RADIOAKTIIVISUUDEN TUTKIMUKSEN HISTORIAA

III RADIOAKTIIVISUUDEN TUTKIMUKSEN HISTORIAA Radioaktiivisuuden keksiminen Radioaktiivisuuden löysi ranskalainen Henri Becquerel vuonna 1896 tutkiessaan uraanisuolojen lähettämää säteilyä, jonka hän oli havainnut jo 1880-luvulla valmistaessaan kaliumuranyylisulfaattia. Hän ryhtyi tutkimaan uudelleen tätä ilmiötä K.W. von Röntgenin julkaistua vuonna 1895 uuden läpitunkevan säteilylajin (röntgensäteilyn) aikaansaamista koskevat työnsä. Becquerel kokeili nyt aiheuttaisiko auringonvalon UV-säteily fluoresenssia ja röntgensäteilyn muodostumista uraanisuolassa. Hän pani uraanisuolaa pakettiin ja kohdisti sen auringonvalolle ja pani sitten paketin alle valokuvauslevyn. Valokauvauslevy valottui, minkä hän tulkitsi ensin fluoresenssiksi, mutta huomasi pian, että uraanisuola valotti valokuvauslevyn ilman auringonvaloakin. Becquerel totesi myös, että uraanisuolan lähettämä säteily purkaa elektroskoopin varauksen ja tekee ilmasta sähköä johtavan. Becquerelin oppilas Marie Curie osoitti pian tämän jälkeen, että säteilyä ei lähettänyt vain kaliumuranyylisulfaatti vaan myös muut uraanin suolat ja jopa niiden liuokset ja että säteilyn voimakkuus oli verrannollinen uraanin määrään mitattavassa näytteessä. Tältä pohjalta oli selvää, että säteilyn emissio oli alkuaineuraanin ominaisuus riippumatta siitä minä yhdisteenä se oli. Marie Curie yhdessä miehensä Pierre Curien kanssa antoi uraanin lähettämälle säteilylle nimen radioaktiivisuus. Uusien radioaktiivisten aineiden löytäminen Torium, Polonium, Radium Marie Curie kartoitti silloin tunnettujen alkuaineiden kykyä lähettää säteilyä ja totesi, että tunnetuista alkuaineista uraanin lisäksi vain torium on radioaktiivinen. Hän huomasi kuitenkin, että pikivälkemineraalin, josta uraania voitiin erottaa, radioaktiivisuus oli suurempi kuin puhtaan uraanin ja päätteli siinä olevan uraania aktiivisempaa ainetta. Hän liuotti pikivälkettä happoon ja saosti siitä eri fraktioita ja mittasi niiden radioaktiivisuuden. Aktiivisuuden mittaamisen Curiet käyttivät elektroskooppia, jonka Cambridgen yliopiston professori J.J.Thompson oli kehittänyt röntgensäteilytutkimuksissaan säteilyn mittauslaitteeksi. Marie Curie havaitsi tutkimuksissaan, että vismutin kanssa kerasaostui voimakkaasti aktiivinen uusi alkuaine, jolle hän antoi isänmaansa Puolan mukaan nimeksi 4

polonium. Erotettu ainemäärä oli kuitenkin riittämätön sen kemiallisen luonteen ja atomipainon määrittämiseen. Samoissa kokeissa todettiin, että bariumin kanssa kerasaostui toinen voimakkaasti säteilevä aine, joka oli 900 kertaa uraania aktiivisempaa. Korkean aktiivisuuden vuoksi Curie antoi tälle aineelle nimeksi radium. Koska pikivälkkeessä oli vain vähän radiumia, Curiet ryhtyivät erottamaan sitä makromääriä lähtöaineenaan kaksi tonnia pikivälkettä. Suurten ponnistelujen jälkeen he saivat vuonna 1902 erotettua 0.1 g radiumkloridia, mikä mahdollisti sen atomipainon määrittämisen. Tämän arvoksi he saivat noin 225, kun nykyinen arvo on 226.0254. Myöhemmin vuonna 1910 Marie Curie erotti elektrolyyttisesti radiumia myös puhtaana metallina. Tutkimuksistaan Marie Curie sai vuonna 1903 yhdessä miehensä ja Henri Becquerelin kanssa fysiikan Nobelpalkinnon ja myöhemmin yksinään vuonna 1911 kemian Nobel-palkinnon. Radioaktiivisen säteilyn karakterisoiminen Hyvin pian radioaktiivisen säteilyn ensimmäisten havainnointien jälkeen selvitettiin säteilyn luonne. Vuonna 1898 Ernest Rutherford osoitti, että säteilyä on kahta lajia: alfa- ja betasäteilyä ja vuonna 1903 Paul Villard havaitsi kolmannen säteilylajin: gammasäteilyn. Alfa- ja betasäteilyn todettiin taipuvan magneettikentässä vastakkaisiin