Radioisotoper, eller radionuklider, är instabila former av elementärt material som antingen skapats av människan eller finns i naturen. De genomgår alla en spontan process av radioaktivt sönderfall genom utsläpp av alfa- och beta-partiklar, gammastrålar och mer. Alla grundämnen i det periodiska systemet med atomnummer större än 83 är radioisotoper. Det finns över 800 kända radioisotoper som har identifierats, med ytterligare 275 isotoper som i allmänhet existerar från de 81 stabila elementen i det periodiska systemet.
Isotoper är former av ett grundämne med varierande antal neutroner i atomkärnan. När radioisotoper sönderfaller omvandlas de långsamt till andra isotoper av samma grundämne genom att få eller förlora neutroner, och så småningom blir de helt andra grundämnen. Detta beror på deras sönderfallshastighet, vilket är känt som en halveringstid. Användning av radioisotoper beror ofta på deras halveringstid, vilket är hur lång tid det tar innan hälften av massan av ett radioaktivt material sönderfaller till ett annat material. Kol, som är stabilt vid 12C och 13C, är en radioisotop vid 8C eller 14C, där kol-14 har den lägsta sönderfallshastigheten vid en halveringstid på 5,700 14 år. Av denna anledning, och på grund av att det finns i naturen, används XNUMXC för att göra koldatering av fossiler och mänskliga artefakter från forntida samhällen.
I en instabil atom skiljer sig proton/neutronbalansen något från dess stabila form, vilket resulterar i att kärnans bindningsenergi är ur balans. När grundämnen blir tyngre måste fler neutroner finnas i kärnan för att balansera ut proton-protonrepulsionskrafter. Till exempel är uran-238 stabilt, eftersom det har 92 protoner och 146 neutroner i en kärna. Kärnradioisotoper som uran-235 är dock instabila med 92 protoner och 143 neutroner, så de sönderfaller mycket långsamt, med en halveringstid på 700 miljoner år. Att tvinga uran-235 att sönderfalla i en snabbare takt genom neutronbombardement resulterar i skapandet av en mycket instabil kärna som i huvudsak spränger sig själv och startar en kedjereaktion som kallas fission.
Medicinska radioisotoper som jod ligger också utanför det som kallas stabilitetsbandet, men i det här fallet erbjuder de fördelaktiga egenskaper. Jod-131 har fyra extra neutroner än sin stabila motsvarighet och har en halveringstid på åtta dagar. Eftersom jod säkert kan intas används det i medicin som en form av spårämne eller bildframkallande medel. Jod-125 används också genom att direkt injiceras i tumörer i en procedur som kallas brachyterapi, för att långsamt förstöra tumörceller genom strålning, med en halveringstid på 60 dagar. Radioisotoper i medicinska tillämpningar inkluderar även iridium-192 med en halveringstid på 72 dagar och palladium-103 med en halveringstid på 17 dagar.