رادیواکتیویته یک پدیده‌ی بسیار جالب در طبیعت است. تئوری الکترو مغناطیس کلاسیک نمی‌تواند این پدیده را توضیح دهد. رادیواکتیویته یک پدیده خود به خودی و تصادفی است که به موجب آن هسته عناصر شیمیایی خاصی مانند اورانیوم، اشعه‌ی گاما که فرکانس بالایی از تابش الکترومغنایس است، ذرات بتا که شامل الکترون‌ها و پرو پوزیترن‌‌ها می‌باشد، و ذرات آلفا مانند هسته هلیم را از خود ساطع می‌کنند.
با انتشار این ذرات و تابش‌ها، هسته‌ی ناپایدار به هسته پایدار تبدیل می‌گردند. این پدیده فروپاشی رادیواکتیویته نامیده می‌شود.
عنصر رادیواکتیو یک عنصر اساسی است که هسته اتمی آن پدیده رادیواکتیو را نشان می‌دهد. نام رادیواکتیو ممکن است به ذهن شما این را خطور دهد که عناصر رادیواکتیو، امواج رادیویی از خود ساطع می‌کنند، اما نام رادیوکتیو به دلیل این که این عناصر هیچ ارتباطی با امواج رادیویی ندارند، مناسب نیست. دلیل این امر این است که انرژی و فرکانس اشعه گاما که توسط عناصر رادیواکتیو ساطع می‌شود، فراتر از باند رادیویی طیف الکترومغناطیس می‌باشد.
به منظور درک رادیواکتیویته، ما نیازمند کشف ساختار هسته اتم می‌باشیم. هر هسته حاوی نوترون‌ها و همچنین پروتون‌هایی می‌باشد. نوترون‌ها نه دارای بار مثبت و نه بار منفی هستند، بلکه ذراتی خنثی یا بدون بار می‌باشند. پروتون‌ها دارای بار مثبت می‌باشند. ممکن است از کتاب فیزیک دبیرستان به یاد داشته باشید که بارهای هم‌نام همدیگر را دفع می‌کنند، در حالی‌که بارهای ناهم‌نام همدیگر را جذب می‌کنند. در هسته، پروتون‌ها و نوترون‌ها در یک فضای بسیار کوچک کنار هم قرار گرفته‌اند.
پروتون‌ها در هسته قرار دارند و دارای بار مثبت می‌باشند که همدیگر را دفع می‌کنند. بنابراین، در صورتی‌که همه‌ی پروتون‌ها همدیگر را دفع می‌کنند، پس چگونه هسته به حالت پایدار باقی می‌ماند؟ دلیل این امر وجود نیروی هسته‌ای است.
این نیرو بسیار قوی‌تر از نیروی الکترومغناطیسی است، اما محدوده‌ی این نیرو برخلاف نیروی الکترومغناطیسی که محدوده‌ی آن بی‌نهایت است، تنها محدود به اندازه هسته می‌باشد. این نیروی هسته‌ای بین پروتون‌ها و نوترون‌ها، صرفنظر از بار عمل کرده و همیشه دارای نیروی جاذبه‌ای قوی می‌باشد. با این‌حال، این نیرو دارای محدودیت‌هایی است. بنابراین، در هسته، درگیری ثابتی بین نیروی کولنی الکترومغناطیسی دافعه‌ی پروتون‌ها و نیروی هسته‌ای جاذبه قوی وجود دارد.
در هسته عنصری مانند اورانیوم که تقریباً دارای 92 پروتون است، نیروی دافعه کولنی بسیار بیشتر از نیروی هسته‌ای می‌باشد. در نتیجه، هسته بسیار ناپایدار بوده و فروپاشی رادیواکتیو رخ داده و فروپاشی اورانیوم باعث ایجاد یک عنصر پایدارتر می‌گردد. چنین هسته ناپایداری مانند اورانیوم، هنگامی‌که به آرامی به یک نوترون برخورد می کند، از طریق شکافت هسته‌ای به دو هسته دیگر تقسیم شده و مقدار قابل توجهی انرژی در این فرایند آزاد می‌گردد. این اصلی است که انرژی هسته‌ای و سلاح‌های هسته‌ای بر آن استوار می‌باشند.
عناصر رادیواکتیویته ذکر شده در زیر همگی حالات فروپاشی اورانیوم را نشان می‌دهند.
یک توضیح کامل در رابطه با رادیواکتیویته تنها در صورتی‌که درک عمیقی از فیزیک کوانتومی و فیزیک ذرات داشته باشید، به دست می‌آید.