suuntiin, joten niiden pääteltiin olevan varautuneita partikkeleita, alfasäteilyn positiivisesti varautunutta ja betasäteilyn negatiivisesti. Gammasäteily ei taipunut magneettikentässä ja Rutherford osoitti sen olevan röntgensäteilyäkin lyhytaaltoisempaa sähkömagneettista säteilyä. Tutkimukset alfa- ja betasäteilyn massan ja varauksen suhteista osoittivat alfasäteilyn olevan heliumioneja ja betasäteilyn elektroneja. Yhä uusien säteileviä alkuaineita löytyy Curien tekemien ensimmäisten radiokemiallisten separointien, radiumin ja poloniumin löytämisen jälkeen, uusia säteileviä alkuaineita löydettiin 1910-luvulla jatkuvasti lisää. Uraani- ja toriumsuolojen liuoksista tehtiin saostuksia eri reagensseilla ja syntyvien sakkojen aktiivisuuksia mitattiin. Esimerkiksi Rutherford ja hänen kumppaninsa Frederick Soddy saostivat toriumliuoksesta aineen, jolle he antoivat nimen torium-x ( 226 Ra, t 1/2 3.6 d). Se menetti aktiivisuutensa kuukaudessa, kun taas toriumliuoksen aktiivisuus lisääntyi erotuksen jälkeen laskeneesta tasosta alkuperäiseen, ennen erotusta vallinneeseen tasoonsa. Uusia 5

säteileviä aineita saatiin talteen aluksi vain hyvin pieniä määriä eikä niiden atomipainoja tai spektrejä kyetty mittaamaan. Ne tunnistettiin aluksi vain niiden lähettämän säteilylajin, alfaja/tai betasäteilyn, ja niiden aktiivisuuden pienenemisnopeuden perusteella. Uusille alkuaineille ei voitu antaa tästä johtuen vielä nimiä vaan niitä kutsuttiin niiden tunnettujen äitinuklidien perusteella esimerkiksi U-X:ksi, Ac-A:ksi tai Ra-F:ksi. Uusien alkuaineiden todettiin kuuluvan kolmeen hajoamissarjaan, jotka alkoivat uraanista ja thoriumista. Vuoden 1910 paikkeilla niihin tiedettiin kuuluvan kaiken kaikkiaan 40 jäsentä ja ne kaikki päättyivät stabiileihin nuklideihin Ra-G:hen, Th-D:hen ja Ac-D:hen, jotka kaikki ovat lyijyä. Kaikissa hajoamissarjoissa havaittiin myös alfaa säteilevän radioaktiivisen kaasun muodostumista, jota kutsuttiin emanaatioksi ja joka myöhemmin identifioitiin radonkaasuksi. Mitä hajoaminen on? Näiden havaittujen ilmiöiden selittämiseksi Rutherford ja Soddy esittivät jo vuonna 1902 hypoteesin, jonka mukaan radioaktiivisessa hajoamisessa alkuaineet muuttuvat spontaanisti uusiksi alkuaineiksi ja osoittivat että tämän hajoamisen nopeus on eksponentiaalista. Käsitys atomista aineen pienimpänä hajoamattamana yksikkönä oli alkanut murtua. Kasimir Fajans ja Frederick Soddy päättelivät toisistaan riippumatta vuonna 1913, että radioaktiivisissa hajoamisarjoissa, jotka alkoivat uraanista ja toriumista, alfahajoaminen johti aina järjestysluvultaan kaksi yksikköä alempana olevaan alkuaineseen ja betahajoaminen yhden yksikön ylemmäksi. Useiden radioaktiivissa hajoamissarjoissa löytyneiden säteilevien aineiden oli kuitenkin todettu olevan keskenään kemiallisesti erottamattomia, mutta niiden atomipainot erosivat toisistaan. Fajans ja Soddy päättelivät, että alkuaineilla voi olla eri massan omaavia muotoja, joille Soddy antoi nimen isotoopit. Näin esimerkiksi aiemmin ioniumina tunnettu uraanisarjan jäsen voitiin vahvistaa olevan toriumia ja sen aiemmin tunnetun muodon isotooppi. Luonnon radioaktiivisten hajoamissarjojen 40 jäsentä voitiin nyt isotooppikäsitteen avulla luokitella yhdeksitoista alkuaineeksi ja niiden eri isotoopeiksi. Isotopiakäsitteen täydellinen ymmärtäminen vaati vielä neutronin keksimisen, josta myöhemmin. Käsitys atomin rakenteesta jäsentyy Tutkiessaan alfasäteilyn kulkua ohuen metallikalvon läpi Rutherford huomasi vuonna 1911, että useimmat alfahiukkaset kulkevat kalvon läpi muuttamatta suuntaansa. Joidenkin 6

