Γιατί ορισμένα στοιχεία είναι ραδιενεργά;

Όταν ένα άτομο είναι ασταθές, σημαίνει ότι δεν έχει τον σωστό αριθμό πρωτονίων και νετρονίων στον πυρήνα του. Αυτό μπορεί να συμβεί όταν το άτομο έχει πάρα πολλά ή πολύ λίγα από τα δύο. Όταν συμβεί αυτό, το άτομο απελευθερώνει ακτινοβολία σε μια προσπάθεια να γίνει σταθερό. Αυτή η ακτινοβολία μπορεί να είναι επιβλαβής για τους ανθρώπους εάν εκτεθούν σε αυτήν για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Πιθανώς να έχετε ακούσει τον όρο «ραδιενεργό» πολλές φορές στη ζωή σας, ειδικά όταν αλληλεπιδράτε με φοιτητές ή ίσως με έναν φίλο που εργάζεται στο CERN (ένα απίθανο σενάριο), κάποιον που είναι θαυμαστής της κυρίας Κιουρί ή ένα άτομο που συχνά ακούει το αμερικάνικο ροκ συγκρότημα Imagine Dragons. Θα ήταν δίκαιο να πούμε ότι η γενική αντίληψη της λέξης «ραδιενεργό» είναι ως επί το πλείστον δυσάρεστη, εκτός κι αν είστε από εκείνους τους ανθρώπους που πιστεύουν απόλυτα στα φανταστικά οφέλη του δαγκώματος από ραδιενεργό αράχνη ή της έκθεσης σε ισχυρή ακτινοβολία.

Μερικοί από τους πολλούς υπερήρωες που οφείλουν τις δυνάμεις τους στη ραδιενέργεια.

Παρά το γεγονός ότι παρουσιάζεται σταθερά στα μέσα ενημέρωσης και στη λαϊκή κουλτούρα, πολλοί άνθρωποι δεν γνωρίζουν πραγματικά τι σημαίνει η ραδιενέργεια ως φαινόμενο. Σε αυτό το άρθρο, θα δούμε τα βασικά και θα προσπαθήσουμε να καταλάβουμε τι χρειάζεται για να είναι κάτι ραδιενεργό!

Σημαντική σημείωση: Η ραδιενέργεια ως ιδέα είναι πραγματικά τεράστια. Είναι τόσο εκτεταμένο και πολύπλοκο που οι μελετητές αποφάσισαν να το βάλουν σε ένα ξεχωριστό πεδίο της Φυσικής συνολικά. Το να το εξηγήσεις στο σύνολό του σε μια μόνο ανάρτηση είναι περίπου το ίδιο με το να ανέβεις στο Έβερεστ σε μια ώρα, δηλ. αδύνατον. Λάβετε, λοιπόν, υπόψη σας ότι το παρακάτω κείμενο ασχολείται μόνο με ένα πολύ συγκεκριμένο τμήμα της έννοιας μαμούθ που είναι στην πραγματικότητα η ραδιενέργεια.

Πρώτα πρώτα…

Τι είναι η ραδιενέργεια;

Ο όρος μπορεί να ακούγεται κάπως τεχνικός και ακόμη και να προκαλεί ένα αρνητικό συναίσθημα σε μερικούς, αλλά είναι μάλλον απλό να κατανοηθεί. Είναι η διαδικασία μέσω της οποίας ο πυρήνας ενός ασταθούς ατόμου μετατρέπεται σε σταθερό, μαζί με την απελευθέρωση ενέργειας με τη μορφή ακτινοβολίας. Μερικοί άλλοι όροι, όπως η πυρηνική αποσύνθεση ή η ραδιενεργή διάσπαση, σημαίνουν επίσης το ίδιο πράγμα και επομένως χρησιμοποιούνται εναλλακτικά. Ένα υλικό λέγεται ότι είναι ραδιενεργό εάν εκπέμπει αυθόρμητα αυτό το είδος ιονίζουσας ακτινοβολίας.

Το παγκόσμιο σύμβολο για την απεικόνιση της ραδιενέργειας. (Φωτογραφία:Cary Bass / Wikimedia Commons)

Σε αντίθεση με τη δημοφιλή πεποίθηση, η παρουσία ραδιενεργών υλικών δεν περιορίζεται μόνο σε χημικά εργαστήρια υψηλής τεχνολογίας. μάλλον, η ραδιενέργεια είναι μέρος της Γης και υπάρχει από τη γέννησή της. Τα ραδιενεργά υλικά βρίσκονται φυσικά στον φλοιό της Γης, στους βράχους, στο έδαφος, στο νερό των ωκεανών κ.λπ.

Όχι μόνο αυτό, αλλά η ακτινοβολία είναι επίσης παρούσα στα κτίρια, τους τοίχους και τα δάπεδά μας. Ακόμη και το σώμα μας φιλοξενεί ορισμένα φυσικά ραδιενεργά στοιχεία. Αρκεί να πούμε ότι κανείς δεν μπορεί ΠΟΤΕ να βρίσκεται σε ένα «περιβάλλον χωρίς ραδιενέργεια».

Λίγα πράγματα για τα στοιχεία, τα άτομα και τα υποατομικά σωματίδια

Τα πάντα γύρω σας, και όλα όσα υπάρχουν στο σύμπαν, αποτελούνται από έναν συνδυασμό διαφορετικών βασικών ουσιών που οι επιστήμονες επιθυμούν να αποκαλούν «χημικά στοιχεία». Μέχρι στιγμής, υπάρχουν 118 στοιχεία γνωστά στον άνθρωπο. Τα 94 εμφανίζονται φυσικά στη Γη και τα υπόλοιπα 24 είναι συνθετικά, κατασκευασμένα από τον άνθρωπο κάποια στιγμή στην πρόσφατη ιστορία.