انواع فروپاشی رادیواکتیو
این فروپاشی ممکن است در هر یک از سه روش زیر رخ دهد:* فروپاشی آلفا: هسته هلیوم ذرات آلفا از خود ساطع کرده و به هسته دیگری با عدد اتمی و وزن اتمی کمتر تبدیل می‌گردد.
* فروپاشی بتا: فروپاشی بتا می‌تواند به دو نوع باشد: یا از طریق انتشار یک الکترون یا پوزیترون. انتشار الکترون باعث افزایش عدد اتمی شده، در حالی‌که انتشار پوزیترون باعث کاهش عدد اتمی خواهد شد. در برخی موارد، فروپاشی مضاعف بتا ممکن است رخ دهد که شامل انتشار دو ذره بتا می‌باشد.
* فروپاشی گاما: این نوع فروپاشی باعث تغییراتی در سطح انرژی هسته می‌گردد.
* گرفتن الکترون: یکی از نادرترین حالات فروپاشی، گرفتن الکترون می‌باشد. در این پدیده، یک الکترون توسط هسته غنی از پروتون گرفته و یا جذب می‌گردد. این امر منجر به تبدیل یک پروتون به یک نوترون در هسته همراه با انتشار ذره کوچک الکترون می‌گردد. این امر باعث کاهش عدد اتمی شده، در حالی‌که جرم اتمی بدون تغییر باقی می‌ماند.
عنصر رادیواکتیو ممکن است دارای بیش از یک حالت فروپاشی باشد.
ایزوتوپ‌های رادیواکتیو
هنگامی‌که دو هسته دارای عدد اتمی مشابه اما وزن اتمی یا عدد جرمی متفاوتی باشند، ایزوتوپ نامیده می‌شوند. ایزوتوپ‌ها دارای خواص شیمیایی مشابه اما خواص فیزیکی متفاوتی می‌باشند. برای مثال، کربن دارای و دو ایزوتوپ به نام‌های 6C14 و 6C12 می‌باشد. هر دوی این ایزوتوپ‌ها دارای عدد اتمی مشابه، اما تعداد نوترون‌های متفاوتی می‌باشند. رادیواکتیویته یک پدیده خود به خودی و تصادفی است یکی از آنها با دو نوترون اضافی رادیو اکتیو بوده و تحت فروپاشی رادیواکتیو قرار می‌گیرد. ایزوتوپ رادیو اکتیو کربن به منظور توسعه ابزار تعیین سن کربن، که باعث تاریخ نگاری و تعیین قدمت بسیاری از اشیاء باستانی می‌گردد، مورد استفاده قرار می‌گیرد.نیمه عمر عناصر رادیواکتیو
نیمه عمر مقدار زمان مورد نیاز برای تعیین عمر عناصر رادیواکتیو تا زمان فروپاشی می‌باشد. برای مثال، C14 دارای نیمه عمر 5730 سال می‌باشد. به همین دلیل است که در صورتی‌که 1 گرم C14 را در اختیار داشته باشید، پس نیمه عمر آن تا زمان فروپاشی نیم گرم از آن 5730 سال خواهد بود. در فهرست ارائه شده در زیر، نیمه عمر عناصر رادیواکتیو ذکر شده است.فهرست عناصر رادیواکتیو
در این‌جا فهرستی دقیق و جامع از عناصر رادیواکتیو طبیعی همراه با عدد اتمی و عدد جرمی، حالات فروپاشی و نیمه عمر آنها ارائه شده است. در این‌جا، فروپاشی بتای (-β) نشان دهنده انتشار الکترون بوده، در حالی‌که فروپاشی بتای (+β) نشان دهنده انتشار پوزیترن می‌باشد.| عنصر رادیواکتیو | عدد اتمی | عدد جرمی | نوع فروپاشی | نیمه عمر |
| هیدروژن | 1 | 3 | فروپاشی بتا (β-) | 32/12 سال |
| بریلیوم | 4 | 7 | گرفتن الکترون، فروپاشی گاما | 12/53 روز |
| بریلیوم | 4 | 8 | آلفا | 17- 10 × 7 ثانیه |
| بریلیوم | 4 | 10 | فروپاشی بتا (β-) | 1360000 سال |
| کربن | 6 | 14 | فروپاشی بتا (β-) | 5730 سال |
| کلسیم | 20 | 41 | گرفتن الکترون | 103000 سال |
| کلسیم | 20 | 46 | فروپاشی دوگانه بتا (β-β-) | 1015 × 8/2 سال |