hiukkasten suunta muuttuu, eräiden jopa 180 astetta. Tästä Rutherford päätteli, että atomeissa on pääosa harvaa, hiukkasia läpaisevaa tilaa ja että siinä on pieni positiivisesti varautunut ydin, josta alfahiukkaset siroavat. Alfahiukkasten siroamiskulmista hän laski ytimen halkaisijan olevan noin sadastuhannesosan koko atomin halkaisijasta. Pian tämän jälkeen Niels Bohr esitti teoriansa atomin rakenteesta. Hänen mukaansa atomissa on pieni positiivisesti varautunut ydin, jota negatiiviset elektronit kiertävät. Elektronit eivät kuitenkaan kierrä ydintä summittaisesti, vaan määrätyillä radoilla/kuorilla, joilla on määrätty energia: lähempänä ydintä korkeampi energia ja uloimmilla kuorilla matalampi. Elektroneja atomissa on yhtä paljon kuin ytimessä on varausta, joka puolestaan on sama kuin alkuaineen järjestysluku alkuainejärjestelmässä. Ytimen varauslukua ei kuitenkaan kyetty suoraan mittaamaan. Sen arvot ratkaisi tunnetuille alkuaineille Henry Moseley ryhmineen pommittamalla alkuaineita elektroneilla, jotka saivat aikaan alkuaineiden kehäelektronien poistumista radoiltaan ja niiden uudelleen täyttyessä röntgensäteilyn muodostumista. Kullekin alkuaineelle saatiin sille ominainen röntgenspektri. Lisäksi todettiin, että röntgenspektrien frekvenssit (ν) noudattavat alkuainesarjassa systematiikkaa ν = vakio (Z-1) 2 suhteessa järjestyslukuun (Z), mistä voitiin laskea kunkin alkuaineen järjestysluku. Esim. uraanin järjestysluvuksi voitiin nyt määrittää 92. Vuonna 1920 Rutherford sai aikaan ensimmäisen keinotekoisen ydinreaktion. Hän kohdisti typpeen alfahiukkasia ja totesi typpiatomeista irtoavan vety-ytimiä, joille hän antoi nimen protoni. Vuoteen 1932 asti uskottiin, että atomi koostuu positiivisista protoneista muodostuvasta ytimestä ja sitä kiertävistä elektroneista. Tällöin James Chadwick identifioi jo aiemmin havaitun läpitunkevan säteilyn neutroneiksi, hiukkasiksi, joilla on protonin massa mutta ne ovat varauksettomia. Tämän pohjalta voitiin Bohrin atomimalli täydentää siten, että atomin ytimessä on järjestysluvun ilmoittama määrä positiivisia protoneja ja lisäksi neutroneja, joiden määrä vaihtelee. Saman alkuaineen eri ytimet, joilla on eri määrä neutroneja ja tästä johtuen eri massa, ovat tämän alkuaineen isotooppeja. Kiihdyttimet keinotekoinen radioaktiivisuus 1930-luvun alussa kehitettiin ensimmäiset hiukkaskiihdyttimet ja vuonna 1932 saatiin ensimmäinen kiihdytetyllä hiukkasella, protonilla, aikaansaatu ydinrektio 1 H + 7 Li! 2 4 He. Vuonna 1932 aviopari Frederic ja Irene Joliot-Curie saivat aikaan enimmäiset keinotekoiset 7

radioaktiiviset ytimet pommittamalla booria, alumiinia ja magnesiumia alfahiukkasilla. Alumiinin pommituksessa syntyi 30 P:a, joka hajosi positroniemissiolla 10 minuutin puoliintumisajalla. Positronit, jotka ovat elektronin vastahiukkasia eli saman massaisia mutta vastakkaismerkkisiä, oli löydetty vain kaksi vuotta aiemmin. Fissio ja transuraanit ja niiden seuraukset Jo 1930-luvun alkupuolella, kiihdyttimien keksimisen jälkeen pyrittiin uraanista valmistamaan neutronipommituksella raskaampia alkuaineita. Myös Otto Hahn, Lise Meitner ja Fritz Strassman pyrkivät tähän, mutta he havaitsivatkin vuonna 1938, että uraaniytimet halkesivat kevyemmiksi alkuaineiksi kun niitä pommitettiin termisillä neutroneilla. Tässä prosessissa todettiin vapautuvan erittäin suuri määrä energiaa. Kun esitettiin arvio tämän energian valjastamiseksi asevoimaksi, ryhtyi USA:n hallitus kehittelemään Toisen Maailmansodan alettua voimaperäisesti ydinasetta. Ydinaseen kehittelyä kutsuttiin nimellä Manhattan-projekti ja sitä johti Robert Oppenheimer. Ensimmäisessä vaiheessa Enrico Fermi ryhmineen käynnisti vuonna 1942 ensimmäisen ydinreaktorin Chicagossa. Ydinreaktorissa saatiin aikaan hallittu