Ο περιοδικός πίνακας των στοιχείων (Προστασία φωτογραφίας :Sandbh / Wikipedia Commons)

Τα στοιχεία αποτελούνται από εξαιρετικά μικροσκοπικά σωματίδια γνωστά ως άτομα. Μπορεί να έχετε διαβάσει για αυτά στα μαθήματα φυσικών επιστημών γυμνασίου. Τα άτομα αποτελούνται από τρία κύρια υποατομικά σωματίδια - ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια. Από αυτά τα τρία, τα δύο τελευταία βρίσκονται μέσα στον πυρήνα του ατόμου.

Τι κάνει κάτι ραδιενεργό;

Σταθερά έναντι ασταθών ατόμων

Το αν ένα άτομο είναι ραδιενεργό ή όχι εξαρτάται αποκλειστικά από τη σταθερότητά του. Η σταθερότητα, στο πλαίσιο των ατομικών πυρήνων, αφορά την ισορροπία των εσωτερικών δυνάμεων μεταξύ των σωματιδίων. Βλέπετε, υπάρχει ένας δεδομένος αριθμός πρωτονίων και νετρονίων σε έναν πυρήνα τα οποία, υπό κανονικές συνθήκες, συνυπάρχουν χωρίς να χάνουν καμία ενέργεια. Ένα τέτοιο άτομο θεωρείται σταθερό. Με άλλα λόγια, μπορείτε να πείτε ότι ένα "σταθερό" άτομο είναι ένα άτομο που είναι ευχαριστημένο με την τρέχουσα εσωτερική του ενέργεια.

Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένα άτομα που έχουν είτε πάρα πολλά είτε πολύ λίγα νετρόνια ή πρωτόνια στους πυρήνες τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια ανισορροπία μεταξύ των δυνάμεων που τα συγκρατούν, η οποία οδηγεί σε περίσσεια εσωτερικής ενέργειας. Αυτά τα άτομα λέγεται ότι είναι ασταθή ή ραδιενεργά.

Σε μια προσπάθεια να επιτύχουν σταθερότητα, αυτά τα άτομα πετούν πρωτόνια ή νετρόνια για να μειώσουν τη μάζα τους, τα οποία μετατρέπονται σε ενέργεια (σκεφτείτε την ισοδυναμία ενέργειας-μάζας του Αϊνστάιν) και εκπέμπονται με τη μορφή ιονίζουσας ακτινοβολίας (όπως ακτινοβολία άλφα, βήτα και γάμμα). Η παρατεταμένη έκθεση σε αυτόν τον τύπο ακτινοβολίας είναι επιβλαβής.

Η γάτα έχει προφανώς εκτεθεί σε ακτινοβολία.

Ραδιενεργός διάσπαση

Μόλις ένας ραδιενεργός πυρήνας απαλλαγεί από την περίσσεια μάζας με τη μορφή ιονίζουσας ακτινοβολίας, μετασχηματίζεται σε διαφορετικό νουκλίδιο (μια σταθερή εκδοχή του πυρήνα που χαρακτηρίζεται από έναν συγκεκριμένο αριθμό πρωτονίων και νετρονίων) και επιτυγχάνει σταθερότητα. Η εκπομπή ιονίζουσας ακτινοβολίας συνεχίζεται έως ότου δεν υπάρχει πλέον ανισορροπία μεταξύ των εσωτερικών δυνάμεων του πυρήνα. Αυτή η διαδικασία αποσύνθεσης του πυρήνα για την επίτευξη σταθερότητας ονομάζεται ραδιενεργή διάσπαση .

Μια απλή αναπαράσταση της ραδιενεργής διάσπασης

Η ιονίζουσα ακτινοβολία, στην ουσία, είναι απλώς ένα «μέρος» ενός ατόμου που πετάει με υψηλές ταχύτητες. Τα μεγαλύτερα κομμάτια αυτών των κομματιών είναι σωματίδια άλφα, τα οποία μοιάζουν με μπάλες κανονιού. Είναι μεγάλα και βαριά (όσο «μεγάλα» μπορεί να είναι ένα «μέρος» ενός ατόμου) και κάνουν σημαντική ζημιά σε οποιαδήποτε επιφάνεια χτυπήσουν. Στη συνέχεια έρχονται τα σωματίδια βήτα, που μοιάζουν με σφαίρες. Είναι μικρότερα, αλλά πιο γρήγορα από τα σωματίδια άλφα, και κάνουν λιγότερη ζημιά. Η τρίτη κατηγορία είναι τα σωματίδια γάμμα, τα οποία είναι σαν λέιζερ. Δεν ζυγίζουν καθόλου και είναι το πιο δύσκολο να σταματήσουν. Θα χρειαστείτε σκυρόδεμα, μόλυβδο ή άλλη βαριά θωράκιση για να τα εμποδίσετε να διεισδύσουν σε μια επιφάνεια.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, αυτή η ανάρτηση είναι μόνο η κορυφή του παγόβουνου που είναι πραγματικά η ραδιενέργεια. Για πιο λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τη ραδιενεργή διάσπαση, την ακτινοβολία και τους κινδύνους που ενέχει, ανατρέξτε στους συνδέσμους που παρέχονται στην επόμενη ενότητα.