Radioaktywność

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Procesy jądrowe
Procesy rozpadu jądrowego

Procesy syntezy jądrowej

Znak ostrzegający przed substancjami promieniotwórczymi
Dodatkowy znak ostrzegawczy wprowadzony w 2007 r

Radioaktywność (promieniotwórczość) – zdolność jąder atomowych do rozpadu promieniotwórczego, który najczęściej jest związany z emisją cząstek alfa, cząstek beta oraz promieniowania gamma.

Szczególnym rodzajem promieniotwórczości jest rozszczepienie jądra atomowego, podczas którego radioaktywne jądro rozpada się na dwa fragmenty oraz emituje liczne cząstki, między innymi neutrony, które mogą indukować kolejne rozszczepienia. Zjawisko takiej reakcji łańcuchowej jest wykorzystane w elektrowniach jądrowych oraz w bombach jądrowych.

Promieniowanie towarzyszące przemianom jądrowym (zarówno elektromagnetyczne jak i w postaci strumienia cząstek) przechodząc przez substancję ośrodka powoduje jonizację (wybijanie elektronów z atomów). Promieniowanie to, po przekroczeniu pewnego poziomu, ma szkodliwy wpływ na żywe organizmy. Pochłonięcie jego dużej dawki może spowodować chorobę popromienną.

Źródłami radioaktywności są niestabilne izotopy pierwiastków, zarówno występujących w naturze, jak i wytworzonych przez człowieka. Do najbardziej znaczących należą:

  • ³H, wytwarzany m.in. w wyniku eksperymentów termojądrowych, a także w wyniku reakcji jądrowych zachodzących w atmosferze
  • 14C, stale produkowany przez promieniowanie kosmiczne w górnych warstwach atmosfery, obecny we wszystkich organizmach żywych, w tym w ciele człowieka
  • 40K, obecny m.in. w minerałach i kościach, stanowiący 0,0117% całej zawartości potasu
  • Rn, krótko żyjący element tzw. szeregów promieniotwórczych; jest gazem, więc może uwalniać się z miejsca powstania, np. z gleby, materiałów budowlanych itp.; największe znaczenie ma 222Rn, pochodzący z szeregu 238U, jego okres połowicznego zaniku wynosi 3,8 dnia
  • Ra, także pierwiastek występujący w szeregach promieniotwórczych; największe znaczenie ma izotop 226Ra z szeregu 238U, którego okres połowicznego zaniku wynosi 1599 lat
  • 232Th, długo żyjący izotop obecny w niektórych minerałach i w glebie
  • U, występujący w minerałach i w glebie; największe znaczenie mają: 238U, mniej obfity izotop 235U oraz sztucznie uzyskany 233U – dzięki podatności na rozszczepienie są wykorzystywane w reaktorach i bombach jądrowych
  • Pu, uzyskiwany sztucznie z uranu; izotop 239Pu, także podatny na rozszczepienie, stosowany jest podobnie jak uran.

Radioaktywność tych i wielu innych izotopów ma zastosowania w medycynie (diagnostyka, terapia nowotworów), archeologii i geologii (datowanie izotopowe), technice oraz badaniach naukowych.

Historia odkrycia radioaktywności[edytuj | edytuj kod]

Zjawisko promieniotwórczości odkrył francuski fizyk Henri Becquerel w 1896 roku, badając zjawisko fosforescencji. Jego doświadczenia polegały na naświetlaniu światłem słonecznym minerałów, a potem zawijaniu ich w kliszę światłoczułą w celu zbadania, czy występuje zjawisko fosforescencji, czyli świecenie badanej substancji (zaczerniające kliszę), indukowane światłem słonecznym. Z powodu niepogody nie zdążył naświetlić światłem słonecznym próbki rudy uranowej, włożył ją więc do swojego fartucha laboratoryjnego. Klisza i próbka rudy były przechowywane w ten sposób przez kilka dni, po czym Becquerel przypomniał sobie o kliszy i ją wywołał. Okazało się, że uległa prześwietleniu, ale tylko w miejscach, gdzie stykała się z próbką rudy. Zainteresowany tym zjawiskiem Becquerel przetestował wpływ innych soli o właściwościach fosforescencyjnych na klisze fotograficzne i zauważył, że nie tylko rudy uranu, ale też jego sole powodują to zjawisko, tak więc zjawisko prześwietlania klisz okazało się niezwiązane z samą fosforescencją. Becquerel zaczął studiować to zagadnienie głębiej, starając się dociec przyczyn zjawiska. Jego badania dowiodły, że źródłem nowego promieniowania nie jest tylko sól uranu, lecz uran metaliczny oraz każdy związek chemiczny, zawierający wystarczającą ilość uranu. Becquerel zbadał naturę tego promieniowania i doszedł do wniosku, że jest to promieniowanie elektromagnetyczne o zbliżonej charakterystyce do promieni X (dziś wiemy, że jest to błędna interpretacja, bowiem promieniowanie to składa się z promieniowania alfa, beta i gamma, emitowanego przez uran i produkty jego rozpadu). Udało mu się także znaleźć półilościowe zależności między mocą tego promieniowania, a zawartością uranu w próbce. Becquerel nie mógł prawidłowo zinterpretować zaobserwowanego nowego zjawiska, bowiem był, tak jak jego ojciec, znawcą zjawiska fosforescencji. Sugerował więc istnienie tzw. fosforescencji opóźnionej, występującej po kilku dniach od naświetlania. Nie dysponował również wystarczająco dokładną metodą pomiarową, miał bowiem do dyspozycji tylko klisze fotograficzne.

