Była córką dwojga laureatów Nagrody Nobla, Marii Skłodowskiej- Curie i Piotra Curie , a sama otrzymała Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1935 roku wraz z mężem, Fryderykiem Joliot.
Podczas gdy jej rodzice otrzymali nagrodę za odkrycie naturalnej radioaktywności, Irene otrzymała nagrodę za syntezę sztucznej radioaktywności . To odkrycie zmieniło wiele dziedzin nauki i wiele aspektów naszego codziennego życia. Sztuczna radioaktywność jest dziś wykorzystywana w medycynie, rolnictwie, energetyce, sterylizacji żywności, przemysłowej kontroli jakości i wielu innych dziedzinach.
Wczesne lata i szkolenie na polu bitwy
Irena Curie urodziła się w Paryżu we Francji w 1897 roku. W nietypowej sytuacji Irena należała do grupy dzieci, które uczyły się pod okiem rodziców- akademików, w tym jej własnej matki, Marii.
I wojna światowa wybuchła w 1914 roku, gdy Irene miała zaledwie 17 lat. Przerwała naukę, aby pomóc matce w odnajdywaniu fragmentów bomb u rannych żołnierzy za pomocą przenośnych aparatów rentgenowskich. Szybko stała się ekspertką w tych wojennych technikach radiologicznych i oprócz samodzielnego wykonywania pomiarów, poświęcała również czas na szkolenie pielęgniarek w zakresie obsługi aparatów rentgenowskich.
Po wojnie Irene wróciła do nauki w laboratorium swojej matki w Instytucie Radowym . Tam poznała Frederica Joliota, kolegę z pracy, którego później poślubiła. Współpracowali nad wieloma projektami, co doprowadziło ich do przełomu w 1934 roku.
Odkrycie radioaktywne
Izotopy to odmiany danego pierwiastka, które mają taką samą liczbę protonów – cząstek o ładunku dodatnim – i różną liczbę neutronów, czyli cząstek bez ładunku. Chociaż niektóre izotopy są stabilne, większość jest radioaktywna i nazywana radioizotopami. Te radioizotopy spontanicznie przekształcają się w różne pierwiastki i uwalniają promieniowanie – cząstki energetyczne lub światło – w procesie zwanym rozpadem promieniotwórczym.
W momencie odkrycia Ireny i Fryderyka, jedyne znane izotopy radioaktywne pochodziły z rud naturalnych, w wyniku kosztownego i niezwykle czasochłonnego procesu. Maria i Piotr Curie spędzili lata badając naturalną radioaktywność ton rud uranu .
W swoich eksperymentach Irene i Frederic bombardowali próbki aluminium cząstkami alfa , które składają się z dwóch protonów i dwóch neutronów połączonych ze sobą – są to jądra atomowe izotopu helu-4.
W poprzednich badaniach obserwowali różne rodzaje promieniowania emitowanego przez próbki podczas bombardowania. Promieniowanie zanikało po usunięciu źródła cząstek alfa. W eksperymencie z aluminium zauważyli jednak, że nawet po usunięciu źródła cząstek alfa nadal można było wykryć promieniowanie.
Ilość promieniowania zmniejszała się o połowę co trzy minuty, a badacze doszli do wniosku, że pochodzi ono z rozpadu radioizotopu fosforu. Fosfor ma dwa dodatkowe protony w porównaniu z glinem i powstał w wyniku fuzji cząstek alfa z jądrami glinu. Była to pierwsza identyfikacja sztucznie wytworzonego radioizotopu, fosforu-30. Ponieważ fosfor-30 powstał po bombardowaniu glinu cząstkami alfa – a nie w stanie naturalnym – Irene i Frederic wywołali radioaktywność. Dlatego nazywa się to sztuczną radioaktywnością.
Po swoim wielkim odkryciu Irene pozostała aktywna nie tylko w badaniach naukowych, ale także w aktywizmie i polityce. W 1936 roku, prawie dekadę przed uzyskaniem przez kobiety praw wyborczych we Francji, została mianowana podsekretarzem stanu ds. badań naukowych. Na tym stanowisku położyła podwaliny pod Narodowe Centrum Badań Naukowych , francuski odpowiednik amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki (National Science Foundation) lub Narodowych Instytutów Zdrowia (National Institutes of Health).
