ヨウ素の同位体

ヨウ素（元素記号 I）には、現在までに37種類の同位体が存在することが知られています。これらの同位体のうち、安定して存在するものは質量数127の同位体（$^{127}$I）ただ一つです。この性質から、ヨウ素は単一の安定同位体しかもたないモノアイソトピック元素の一つに分類されます。$^{127}$I以外の同位体は、すべて放射性同位体であり、時間の経過とともに崩壊して別の元素に変化します。

ヨウ素の標準原子量は126.90447 uと定められていますが、これは天然に存在するヨウ素が事実上$^{127}$Iのみであることから、その原子量と非常に近い値になっています。

主要な放射性同位体

天然環境では$^{127}$Iが圧倒的に支配的ですが、ごく微量の放射性同位体も自然界に存在します。その代表例が質量数129のヨウ素同位体（$^{129}$I）です。$^{129}$Iは、主に宇宙線が大気や地殻の元素と相互作用することで生成されるほか、地球内部のウランなどの天然放射性元素が自発的に核分裂を起こす際にも生成されます。$^{129}$Iの半減期は約1570万年と非常に長いため、生成されたものが長期間にわたり存在し続けます。

また、近年では人類が原子力利用などで人工的な核分裂を引き起こしているため、核関連施設の周辺や過去に核実験、原子力事故などがあった場所では、天然由来よりも高い濃度の$^{129}$Iが検出されることがあります。

$^{129}$Iは、半減期約1570万年でベータ崩壊（β崩壊）し、安定同位体である質量数129のキセノン（$^{129}$Xe）に変化します。この長い半減期と核分裂生成物であることから、放射性廃棄物中の長寿命核種として、その無害化や閉じ込めに関する研究（核変換など）の対象となることがあります。

$^{129}$Iの化学的性質は、同じハロゲン族元素である塩素の長寿命放射性同位体$^{36}$Cl（半減期約30万1000年）と比較されることがあります。両者ともに水溶性のハロゲン化合物として、主に陰イオン（I$^-$やIO$_3^-$, Cl$^-$など）の形で存在し、地球表面における宇宙線相互作用によって生成される点は共通しています。しかし、いくつか重要な違いも見られます。

天然における存在比：ヨウ素全体に対する$^{129}$Iの比率は、塩素全体に対する$^{36}$Clの比率と比べて極めて小さいです。
半減期：$^{129}$Iの半減期（約1570万年）は、$^{36}$Clの半減期（約30万1000年）よりもはるかに長いです。
生体親和性：$^{129}$Iは$^{36}$Clと比較して生体に取り込まれやすい性質があります。
化学形態：$^{36}$Clは主にCl$^-$として存在しますが、$^{129}$IはI$^-$だけでなく、酸化物イオン（IO$_3^-$）など多様な形態をとり得ます。

これらの性質の違いから、$^{129}$Iは植物、土壌、動物組織、乳製品といった生物圏の様々な構成要素に容易に取り込まれ、蓄積する可能性があります。

一方、質量数131のヨウ素同位体（$^{131}$I）も、ウランなどの核分裂によって生成される主要な放射性同位体の一つです。しかし、$^{131}$Iの半減期は約8日と非常に短いため、人工的な放出がない限り、通常は環境中で検出されることはありません。$^{131}$Iもβ崩壊によって安定同位体である質量数131のキセノン（$^{131}$Xe）に変化します。

医療分野での利用

ヨウ素の放射性同位体は、その体内での挙動や放射線特性を利用して、核医学と呼ばれる医療分野で広く応用されています。特に、甲状腺に集積しやすいというヨウ素の性質は、診断および治療において重要です。

いくつかのヨウ素同位体は、体内に投与して放出されるガンマ線や陽電子を検出し、体内の臓器の機能や形態を画像化する診断法（シンチグラフィ、SPECT、PET）に用いられます。

$^{123}$I：単一光子放射断層撮影（SPECT）に利用され、甲状腺機能検査や脳血流検査などで高画質の画像を提供します。
$^{124}$I：陽電子放出断層撮影（PET）に利用され、特定の分子と結合させて腫瘍などの診断に用いられることがあります。
$^{131}$I：SPECTにも利用されますが、その崩壊時に放出されるベータ線を利用した治療（RI内用療法）に主に用いられます。甲状腺機能亢進症の治療や甲状腺がんの残存組織・転移巣の破壊を目的として使用されます。
$^{125}$I：主にガンマ線（X線）を放出するため、前立腺がんなどの治療で、腫瘍内部に放射線源を留置する小線源治療に利用されます。

このように、ヨウ素の様々な同位体は、それぞれの物理的・化学的性質と崩壊様式を活かし、診断から治療まで幅広い医療応用において不可欠な役割を果たしています。

もう一度検索