ketjureaktio uraanin fissiossa syntyvien neutronien määrän säätelyn avulla. Samaan aikaan oli todistettu, että termisillä neutroneilla ei tapahdu uraanin hallitsevan isotoopin 238 U fissiota, vaan että vain 235 U fissioituu. Jälkimmäistä isotooppia luonnon uraanissa on keskimäärin vain 0.7%. Jotta 235 U:a olisi saatu riittäviä määriä ydinaseita varten, rakennettiin Oak Ridgeen, Tenneseehen isotooppirikastuslaitos, jonka rikastusprosessi pohjautui uraanin isotooppien heksafluoridimolekyylien erilaiseen diffuusionopeuteen. Paitsi uraania, käytettiin Manhattan-projektissa ydinaseiden valmistukseen myös uutta, uraania raskaampaa alkuainetta plutoniumia, joka fissioitui vielä herkemmin kuin 235 U. Uraania raskaampien alkuaineiden jäljille olivat päässeet jo Meitner, Hahn ja Strassman kolmekymmentäluvun puolivälissä kun he totesivat 239 U:n, jota he olivat saaneet aikaan pommittamalla neutroneilla 238 U:a, hajoavan betaemissiolla. He tiesivät hajoamisen tuottavan alkuainetta 93, mutta eivät sitä kyenneet todistamaan. Tähän kykenivät Berkeleyn yliopiston tutkijat Edwin McMillanin johdolla ja he nimesivät uuden alkuaineen neptuniumiksi. Edelleen he onnistuivat valmistamaan alkuvuodesta 1941 alkuainetta 94, joka sai nimekseen plutonium ja sitä ryhdyttiin tuottamaan asemateriaaliksi Hanfordissa, Washingtonissa. Plutonium erotettiin säteilytetystä uraanista ns. PUREX-menetelmällä, joka on vieläkin käytössä käytetyn ydinpolttoaineen jälleenkäsittelylaitoksilla. Tässä menetelmässä käytetty 8

polttoaine liuotetaan typpihappoon ja uutetaan tributyylifosfaatilla, jolloin uraani ja plutonium siirtyvät orgaaniseen faasiin muiden aineiden jäädessä happoon. Kun plutonium pelkistetään kolmearvoiseksi, se voidaan uuttaa uraanista eroon vesifaasiin ja pelkistää tämän jälkeen metalliksi. Manhattan-projektissa kehitettiin suuri joukko muitakin radiokemiallisia erotusmenetelmiä radionuklidien separointiin ja useat niistä ovat edelleen käytössä. Manhattan-projektin surullinen päätös nähtiin kesällä 1945: ensin koeräjäytykset New Mexicossa ja sitten Hiroshiman ja Nagasakin hävitykset elokuussa. Kilpajuoksu uusista alkuaineista jatkuu Uusien, uraania raskaampien alkuaineiden valmistaminen ei loppunut plutoniumin kehittämiseen. Niitä valmistettiin ensin Berkeleyn Lawrence Livermore Laboratoriossa Glenn T. Seaborgin johdolla. He löysivät 1940-luvulla ja 1950-luvun alussa amerikiumin (alkuaine 95), curiumin (96), berkeliumin (97), californiumin (98), einsteiniumin (99), fermiumin (100) ja mendeleviumin (101). Myöhemmin kilpajuoksuun ovat ottaneet osaa myös muut ydinkeskukset, erityisesti Dubnan keskus Venäjällä ja Darmstadtin keskus Saksassa. Tähän mennessä raskain alkuaine, jota on havaittu on järjestysluvultaan 112. Kaikki nämä ns. superraskaat alkuaineet ovat erittäin lyhytikäisiä. Suurena pyrkimyksenä on ollut tuottaa alkuainetta 114, jonka maagiset protoni- ja neutroniluvut antavat olettaa sen olevan muita superraskaita alkuaineita selvästi stabiilimman. Aktiivisuus myös hyötykäyttöön Radioaktiivisuuden tutkimus oli ydinaseen kehittämiseen asti lähinnä perustutkimusta. Kuitenkin jo niinkin varhaisessa vaiheessa kuin 1912 de Hevesy ja Paneth käyttivät 210 Pb:a (eli RaD:a) lyijykromaatin liukoisuuden määrittämiseksi. De Hevesyn käsialaa oli myös ensimmäinen biologinen radionuklidikoe: vuonna 1923 hän tutki lyijyn ottoa ja leviämistä pavun taimiin käyttäen merkkiaineena 212 Pb:a. Kiihdyttimien keskiminen ja sen avulla saatavat keinotekoiset radionuklidit toivat tutkijoille uusia mahdollisuuksia radionuklidien käyttöön tutkimuksessa. Kuitenkin vasta ydinreaktoreiden käyttöönotto mahdollisti radionuklidien laajamittaisen tuotannon. Jo vuonna 1946 Oak Ridgen ydinlaitos alkoi myydä radionuklideja, joita alettiinkin laajemmin käyttää tutkimuksessa 1940-luvun lopulta alkaen. 9

