Koolstof–14 (C–14) – Betastraler

Zie het KernVisie nieuwsbericht met titel: “Over de medische toepassingen van koolstof–13 en –14” van 20 januari 2025 door op de titel te klikken.

Eigenschappen:
Halfwaardetijd: 5700 jaar

Type radioactief verval: Betastraling en geen gamma

Bijzonderheden:
In de natuur komen drie verschillende isotopen van het element koolstof voor. Het is bijna allemaal koolstof–12 (C–12 ), waarvan de fractie 98,9% bedraagt. Die van koolstof–13 ( C–13) is 1,1%. De aanwezigheid in de lucht van koolstof–14 (C–14) is heel sporadisch namelijk één op de biljoen koolstofatomen. De isotopen C–12 en C–13 zijn stabiel. C–14 is een betastraler, die zonder gammadeeltje vervalt met een halfwaardetijd van 5700 jaar. Levende organismen nemen C–14 uit de lucht op. Dat maakt datering van oud organisch materiaal, zoals van fossielen, mogelijk tot ongeveer 60 000 jaar geleden. Natuurlijk C–14 ontstaat door de inwerking van kosmische straling op de stikstof in de lucht.

C–13 is ook de grondstof voor de vorming van kunstmatig C–14. De fabrieksmatige productie van C–13 vindt plaats door methaan (CH4) of koolmonoxide (CO) bij een uiterst lage temperatuur (cryogeen) te distilleren. De aanmaak van C–14 geschiedt door neutronenbestraling in een reactor met een hoge neutronenflux. Dat kan in een onderzoekreactor of in een CANDU zwaarwaterreactor. Het laatstgenoemde type gebruikt natuurlijk uranium als splijtstof. Dat in tegenstelling tot de lichtwaterreactor, die laagverrijkt uranium gebruikt. Vanwege de vergelijkbare vermogensdichtheid in de splijtstofelementen is de neutronenflux in een CANDU daarom bijna tienmaal hoger dan die in een lichtwaterreactor. Canada maakte al gebruik van zijn CANDU-reactoren om medische radio-isotopen te produceren. Sinds het voorjaar van 2024 doet China dat ook met zijn CANDU-reactoren Qinshan–5 en –6. Het produceert op een commerciële schaal C–14, waardoor het niet meer afhankelijk is van het buitenland.

Het eigen medische gebruik van C–14 van China betreft de opsporing van de bacterie Helicobacter pylori bij maagpatiënten. Deze bacterie kan op den duur leiden tot het ontstaan van maagkanker. Om aanwezigheid van de bacterie in de maag vast te stellen drinkt de te onderzoeken persoon een drankje, dat ureum bevat, waarbij de ureummoleculen zijn gelabeld met C–14. Die helicobacter–bacteriën zetten het ureum om in CO2, dat die C–14 bevat en dat die persoon uitademt. Een eenvoudige detector, die gevoelig is voor betastraling, detecteert de C–14. Daarmee is de  aanwezigheid van de bacterie aangetoond. In ons land vindt dergelijk onderzoek meestal plaats met C–13. Daarvoor is echter geavanceerde apparatuur nodig. Zo’n medisch onderzoek heet een Ureum Adem Test.