Promieniotwórczość pierwiastków – JR

Promieniotwórczość pierwiastków

Niektóre jądra są nietrwałe. Mówi się także, że są zbyt ciężkie. Ma to swoje uzasadnienie – w tych jądrach jest duża przewaga neutronów w stosunku do protonów co czasem doprowadza do rozpadu takiego jądra na mniejsze.

Rozpadem jądra nazywamy proces, w którym powstaje jedno duże jądro i emitowane są małe cząstki (elektrony, lekkie jądra)  – np rozpad α.

Rozszczepienie jądra– w tym procesie jądro rozpada się na co najmniej dwa podobnej wielkości jądra (np. rozszczepienie uranu).

Nietrwałe jądra to zazwyczaj najcięższe izotopy danego pierwiastka (choć niektóre pierwiastki występują tylko jako izotopy promieniotwórcze, więc nie jest to ścisłą regułą).

 

Co się dzieje z nietrwałym jądrem?

Nietrwałe jądro może rozpaść się na kilka sposobów – my obserwujemy efekt w postaci promieniowania. Główne rodzaje promieniowania to:

Promieniowanie α (alfa)

jest to rozpad jądra na mniejsze z jednoczesnym emitowaniem cząstki α, którą jest po prostu jądro helu. Gdy spojrzysz na układ okresowy zauważysz, że jądro helu składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Taka właśnie drobina powstaje w czasie tego promieniowania:

Promienie α są mało przenikliwe – ze względu na duży rozmiar cząstki nie są one w stanie tak łatwo przedostać się przed materię – zatrzymuje je już arkusz papieru. Grubość warstwy zależy od intensywności promieniowania.

Promieniowanie β (beta)

Istnieją dwa rodzaje tego promieniowania – powszechnie omawiane promieniowanie β (nazywane po prostu β) oraz promieniowanie β+.

Promieniowanie β(β) – strumień elektronów – jest  emitowany z jądra. (tak, w jądrze nie ma elektronów, masz rację. Jeden neutron ulega rozpadowi i powstaje proton oraz elektron. Proton podnosi ładunek jądra, zaś elektron opuszcza atom). Przykład promieniowania beta:

Promieniowanie β+ to strumień pozytonów. Są to cząstki o rozmiarach i masie zbliżonej do elektronów (masa jest tak niewielka, że traktujemy ją jako zero) lecz o ładunku dodatnim

Oznaczamy je jak elektrony, lecz zapisujemy ładunek dodani. Przy okazji powstawania pozytonów jednocześnie tworzy się tzw. neutrino elektronowe, oznaczone symbolem Ve

Podczas tej przemiany jeden proton zamienia się na jeden neutron, jeden pozyton (antyelektron) oraz neutrino elektronowe.

Promieniowanie to nie zostanie zatrzymane przez kartkę papieru, ale zatrzymuje je warstwa metalu.

Promieniowanie γ (gamma)

Jest to fala elektromagnetyczna (ona odpowiada za „świecenie” napromieniowanych przedmiotów). To promieniowanie towarzyszy wszystkim przemianom jądrowym – obojętnie jaki rozpad jadra następuje, promieniowanie gamma i tak jest obecne.

Fale gamma są formę energii i mogą zostać pochłonięte przez ciało, przez które przechodzą. Jest to promieniowanie jonizujące (czyli może powodowac powstawanie drobin obdarzonych ładunkiem elektrycznym) oraz przenikliwym (trudno sie przed nim osłonić).

Promienie γ przenikając przez materię (wyobraź sobie dowolny przedmiot) może dostarczyć energii elektronom znajdującym się w atomach. Taki „dopalacz” może spowodować przeniesienie elektronu na powłokę o wyższej energii lub zupełnie wyrwać elektron z atomu. Dosłownie i w przenośni elektron po prostu odleci).

Jednak nie tylko elektrony mogą „oberwać” od fal γ – narażone na ich działanie są także jądra atomów. Potraktowane takim promieniowaniem jądra mogą ulec wzbudzeniu (mają większa energię niż zazwyczaj) i albo wysłać kolejną porcję promieni γ i ulec rozpadowi lub rozszczepieniu.

Wpływ promieni γ na organizmy żywe

Organizmy narażone na zbyt intensywne (lub zbyt długo) promieniowanie cierpią na tzw. chorobe popromienną. Objawia sie ona rozpadami tkanek a co za tym idzie, niszczeniem całkowicie organizmu i w konsekwencji do śmierci.

Skoro promieniowanie to jest w stanie doprowadzic jadra atomów do rozpadu, to tym samym może spowodować zniszczenie struktur białek, DNA i innych waznych cząsteczek w organizmach. Drobnoustroje sa mało odporne na wpływ promieni γ.

Krótki czas naświetlania prowadzi do uszkodzeń DNA i mogą powstać mutacje. O takim czynniku, który uszkadza kwasy nukleinowe mówimy, że jest mutagenem. Czynniki mutagenne stosowane są w czasie prac nad genetycznym udoskonalaniem bakterii, wirusów czy drożdży. Zbyt duża dawka promieniowania wywołuje tak duża liczbę uszkodzeń i mutacji, że organizm nie jest w stanie dalej funkcjonować i umiera. Śmierć bakterii to kwestia kilku minut czy sekund – dla człowieka od kilku- czy kilkunastu dni do kilku lat (w zależności i od przyjętej dawki i rodzaju uszkodzeń).

Zastosowanie promieniowania γ

Ponieważ promienie te działają niszcząco na organizmy żywe, znalazły zastosowanie jako czynnik sterylizujący m.in w medycynie (sprzęt) oraz przemyśle spożywczym. Niektóre kraje zabraniają stosowania promieniowania γ w technologii produkcji żywności.

Działanie bójcze na tkanki i komórki zostało także wykorzystane przy leczeniu nowotworów.

Przenikliwość promieni stała się cenną cechą dla medycznych (i nie tylko) urządzeń diagnostycznych oraz pomiarowych (np. precyzyjne pomiary grubości metalowych elementów w przemyśle blacharskim, głębokości pokładów ropy w złożach itp).