W przypadku jednej z posiadanych przez Becquerela rud uranu zależność ta jednak nie była z jakichś powodów spełniona. Zadanie wyjaśnienia tego problemu Becquerel powierzył Marii Skłodowskiej-Curie w ramach jej pracy doktorskiej. Skłodowska-Curie, ze swoim mężem Piotrem Curie, zauważyła, że niektóre rudy uranowe wykazują znacznie wyższą radioaktywność, niżby to wynikało z obecności samego uranu. Korzystnym zbiegiem okoliczności było niedawne odkrycie przez jej męża Piotra i jego brata Jacques'a zjawiska piezoelektryczności kwarcu, co umożliwiło skonstruowanie bardzo czułego przyrządu do pomiaru prądu jonizacji powietrza, wywołanej promieniowaniem. Nie musiała już oceniać stopnia zaczernienia kliszy fotograficznej, ale mogła podać dokładne wartości prądu jonizacji, zmierzone elektrometrem. W ten sposób ustaliła, że rudy uranowe wykazują dużo większą radioaktywność, niż sam uran, co może świadczyć o istnieniu jakichś innych związków promieniotwórczych. Podjęła więc żmudne badania, polegające na wyizolowaniu tych związków z rudy uranowej na drodze operacji chemicznych. Skłodowska-Curie odkryła i wydzieliła w ten sposób nowy pierwiastek, rad, który był wielokrotnie bardziej radioaktywny od uranu. Wyodrębnienie tego pierwiastka umożliwiło dokładniejsze zbadanie zależności ilościowych emisji energii od zawartości pierwiastka promieniotwórczego w próbce i odkrycie, że radioaktywność polega w istocie na emisji trzech różnych rodzajów promieniowania oraz przemianie jednego pierwiastka w drugi (radu w gazowy radon) na skutek zjawiska rozpadu promieniotwórczego. Wydzielenie mierzalnych ilości nowego pierwiastka było wymagane, aby określić jego właściwości oraz otrzymać widmo emisyjne, co było niezbędne do zgłoszenia tego pierwiastka jako nowego. Dziś pierwiastki radioaktywne oznaczamy na podstawie rodzaju i energii emitowanego promieniowania. W podobny sposób wcześniej, przed odkryciem radu, Maria Skłodowska-Curie wydzieliła polon.

W tym samym mniej więcej czasie zjawiskiem radioaktywności zainteresował się Ernest Rutherford, odkrywca jądra atomu. Rutherford dostał próbkę czystego uranu od Becquerela w celu zbadania emitowanego promieniowania. Rutherford rozłożył to promieniowanie na 3 składowe, nazwane promieniowaniem alfa, beta i gamma. Najważniejszym dokonaniem Rutherforda w tej dziedzinie było ustalenie, że promieniowanie alfa to strumień jonów He2+ (jąder 4He), co wytłumaczyło przejście radu w radon jako zjawisko odrywania się dwóch protonów z jądra radu.

Opis ilościowy[edytuj | edytuj kod]

Jednostką radioaktywności w układzie SI jest bekerel (Bq), 1 Bq = 1 rozpad na sekundę. Dawniej używaną, obecnie niezalecaną jednostką był kiur (Ci), 1 Ci = 3,7 \cdot 1010 Bq.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]