Współtworzyła Francuską Komisję Energii Atomowej w 1945 roku i sprawowała sześcioletnią kadencję, promując badania jądrowe i rozwój pierwszego francuskiego reaktora jądrowego. Później została dyrektorem Laboratorium Curie w Instytucie Radowym oraz profesorem na Wydziale Nauk Ścisłych w Paryżu .
Medyczne zastosowania sztucznej radioaktywności
Odkrycie Joliot- Curie otworzyło drogę do szerokiego zastosowania radioizotopów w medycynie. Obecnie radioaktywny jod jest regularnie stosowany w leczeniu chorób tarczycy . Radioizotopy emitujące pozytony – dodatni odpowiednik elektronu – są wykorzystywane w medycznych badaniach PET do obrazowania i diagnozowania nowotworów, a inne są wykorzystywane w terapii nowotworowej .
Aby zdiagnozować raka, lekarze mogą wstrzyknąć niewielką ilość radioizotopu do organizmu, gdzie gromadzi się on w określonych narządach. Specjalistyczne urządzenia, takie jak skaner PET, mogą następnie wykryć radioaktywność z zewnątrz. W ten sposób lekarze mogą zwizualizować funkcjonowanie tych narządów bez konieczności przeprowadzania operacji.
Aby następnie leczyć raka, lekarze stosują duże dawki promieniowania, aby zniszczyć komórki nowotworowe. Starają się zlokalizować zastosowanie radioizotopu w miejscu występowania nowotworu, aby minimalnie wpłynąć na zdrową tkankę.
Trwałe dziedzictwo
W ciągu 90 lat od odkrycia przez Joliot- Curie pierwszego sztucznego radioizotopu, dziedzina nauki jądrowej rozszerzyła swój zasięg do około 3000 sztucznych radioizotopów, od wodoru po najcięższy znany pierwiastek, oganeson. Jednak teorie jądrowe przewidują, że możliwe jest wytworzenie nawet 7000 sztucznych radioizotopów.
Podczas gdy Joliot- Curie bombardowała próbki cząstkami alfa z relatywnie niską prędkością, ośrodek badawczy Uniwersytetu Stanowego Michigan może przyspieszać stabilne izotopy do połowy prędkości światła i rozbijać je o tarczę, tworząc nowe radioizotopy. Naukowcy korzystający z tego ośrodka odkryli już pięć nowych radioizotopów od momentu jego uruchomienia w 2022 roku, a poszukiwania wciąż trwają.
Każdy z tysięcy dostępnych radioizotopów ma inny zestaw właściwości. Żyją one przez różny czas i emitują różne rodzaje promieniowania oraz ilości energii. Ta zmienność pozwala naukowcom dobrać odpowiedni izotop do konkretnego zastosowania.
Na przykład jod ma ponad 40 znanych radioizotopów. Główną cechą radioizotopów jest ich okres półtrwania, czyli czas potrzebny, aby połowa izotopów w próbce przekształciła się w nowy pierwiastek. Radioizotopy jodu mają okresy półtrwania od dziesiątej części sekundy do 16 milionów lat. Jednak nie wszystkie z nich są przydatne, praktyczne lub bezpieczne w leczeniu tarczycy.
Radioizotopy, które żyją zaledwie kilka sekund, nie istnieją wystarczająco długo, aby móc przeprowadzać procedury medyczne, a radioizotopy, które żyją latami, mogłyby zaszkodzić pacjentowi i jego rodzinie. Ze względu na swoją żywotność przez kilka dni, jod-131 jest preferowanym radioizotopem medycznym .
Sztuczna radioaktywność może również pomóc naukowcom w badaniu tajemnic wszechświata. Na przykład, gwiazdy są zasilane reakcjami jądrowymi i rozpadem promieniotwórczym w ich jądrach. Podczas gwałtownych zdarzeń gwiezdnych, takich jak eksplozja gwiazdy pod koniec jej życia, wytwarzają tysiące różnych radioizotopów, które mogą napędzać eksplozję. Z tego powodu naukowcy produkują i badają w laboratorium radioizotopy znajdujące się w gwiazdach.
Dzięki powstaniu Obiektu Badań nad Rzadkimi Izotopami oraz innych ośrodków akceleracyjnych, poszukiwania nowych radioizotopów będą otwierać drzwi do świata nowych możliwości.