| کلسیم | 20 | 48 | فروپاشی دو گانه بتا (β-β-) | 1019 × 4 |
| آهن | 26 | 54 | گرفتن الکترون مضاعف | 1022 × 1/3 سال |
| آهن سنتزی | 26 | 55 | گرفتن الکترون | 73/2 سال |
| آهن سنتزی | 26 | 59 | فروپاشی بتا (β-) | 503/44 روز |
| آهن سنتزی | 26 | 60 | فروپاشی بتا (β-) | 2600000 سال |
| کبالت سنتزی | 27 | 56 | گرفتن الکترون | 27/77 روز |
| کبالت سنتزی | 27 | 57 | گرفتن الکترون | 79/271 روز |
| کبالت سنتزی | 27 | 58 | گرفتن الکترون | 86/70 روز |
| کبالت سنتزی | 27 | 60 | فروپاشی بتا (β-)، گاما مضاعف | 2714/5 سال |
| نیکل | 28 | 59 | گرفتن الکترون | 76000 سال |
| نیکل سنتزی | 28 | 63 | فروپاشی بتا (β-) | 1/100 سال |
| روی سنتزی | 30 | 65 | گرفتن الکترون، گاما | 8/243 روز |
| روی سنتزی | 30 | 72 | فروپاشی بتا (β-) | 5/46 ساعت |
| سلنیوم | 34 | 79 | فروپاشی بتا (β-) | 105 × 27/3 سال |
| سلنیوم | 34 | 82 | فروپاشی بتا مضاعف (β- β-) | 1020 × 08/1 سال |
| کریپتون | 36 | 85 | فروپاشی بتا (β-) | 756/10 سال |
| روبیدیم | 37 | 87 | فروپاشی بتا (β-) | 1010 × 88/4 سال |
| استرونتیوم، | 38 | 89 | گرفتن الکترون، فروپاشی بتا (β-) | 52/50 روز |
| استرونتیوم، | 38 | 90 | فروپاشی بتا (β-) | 9/28 سال |
| ایتریم | 39 | 90 | فروپاشی بتا (β-)، گاما | 67/2 روز |
| ایتریم | 39 | 91 | فروپاشی بتا (β-)، گاما | 5/58 روز |
| زیرکونیم | 40 | 93 | فروپاشی بتا (β-) | 106 × 53/1 سال |
| زیرکونیم | 40 | 94 | فروپاشی بتا مضاعف (β-) | 1017 × 1/1 سال |
| زیرکونیم | 40 | 96 | فروپاشی بتا مضاعف (β-) | 1019 × 2 سال |
| نیوبیم | 41 | 93 | فروپاشی بتا (β-)، گاما | 13/16 سال |
| نیوبیم | 41 | 95 | فروپاشی بتا (β-)، گاما | 991/34 روز |
| مولیبدن | 42 | 93 | گرفتن الکترون | 103 × 4 سال |
| تکنتیوم | 43 | 99 | فروپاشی بتا (β-) | 105 × 111/2 سال |
| روتنیم | 44 | 103 | فروپاشی بتا (β-)، گاما | 26/39 روز |
| روتنیم | 44 | 106 | فروپاشی بتا (β-) | 59/373 روز |
| پالادیم | 46 | 107 | فروپاشی بتا (β-)، گاما | 5/6 میلیون سال |
| نقره | 47 | 111 | فروپاشی بتا (β-)، گاما | 45/7 روز |
| قلع | 50 | 126 | فروپاشی بتا (β-) | 105 × 3/2 سال |
| انتیمون | 51 | 125 | فروپاشی بتا (β-) | 7582/2 سال |
| تلوریم | 52 | 127 | فروپاشی بتا (β-)، گاما | 35/9 ساعت |
| تلوریم | 52 | 129 | فروپاشی بتا (β-) | 6/69 دقیقه |
| ید | 53 | 123 | گرفتن الکترون، گاما | 13 ساعت |
| ید | 53 | 129 | فروپاشی بتا (β-) | 7/15 میلیون سال |
| ید | 53 | 131 | گرفتن الکترون، گاما | 02070/8 روز |
| زنون | 54 | 125 | فروپاشی بتا (β-) | 9/16 ساعت |
| زنون | 54 | 127 | فروپاشی بتا (β-)، گاما | 345/36 روز |
| زنون | 54 | 133 | فروپاشی بتا (β-) | 247/5 روز |
| سزیم | 55 | 134 | گرفتن الکترون، فروپاشی بتا (β-) | 0648/2 سال |
| سزیم | 55 | 135 | فروپاشی بتا (β-) | 3/2 میلیون سال |
| سزیم | 55 | 137 | فروپاشی بتا (β-)، گاما | 17/30 سال |