Ydinenergian aikakausi alkaa Ydinasemateriaalin tuottamiseen alunperin kehitettyjä ydinreaktoreita ryhdyttiin sodan jälkeen kehittämään myös siviilikäyttöön eli sähköntuotantoon. Ensimmäiset sähköä tuottavat ydinreaktorit otettiin käyttöön Neuvostoliitossa vuonna 1954 ja Englannissa vuonna 1956. Edellisen reaktorin teho oli 5 MW ja jälkimmäisen 45 MW, kun nykyisten reaktoreiden tehot ovat 500-1000 MW. Nykyään (1999) maailmassa on 434 sähköä tuottavaa ydinvoimalaitosta ja eräissä maissa, kuten Ranskassa, tuotetaan jopa yli puolet sähkösta ydinenergialla. Suomessa ensimmäinen ydinvoimalaitos otettiin käyttöön 1979 Loviissa. Nyt laitoksia on kaksi, niissä yhteensä neljä reaktoria, jotka tuottavat noin 30% Suomen sähköstä. Säteilyn mittauksen kehittyminen Kuten jo aiemmin todettiin, Bequerel, kuten monet muutkin varhaisvaiheen tutkijat, käytti valokuvauslevyä säteilyn toteamiseen. Toinen tämän vaiheen säteilyn havainnointilaite oli elektroskooppi, jossa oli lasipallon sisällä metallitanko ja sen päässä riippumassa kaksi metallilevyä. Levyihin johdettiin sähkövaraus, joka työnsi ne erilleen. Kun säteily ionisoi lasipallon sisäistä ilmaa ja sai sen sähköä johtavaksi, purkautui levyjen välillä oleva varaus. Vuonna 1903 William Crookes otti käyttöön spintariskooppi-nimisen laitteensa, jossa ensimmäisen kerran käytettiin hyväksi tuikeilmiötä. Tässä laitteessa alfasäteily osui varjostimen sinkkisulfidikerrokseen, jossa se sai aikaan virittymistä ja viritystilan purkautuessa valon muodostumista. Valo jouduttiin toteamaan visuaalisesti. Vasta 1940-luvun lopulla keksittiin valomonistinputki, jonka avulla syntyvä valo kyettiin muuttamaan sähköiseksi pulssiksi ja vahvistamaan elektronisesti laskettavaksi pulssiksi. Nykyään tuikelaskenta (NaI-kiteet ja nestetuikelaskenta) on yleisimpiä säteilyn mittaustapoja. Ennen toista maailmansotaa merkittävimmät säteilyn mittauslaitteet olivat Geiger-Müller-laskuri ja Wilsonin sumukammio. Geiger-Müller-laskuri, jonka kantamuodon herrat H.Geiger ja W.Müller kehittivät jo vuonna 1908, perustuu siihen, että säteily tunkeutuu hyvin ohuen ikkunan (aiemmin kiillettä, nykyään berylliumia) läpi kaasulla täytettyyn metallisylinteriin, jossa on kytketty jännite sylinterin keskellä olevan anodilangan ja katodina toimivan sylinterin seinämän välille. Säteilyhiukkanen tai kvantti ionisoi kaasua ja saa aikaan ionivyöryn, joka todetaan ja lasketaan sähköisenä pulssina. Geiger-Müller-laskureita käytetään edelleen säteilysuojelussa annosnopeusmittareina. Wilsonin sumu-kammiossa 10

säteily johdetaan ikkunan kautta vesihöyryllä kyllästettyyn suljettuun tilaan. Kun kammion tilavuutta äkillisesti laajennetaan männän avulla, höyry jäähtyy ja kammio ylikyllästyy höyryn suhteen. Säteily ionisoi ilmatilan kaasua ja syntyneet ionit toimivat vesihöyryn tiivistymiskeskuksina. Ilmiö kestää sekunnin osista muutamaan sekuntiin ja sitä voidaan havaita syntyvien vesipisaroiden radan avulla lasiseinän takaa ja valokuvata. Geiger-laskurit olivat yleisimpiä välineitä radionuklidimittauksissa vielä 1950-luvulla. Myöhemmin sen ovat syrjäyttäneet useimmiten monikanava-analysaattorein varustetut nestetuikelaskurit betamittauksessa, sekä tuike- ja puolijohdedetektorit alfa/gammalaskennassa ja -spektrometriassa. Tuikekiteet ja niiden vahvistimena toimivat valomonistinputket kehitettiin jo 1940-luvun lopulla, puolijohdedetektorit vasta 1960-luvun alussa. Radiokemia Suomessa Radiokemian perustaja Suomessa on akateemikko Jorma K. Miettinen. Hän työskenteli 1950- luvun