رادیواکتیویته چیست؟

مترجم: امین حسین پور
منبع:راسخون
فروپاشی رادیواکتیو در هسته اتمی ناپایدار رخ می‌دهد. هسته اتمی ناپایدار دارای انرژی کافی برای کنار هم نگه داشتن هسته به خاطر پروتون یا نوترون اضافی نیست. فروپاشی رادیواکتیو به سه نوع آلفا، بتا و گاما تقسیم می‌شود.

فروپاشی آلفا

ذره آلفا هسته هلیوم است که از دو پروتون و دو نوترون تشکیل یافته است. ذره آلفا از هسته اتم والد که همیشه یکی از سنگین‌ترین عناصر است با فرآیند‌های مکانیکی کوانتومی خارج می‌شود و با الکترومغناطیس بیشتر از آن دفع می‌شود زیرا، ذره آلفا و هسته هر دو دارای بار الکتریکی مثبت هستند. فرآیند اتم اصلی را تغییر می‌دهد که از آن ذره آلفا به عنصری متفاوت انتشار یافته است. عدد جرمی آن چهار و عدد اتمی آن دو مرتبه کاهش پیدا می‌کند. برای مثال، اورانیوم-238 به توریوم-234 فروپاشی خواهد شد. برخی اوقات یکی از نوکلید‌های دختر نیز رادیواکتیو خواهد بود که معمولاً توسط یکی از فرآیند‌های دیگر زیر فروپاشی می‌شود. بعد از اینکه هسته دچار فروپاشی آلفا یا بتا می‌شود، در حالت برانگیخته با انرژی اضافی رها می‌شود. چون تنها یک الکترون می‌تواند به حالت انرژی پایین‌تر حرکت کند، هسته اتمی با انتشار اشعه گاما انرژی از دست می‌دهد.

فروپاشی بتا

فروپاشی بتا خود نوع است: بتا+ و بتا-. فروپاشی بتا- با تبدیل یکی از نوترون‌های هسته به پروتون، الکترون و انتونیورینیو اتفاق می‌افتد. مواد شکافتی حاصل از واکنشگرهای هسته‌ای اغلب دچار فروپاشی بتا- می‌شوند زیرا، احتمالاً نوترون اضافی دارند. فروپاشی بتا+ فرآیندی مشابه است اما، پروتون به نوترون، پوزیترون و نوترینو تغییر پیدا می‌کند.

فروپاشی گاما

بعد از اینکه هسته دچار فروپاشی آلفا یا بتا می‌شود، در حالت برانگیخته با انرژی اضافی رها می‌شود. چون تنها یک الکترون می‌تواند به حالت انرژی پایین‌تر حرکت کند، هسته اتمی با انتشار اشعه گاما انرژی از دست می‌دهد. تشعشع گاما پرنفوذ‌ترین اشعه است و از چند سانتی‌ متر سرب عبور خواهد کرد. ذرات بتا توسط چند میلی متر آلومینیوم جذب خواهند شد در حالیکه ذرات آلفا توسط چند سانتی متر هوا یا یک ورقه کاغذ متوقف می‌شوند.  

نیمه عمر و احتمال

فروپاشی رادیواکتیو با مکانیک کوانتوم تعیین می‌شود که ذاتاً احتمالی است. پس، غیر ممکن است مشخص کنیم اتمی خاص چه موقع فروپاشی خواهد شد ولی، می‌توانیم بر اساس رفتار آماری تعداد زیادی از اتم‌ها پیش بینی انجام دهیم. نیمه عمر ایزوتوپ رادیواکتیو زمانی است که بعد از آن به طور متوسط نصف ماده اصلی فروپاشی شده خواهد بود. بعد از دو نیمه عمر، نصف آن دوباره فروپاشی خواهد شد و یک چهارم ماده اصلی باقی خواهد ماند و.... اورانیوم و پلوتونیوم رادیواکتیو ضعیفی هستند اما، نیمه عمر بسیار زیادی دارند – درباره اورانیوم-238 حدود 4 میلیارد سال! ید-131 دارای نیمه عمر 8 روز است پس، با توقف شکافت کمتر از 1% ید-131 تولید شده در رآکتور هسته‌ای بعد از حدود هشت هفته باقی خواهد ماند. رادیوایزوتوپ‌های دیگر ید حتی عمر کوتاه‌تری دارند. اگرچه برخی مواد رادیواکتیو به طور مصنوعی تولید می‌شوند ولی، تعداد زیادی از آن‌ها به طور طبیعی یافت می‌شوند و در نتیجه مقدار خاصی تشعشع در محیط ما همیشه وجود دارد – "تشعشع زمینه".

تأثیر روی سلامت انسان

تشعشع دو تأثیر اصلی کوتاه مدت و بلند مدت روی سلامت دارد. تشعش با از بین بردن سلول‌ها در بدن منجر به بروز مشکلات سلامت می‌شود و مقدار و نوع صدمات به مقدار و زمان قرار گرفتن در معرض تشعشع بستگی دارد. قرار گرفتن در معرض تشعشع احتمالاً منجر به بروز علائم مسمومیت با تشعشع مانند حالت تهوع و صدمه دیدن مغز استخوان و گره‌های لنفی می‌شود. افزایش تشعشع احتمال ابتلا به عفونت را به خاطر کاهش تعداد گلبول‌های سفید خون در بدن افزایش می‌دهد – با انجام اقدامات درمانی احتمال زنده ماندن وجود دارد اما قطعی نیست. سطح تشعشع با مربع فاصله از منبع آن کاهش پیدا می‌کند. فردی که دو برابر فاصله بیشتری از منبع خارجی دارد یک چهارم تشعشع را دریافت خواهد کرد. قرار گرفتن در معرض تشعشع زیاد در زمان کوتاه‌تر باعث افزایش صدمات می‌شود. ایزوتوپ‌های رادیواکتیو ید که تحت فروپاشی بتا قرار می‌گیرند می‌توانند منجر به بروز سرطان تیروئید شوند.