Radioactivitatea

Se cunosc trei forme de radiație: alpha, beta și gamma.

1. Radiația alpha reprezintă un nucleu de heliu (adică doi protoni și doi neutroni împreună) fiind rezultatul unei dezintegrări nucleice a unui element instabil.
2. Radiația beta este un simplu electron rezultat din procesul de transformare a unui neutron într-un proton, un electron și un antineutrino.
3. Radiația gamma este o undă electromagnetică de frecvență foarte înaltă.

În acest capitol vom folosi unitatea de măsură electron-volt (eV), care este energia pe care o primește un electron de la un volt. Este o energie foarte mică pentru noi oamenii, nefiind afectați nici de o energie echivalentă cu un milion de electron-volți (MeV), dacă energia este uniform distribuită pe suprafața corpului nostru, însă 1MeV este o energie îndeajuns de puternică încât să distrugă câteva celule dacă este concentrată pe o suprafață mică de piele, iar durata de expunere este de câteva minute.

Denumire	Energie
Undele radio	0.000001 eV
Lumină vizibilă	1-3 eV
Undele ultraviolete	3-10 eV
Razele X	10 eV – 120000 eV (120 KeV)
Razele gamma	120 KeV – 10 MeV
Radiația beta	~5000 eV – 1 MeV
Radiația alpha	4 MeV – 8 MeV

Radiația alpha are o masă mult mai mare decât radiația beta, iar radiația gamma nu are masă pentru că este o undă electromagnetică.

Raza de acțiune a radiației alpha variază între 8 și 10 cm în aer și 0.2 milimetrii în piele, iar al radiației beta este de la 0 până la 9 metrii în aer și câțiva centimetrii în piele, însă daunele sunt mult mai scăzute decât în cazul radiației alpha datorită diferenței mari de masă. În schimb, radiația gamma are o rază foarte lungă de acțiune, însă factorul de calitate este egal cu cel al radiației beta.

Riscurile de expunere la radiațiile alpha și beta sunt relativ scăzute în exteriorul corpului, însă în cazul inhalării unui element radioactiv, riscul devine foarte mare. La radiația gamma, riscul poate fi ridicat în ambele cazuri dacă intensitatea și durata de expunere este suficient de mare.

Factorii de calitate indică potențialul ce îl are o particulă sau o radiație în a ne afecta pe noi oamenii. Razele X și gamma, împreună cu radiația beta, au un factor de calitate egal cu 1, în schimb radiația alpha are un potențial de 20 de ori mai mare, având o încărcătură pozitivă (2) și o masă de aproximativ 8000 de ori mai mare decât radiația beta, atrăgând oricare 2 electroni pe care îi gasește în cale, având potențialul de a cauza o mutație genetică prin alterarea moleculelor care alcătuiesc materialul genetic.

Alte particule ce pot rezulta din dezintegrarea atomilor, sunt: protonul cu un factor de calitate 10 și neutronul cu un factor de calitate 5.

Atomii instabili, precum Uraniul, au dus la crearea primei bombe atomice. Există mai mulți izotopi ai Uraniului, precum izotopul U238, care se găsește în cantități mult mai mari comparativ cu izotopul U235 folosit în crearea bombei atomice, pentru simplu fapt că este mai stabil; o jumătate din atomii U238 dezintegrându-se în aproximativ 4.5 miliarde de ani, în schimb ce atomii de U235 se dezintegrează la o rată mult mai mare.

Ce trebuie notat, este faptul că o bucățică mică formată din U235 nu va exploda atât de ușor pentru că neutronii rezultați din dezintegrarea nucleică vor ajunge la suprafața materialului, fară a despica și alți atomi, însă dacă mai mult material format din U235 este pus împreună, neutronii nu vor mai putea scăpa, ci vor despica nucleul atomilor vecini, care la rândul lor vor elibera neutroni, despicând nucleul altor atomi, ducând la o reacție în lanț, fiecare despicare nucleică producând o anumită cantitate de energie, dar care, adunându-se, va declanșa o foarte mare explozie, eliberând toată energia acumulată, împreună cu particulele de radiație rezultate din acest proces.