alussa A.I.Virtasen johtamassa Biokemiallisessa tutkimulaitoksessa ja ryhtyi tällöin suunnittelemaan ja suorittamaan radionuklideilla tehtäviä biologisia ja biokemiallisia kokeita. Ensimmäinen koe oli 59 Fe:llä tehty herneen juurinystyröiden rauta-aineenvaihduntaa kartoittava koe, joissa aktiisuusmittaukset tehtiin USA:sta ja Saksasta vastikään ostetuilla Geiger-laskureilla. Radionuklideja alettiin tällöin käyttää myös muissa instituuteissa, esim. ensimmäiset isotooppilääketieteelliset kokeet tehtiin jo vuonna 1949, jolloin Marian sairaalassa tehtiin kilpirauhastutkimuksia käyttäen hyväksi 131 I:a. Biokemialliset, biologiset ja lääketieteelliset sovellutukset olivatkin 1950-luvulla radionuklidien käytössä pääosassa. Akateemikko Miettinen, tuolloin biokemian dosentti, aloitti vuonna 1956 Helsingin yliopistossa opetuksen radionuklidien käytöstä. Kurssin nimi oli Radioisotooppikurssi ja toisena vuonna siihen sisällytettiin luentojen lisäksi harjoitustöitä. 1950-luvulla vallitsi melkoinen optimismi ydinenergian tulevasta asemasta sähköntuotannossa. Suomeenkin perustettiin atomienergiakomitea vuonna 1955 (vuodesta 1959 Atomienergianeuvottelukunta) professori Erkki Laurilan johdolla. Komitea ryhtyi pohjustamaan ydinenergian käyttöön ottoa Suomessa. Alan koulutusta ja tutkimusta suunniteltiin ja käynnistettiin ja vuonna 1962 Otaniemessä otettiin käyttöön 100 kw:n Trigatutkimus- ja koulutusreaktori, jonka avulla voitiin tuottaa radionuklideja ja kouluttaa 11

insinöörejä reaktoreiden hallintaan. Ensimmäinen sähköä tuottava ydinvoimalaitos Suomessa otettiin sitten käyttöön 17 vuotta myöhemmin eli vuonna 1979. Radiokemian laitos perustetaan 1963 Ydinvoimalaitosten käyttöön liittyvä kemia ei kuitenkaan alkuvaiheessa ollut radiokemian pääsuuntia. Biologisten ja biokemiallisten radionuklidikokeiden jälkeen merkittävimmäksi alueeksi muodostui 1950-luvun lopulta alkaen laskeumatutkimukset. 1950- ja 1960-luvuilla suurvallat tekivät ilmakehässä satoja ydinasekokeita, joista aiheutui radioaktiivinen laskeuma koko maapallon alueelle, erityisesti pohjoiselle pallonpuoliskolle. Akateemikko Miettinen ryhtyi ensin tutkimaan sadeveden radioaktiivisuuspitoisuuksia. Sittemmin aivan 1960-luvun alussa, kun oli huomattu Lapin elintarvikkeissa ja itse saamelaisissa selvästi Etelä-Suomea korkeampia 90 Sr- ja 137 Cs-pitoisuuksia, aloitettiin Lapissa ravintoketjututkimukset. Tärkein alue näissä tutkimuksissa oli kartoittaa radionuklidien kulkeutuminen jäkälästä poroon ja edelleen ihmisiin ja arvioida niistä saatu terveydellinen riski/haitta. Ympäristön radioaktiivisuus- ja ravintoketjututkimukset olivat radiokemian laitoksen, joka perustettiin vuonna 1963 tuolloin radiokemian ensimmäiseksi professoriksi nimitetyn Jorma K. Miettisen johdolla, päätutkimusalue pitkälle 1970-luvulle. Myöhemmin vuoden 1986 Tsernobylin ydinreaktorionnettomuuden ja siitä seuranneen Suomeenkin tulleen radioaktiivisen laskeuman jälkeen tulivat jo 1950-luvulla aloitetut laskeumatutkimukset uudelleen ajankohtaisiksi. Tässä vaiheessa radiokemian laitoksen, jonka uudeksi professoriksi valittiin vuonna 1988 Timo Jaakkola, tärkein osuus oli transuraanien, plutoniumin, amerikiumin ja curiumin ympäristökäyttäytymisen tutkiminen, erityisesti vesiympäristössä. Vuonna 1995 itsenäinen radiokemian laitos sulautettiin kemian laitokseen ja siitä tuli yksi kemian laitoksen laboratorio. Ensimmäisen ydinvoimalaitoksen käyttöönoton aikoihin 1970-luvun loppupuolella ydinjätteiden loppusijoitukseen ja käsittelyyn liittyvä tutkimus muodostui radiokemian laitoksen yhdeksi päätutkimusalueeksi ja näiden tutkimusten parissa työskentelee tällä hetkellä suurin osa radiokemian laboratorion tutkijoista. Ydinjätetutkimus on jakaantunut kahteen pääalueeseen: radionuklidien pidättyminen ja kulkeutuminen kallioperässä sekä radionuklidien selektiivinen erotus ydinjäteliuoksista epäorgaanisilla ioninvaihtimilla. Radiokemian laitoksen/laboratorion yhtenä merkittävänä tutkimussuuntana on ollut 1980- luvulta alkaen radiolääkeaineiden leimaus lyhytikäisillä radionuklideilla, kuten esim 18 F:lla 12