| سزیم | 58 | 144 | فروپاشی بتا (β-) | 258 روز |
| پرومتیم | 61 | 147 | فروپاشی بتا (β-)، گاما | 6234/2 سال |
| اروپیم | 63 | 154 | فروپاشی بتا (β-)، فروپاشی بتا (β+), گاما |
16 سال |
| اروپیم | 63 | 155 | فروپاشی بتا | 2 سال |
| ایریدیم سنتزی | 77 | 188 | گرفتن الکترون | 73/1 روز |
| ایریدیم سنتزی | 77 | 189 | گرفتن الکترون | 2/13 روز |
| ایریدیم سنتزی | 77 | 190 | گرفتن الکترون | 8/11 روز |
| ایریدیم سنتزی | 77 | 192 | فروپاشی بتا (β-) ، گرفتن الکترون | 827/73 روز |
| ایریدیم سنتزی | 77 | 192 | فروپاشی بتا (β-) | 241 سال |
| ایریدیم سنتزی | 77 | 193 | فروپاشی بتا (β-) | 5/10 روز |
| ایریدیم سنتزی | 77 | 194 | فروپاشی بتا (β-) | 3/19 ساعت |
| ایریدیم سنتزی | 77 | 194 | فروپاشی بتا (β-) | 171 روز |
| سرب | 82 | 210 | فروپاشی بتا (β-)، آلفا | 21 سال |
| بیسموت | 83 | 210 | آلفا | 3 میلیون سال |
| پولونیم | 84 | 210 | فروپاشی بتا (β-) | 138 روز |
| رادون | 86 | 220 | آلفا، فروپاشی بتا (β+) | 1 دقیقه |
| رادون | 86 | 222 | آلفا | 4 روز |
| رادیوم | 88 | 224 | آلفا | 4 روز |
| رادیوم | 88 | 225 | فروپاشی بتا (β-) | 15 روز |
| رادیوم | 88 | 226 | آلفا | 622/1 سال |
| توریم | 90 | 228 | آلفا | 2 سال |
| توریم | 90 | 229 | آلفا | 340/7 سال |
| توریم | 90 | 230 | آلفا | 80000 سال |
| توریم | 90 | 232 | آلفا | 14 سال |
| توریم | 90 | 234 | فروپاشی بتا (β-) | 24 روز |
| پروتاکتینیم | 91 | 234 | فروپاشی بتا (β-) | 75/6 ساعت |
| اورانیوم | 92 | 233 | آلفا | 200/159 سال |
| اورانیوم | 92 | 234 | آلفا | 245500 سال |
| اورانیوم | 92 | 235 | آلفا | 108 × 038/7 سال |
| اورانیوم | 92 | 236 | 107 × 342/2 سال | |
| اورانیوم | 92 | 238 | آلفا | 468/4 میلیارد سال |
| نپتونیم سنتزی | 93 | 237 | آلفا | 144/2 میلیون سال |
| پلوتونیوم | 94 | 238 | آلفا | 74/87 سال |
| پلوتونیوم | 94 | 239 | آلفا | 104 × 41/2 سال |
| پلوتونیوم | 94 | 240 | آلفا | 103 × 5/6 سال |
| پلوتونیوم | 94 | 241 | فروپاشی بتا (β-) | 14 سال |
| پلوتونیوم | 94 | 242 | آلفا | 105 × 73/3 سال |
| پلوتونیوم | 94 | 244 | آلفا | 107 × 08/8 سال |
| امریکیم | 95 | 241 | آلفا | 2/432 سال |
| امریکیم | 95 | 242 | آلفا، گاما | 141 سال |
| امریکیم | 95 | 243 | آلفا | 370/7 سال |
| کوریم | 96 | 242 | آلفا | 160 روز |
| کوریم | 96 | 243 | آلفا | 1/29 سال |
| کوریم | 96 | 244 | آلفا | 1/18 سال |
| کوریم | 96 | 247 | آلفا | 6/15 میلیون سال |
این ایروتوپ‌های رادیواکتیو امروزه دارای کاربردهای فراوانی در محدوده پزشکی تا انرژی اتمی می‌باشند. از آن‌جا که عناصر رادیواکتیو مضر هستند، بنابراین سوزاندن زباله‌های رادیواکتیو و یا دفع آنها کاری دشوار می‌باشد. هر پیشرفتی در علم و فناوری مشکلاتی را به همراه دارد. این ما هستیم که تصمیم می‌گیریم چگونه از قدرت فناوری که در دست داریم، استفاده کنیم.
منبع: Omkar Phatak - ScienceStruck