Principiul pe care a fost creată bomba atomică bazată pe U235, a fost un cilindru, într-un capăt conținând o cantitate sub-critică de U235, iar, în celălalt capăt, o cantitate mobilă de U235, care prin unirea celor două cantități, neutronii nu mai puteau ajunge la suprafață, cauzând explozia nucleară. Însă pentru unirea celor două cantități de Uraniu, a fost nevoie de o forță suficient de mare deoarece Uraniul este un element destul de dur; pentru acest lucru s-a folosit un explozibil chimic (TNT).

Jumătatea de viață

- reprezintă timpul în care jumătate din atomii unui material se dezintegrează în elemente mai ușoare.

Uraniul-238 se dezintegrează prin radiații alpha în aproximativ 4,5 miliarde de ani. Spre exemplu, dacă avem 200 de atomi de U238, după 4,5 miliarde ani vom mai avea numai 100, iar după înca 4,5 miliarde de ani vom avea numai 50, și tot așa. Nu toți atomii se dezintegrează deodată după exact 4,5 miliarde de ani, ci se dezintegrează spontan de-alungul acestui timp. Desigur, se poate observa clar că numărul atomilor care se dezintegrează afectează ceilalți atomi, astfel dacă numărul atomilor scade, și numărul dezintegrărilor scade.

Dacă avem o cantitate mare de material radioactiv, dar o parte din acesta fiind dezintegrată de-alungul timpului, putem aproxima cât va dura până când jumătate din acea cantitate se va dezintegra. Iar dacă cunoaștem „jumătatea de viață” a unui element radioactiv, putem calcula acum cât timp în urmă a început dezintegrarea atomică.

Există materiale care se dezintegrează mult mai repede. Un exemplu ar fi Radonul, care are o „jumătate de viață” de aproape 4 zile (3.82 zile, mai exact), și Poloniu-250, cu o „jumătate de viață” de 3 minute.

Energia rezultată din dezintegrarea unui kilogram de Radon-222, este echivalentă cu 130000 MeV.

Dacă am avea 5000 de atomi de Radon-222, putem calcula și vedem că peste 12 zile vom avea doar 625 de atomi, restul atomilor fiind Plumb-206. Acest proces poate fi calculat și invers; dacă avem 3750 de atomi de Plumb-206, și 1250 de atomi de Radon-222, știind că acum 4 zile erau de două ori mai mulți atomi de Radon, adică 2500, iar numărul atomilor de Plumb era cu 1250 mai puțin. Deci, în urmă cu 4 zile aveam 2500 de atomi de Plumb și 2500 de atomi de Radon, iar în urmă cu alte 4 zile, aveam 5000 de atomi de Radon și niciun atom de plumb, stabilind începutul dezintegrării ca fiind acum 8 zile.

Acestă metodă este folosită și pentru a determina cât de vechi este pământul, sau pentru a afla acum cât timp au trăit dinozaurii sau alte fosile găsite în interiorul pietrelor. Știind că viața pe pământ este bazată pe Carbon, moleculele care alcătuiesc celulele noastre au în componența lor Carbon-12, un izotop stabil, însa în oase se poate găsi în cantități reduse un izotop instabil al carbonului, numit Carbon-14 (având în componența sa 6 protoni și 8 neutroni), care este radioactiv și se dezintegrează după aproximativ 6000 de ani în Nitrogen-14 (7 protoni și 7 neutroni), printr-o radiație beta, transformând un neutron într-un proton. Nitrogenul fiind un gaz, în cele mai multe cazuri este practic imposibil să folosim metoda de mai sus pentru a determina timpul de când a început procesul dezintegrării, deoarece nitrogenul se va amesteca cu aerul, însă în unele cazuri când nitrogenul rămâne „prins” în interiorul unei pietre, atunci putem determina cantitatea de Carbon-14 și cantitatea de Nitrogen-14, calculând cu aproximitate timpul de când a început transformarea atomică.