leimatun glukoosianalogin 2-FDG:n valmistaminen. Tämä tutkimusuunta sai merkittävän lisäpanostuksen, kun laboratoriossa otettiin vuonna 1998 käyttöön syklotroni, jolla voidaan tuottaa lyhytikäisiä radionuklideja radiolääkeaineleimauksia varten. Radiokemian laboratoriossa on ollut jo 1960-luvulta alkaen aktiivisuudeltaan voimakas 60 Colähde, jonka avulla on tehty säteilykemian tutkimusta. 1960-luvun lopussa kehitettiin mm. menetelmä muovipuun valmistamiseksi imeyttämällä puun sisään muovimonomeeriliuosta ja polymeroimalla muovi puun sisään gammasäteilytyksen avulla. Säteilykemia ei varsinaisesti kuulu radiokemian piiriin, mutta sen tutkimusta ja opetusta on laitoksessa harrastettu jo varsin varhaisista ajoista lähtien. Radiokemian laitokseen ostettiin heti alussa, eli vuonna 1963 neutronigeneraattori. Tämän avulla laitoksessa voitiin tehdä ydinkemian tutkimusta eli tutkia neutroneilla aikaansaatuja ydinreaktioita. Myöhemmin tutkimusta on jatkettu yhteistyössä muiden instuuttien kanssa, joilla on modernimmat ja voimakkaammat kiihdyttimet ydinreaktioiden aikaansaamiseen. Radiokemia muissa instituuteissa Kuten jo aiemmin kerrottiin, alkoi radionuklidien käyttö monissa tutkimuslaitoksissa biologisten ja biokemiallisten ongelmien ratkaisemisessa jo 1950-luvun alussa. Tällöin alkoi radionuklidien käyttö myös sairaaloissa diagnostisiin ja terapeuttisiin tarkoituksiin. Radionuklidien käyttö näissä laitoksissa on vuosikymmenien mittaan vain kasvanut. Pioneereja radionuklidien biologisessa ja biokemiallisessa käytössä olivat A.I.Virtasen johtama Biokemiallinen tutkimuslaitos ja Helsingin yliopiston biokemian laitos. 1950- ja 1960-lukujen taitteessa perustettiin isotooppilaboratoriot myös Maatalouden tutkimuskeskukseen ja Helsingin yliopiston maa- ja metsätaloudelliseen tiedekuntaan. Yleisimmin käytetyt radionuklidit olivat betaemitterit 3 H, 14 C, 32 P ja 35 S, joita käytettiin ja käytetään edelleen kasvien aineenvaihdunnan tutkimiseen. Myöhemmin radionuklideja käyttäviä laboratorioita on tullut runsaasti lisää. Isotooppilääketieteessä edelläkävijä oli 1950- luvulla Marian sairaala Helsingissä, mutta jo 1960-luvun alussa radionuklideja käytettiin kaikissa merkittävissä sairaaloissa. Yleisimmät tällöin käytössä ollet nuklidit olivat 131 I, 198 Au, 32 P, 57 Co, 197 Hg ja 203 Hg. Myöhempinä vuosikymmeninä on radionuklidikirjo lisääntynyt huomattavasti, laajamittaiseen käyttöön ovat tulleet mm. 99m Tc ja 18 F. 13

Säteilyturvakeskuksessa, silloin Säteilyfysiikan laitos nimeltään, aloitettiin 1960-luvun alussa radiokemian tutkimus samoissa aihepiireissä kuin radiokemian laitoksellakin. Säteilyfysiikan laitoksen päätehtävät tässä vaiheessa olivat ydinasekokeista syntyneen radioaktiivisen laskeuman ympäristökäyttäytymisen tutkimus ja elintarvikkeiden radioaktiivisuusvalvonta. Radioaktiivisuusmittauksia tehtiin maa-, ilma- ja vesinäytteistä. Myöhemmin laitoksen radiokemiallisiin tehtäviin on tullut ydinvoimaloiden radioaktiivisten ympäristöpäästöjen valvonta sekä luonnon radioaktiivisten aineiden tutkimus. Useimmat gammasäteilijöiden ympäristötutkimukset tehdään nykyään suoraan näytteistä gammaspektrometrisesti. Säteilyturvakeskus on radiokemian laboratorion ohella ainoa laboratorio Suomessa, jossa hallitaan myös