃	30 roků	b^-	1176	K_a 32 (6%) K_b36 (1,5%) g 662 (85%)	²³⁵U(n,f)¹³⁷Cs	zdroj gama





¹⁹²Ir₇₇	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
²⁰¹Tl₈₁	73 hod.	^EC	-	K_a70 (74%) K_b80 (21%) 135 (2,6%) 167 (9%)	²⁰³Tl(p,3n)²⁰¹Pb â^EC ²⁰¹Tl	nukleární medicína

²²⁶Ra₈₈	1602 roků	a	4782	186 (4%)	přírodní radionuklid	zdroj alfa
²³²Th₉₀	1,41 . 10¹⁰ roků	a	4011		přírodní radionuklid	potenciální jaderné palivo
²³⁵U₉₂	7,1 . 10⁸ roků	a	4580	143 (11%) 185 (54%) 204 (5%)	přírodní radionuklid	štěpný materiál
²³⁸U₉₂	4,51 . 10⁹ roků	a	4195		přírodní radionuklid	jaderný reaktor
²³⁹Pu₉₄	2,44 . 10⁴ roků	a	5160		²³⁸U(n,g)²³⁹U®(b^-) ²³⁹Np₃ ®(b^-® ²³⁹Pu	štěpný materiál
²⁴¹Am₉₅	458 roků	a	5486	L_a 13,9 (14%) L_b17,8 (20%) L_g20,8 ( 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.

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), ²²³Ra (11,4 dne)	a,b^- řada®	²⁰⁷Pb

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

X	T1/2 [roky]	Rozpad radionuklidu X®Y´	Y´	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

Radioaktivní isotopy pro výzkum, medicínu, technologie