useimpien beta- ja alfaemitterinuklidien radiokemialliset erotusmenetelmät ja niiden luotettava mittaaminen. Merkittävä radiokemian harrastaja Suomessa on ollut myös Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus (VTT), jossa radiokemiaa on tehty etupäässä Reaktorilaboratoriossa, joka nyttemmin on organisaationa jo hävinnyt ja sen toiminnat siirretty uusiin yksiköihin. Reaktorilaboratoriossa aloitettiin neutroniaktivointianalyysi Teknillisen Korkeakoulun uudella Triga-reaktorilla heti sen valmistumisen jälkeen vuonna 1963. Neutroniaktivointi ei sinänsä ole radiokemiaa vaan ydintekninen alkuaineiden määritysmenetelmä, jossa useimmat alkuaineet voidaan samanaikaisesti määrittää niiden lähettämän, neutronien aikaan saaman aktivoitumisen aiheuttaman gammasäteilyn avulla. Usein siihen liittyy kuitenkin myös radiokemiallisia erotuksia. Toinen jo alkuajoista mukana ollut radionukliditoiminta reaktorilaboratoriossa oli radionuklidien tuotanto sairaaloiden tutkimus- ja diagnoositarpeisiin. Vuonna 1968 aloitettiin 131 I:n tuotanto ja 1970-luvulla 99m Tc:n ja 18 F:n tuotanto. Myöhemmin, alkaen 1970-luvun lopulta, VTT:n radiokemian päätoiminta-alue on ollut ydinjätetutkimuksessa, jossa tutkimusaiheet ovat olleet pitkälle samoja kuin radiokemian laboratoriossakin: ydinjätteiden loppusijoitukseen liittyvät radionukliden pidättymis- ja kulkeutumistutkimukset kallioperässä ja loppusijoitustilojen täyteaineissa. VTT:n reaktorilaboratorion lääketieteellinen radionuklidituotanto siirtyi 1980-luvun lopulla uudelle, radiokemistien perustamalle yritykselle MAP Medical Technologies lle, josta on sittemmin muodostunut merkittävä, ei vain radionuklidien tuottaja, vaan myös ja ensisijaisesti radiolääkeaineiden tuottaja. MAP:n tuontantolaitokset ovat Tikkakoskella Jyväskylän kyljessä, koska he käyttävät radionuklidituotantoon VTT:n reaktorin lisäksi myös Jyväskylän yliopiston kiihdytintä. Toinen merkittävä radiolääkeaineiden tutkimukseen omistautunut 14

keskus on Åbo Akademin ja Turun yliopiston PET-Keskus. 1970-luvun alkupuolella rakennetulla syklotronilla valmistettiin ensimmäiset radionuklidit vuonna 1975. Tällä hetkellä painopiste on lyhytikäisten positroniemitterien tuotannossa ja niiden käytössä radiolääkeaineiden leimauksissa. Näistä klassisin esimerkki on 18 F-lla leimattu 2-FDG, jota voidaan käyttää esim. aivojen toiminnan tutkimiseen. Turussa onkin pitkään ollut Suomen ainoa positroniemissio-tomografilaitteisto (PET), joka hyödyntää näitä lääkeaineita. Nyt myös Tampereella ja Helsingissä on vastaavan tyyppiset laitteistot. Suomen ydinvoimalaitosten kemian laboratorioissa harjoitetaan myös ydinvoimaloiden käyttöön liittyvää radiokemia. Tärkein tehtävä on primääripiirivesien sekä jäteliuosten ja polttoainealtaiden gammaemittareiden valvontamääritykset gammaspektrometrisesti. Myös vaativampia radiokemiallisia erotustekniikoita edellyttäviä beta- ja alfaemitterien määrityksiä on jonkin verran tehty. Suomessa on valmistettu radioaktiivisuuden mittauslaitteita teollisesti jo 1950-luvun puolivälistä alkaen, jolloin turkulainen Wallac aloitti Geiger-putkien valmistuksen. Sittemmin Wallac laajensi tuotevalikoimaansa gammaspektrometreihin ja ensimmäisen nestetuikelaskurinsa se valmisti vuonna 1967. Nykyään Wallac, joka kuuluu Perkin-Elmer -yhtiöön, on maailman johtavia nestetuike- ja gammalaskureiden valmistajia. Suomen Kaapelitehdas aloitti monikanava-analysaattoreiden valmistuksen vuonna 1962. Kaapelitehdas siirtyi vuonna 1967 Nokia Oy:n omistukseen. Nokia valmisti laadukkaita monikanava-analysaattoreita aina 1980- luvun loppupuolelle asti, jolloin tuotanto siirtyi Strömbergille ja kuivui myöhemmin kokonaan. 15