Τι είναι ακριβώς η Ραδιενέργεια;

Η ραδιενεργή διάσπαση είναι ένα ταξίδι του πυρήνα για την επίτευξη σταθερότητας μέσω εκπομπής εξαιρετικά ενεργητικής ακτινοβολίας και υποατομικών σωματιδίων. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ραδιενέργεια.

Η ανταπόκριση του εγκεφάλου μας στη λέξη «ραδιενέργεια» συχνά στρέφεται στον κόσμο των υπερηρώων – που αιωρούνται στην πόλη, μετατρέπονται σε ανθρώπινη βολίδα ή καταστρέφουν κακούς. Ή ίσως το μυαλό σας καλείται σε έναν πολύ σκοτεινό μετα-αποκαλυπτικό κόσμο μετά από μια πυρηνική έκρηξη. Δεν υπάρχει μέση λύση. Ωστόσο, πριν από 120 χρόνια, ο κόσμος είχε μια εντελώς διαφορετική αντίληψη για τη ραδιενέργεια. Μάλιστα θεωρήθηκε ότι ήταν μια θαυματουργή δεξαμενή υγείας και ζωτικότητας. Ραδιενεργά στοιχεία όπως το ράδιο άρχισαν να εμφανίζονται ως συστατικά σε τα πάντα, από οδοντόκρεμα και καντράν ρολογιών μέχρι νερό και βούτυρο! Λοιπόν, τι έγινε; Πώς μια τέτοια φαινομενικά υπέροχη ανακάλυψη μετατράπηκε στο τέρας κάτω από το κρεβάτι μας που τρομάζει τους ανθρώπους σε όλο τον κόσμο;

Γιατί ορισμένα στοιχεία είναι ραδιενεργά;

Φανταστείτε ότι εισπνεύσατε κατά λάθος γύρη και περιμένετε ένα φτάρνισμα. Τώρα, κρατήστε αυτό το συναίσθημα. Αυτό είναι που βιώνουν συνεχώς ορισμένα άτομα - την παρόρμηση να αποβάλουν την περίσσεια και να ανακτήσουν τη σταθερότητα.

Όλα όσα βλέπουμε γύρω μας αποτελούνται κυρίως από στοιχεία με σταθερά άτομα (που σημαίνει ότι το πλούσιο σε άνθρακα ξύλινο τραπέζι σας δεν πρόκειται να διαλυθεί σε κάτι άλλο από μόνο του). Το υποατομικό συστατικό που είναι υπεύθυνο για τη διατήρηση της σταθερότητας ενός ατόμου είναι ο πυρήνας του.

Μέσα στον πυρήνα υπάρχουν θετικά φορτισμένα πρωτόνια και ουδέτερα νετρόνια. Αυτά τα «νουκλεόνια» συγκρατούνται μεταξύ τους με μια κόλλα που ονομάζεται ισχυρή πυρηνική δύναμη. Αυτή η ισχυρή δύναμη ακυρώνει την απωστική ηλεκτροστατική δύναμη παρόμοιων φορτισμένων πρωτονίων και διατηρεί τον πυρήνα σταθερό. Η πυρηνική δύναμη έχει μικρό εύρος δράσης και εξαρτάται από την αναλογία νετρονίων και πρωτονίων μέσα σε έναν πυρήνα.

Ωστόσο, βλέπουμε ότι η ισορροπία μεταξύ των δυνάμεων αρχίζει να καταρρέει όταν ο αριθμός των νετρονίων υπερβαίνει αυτόν των πρωτονίων. Παράδειγμα:Ο άνθρακας 12 με 6 n και 6 p είναι ένα σταθερό ισότοπο, αλλά το C 14 έχει 8 n και 6 p, καθιστώντας το ασταθές ισότοπο. Ή, ίσως ένας πυρήνας υπερβαίνει τον αριθμό κατωφλίου των νετρονίων και των πρωτονίων που η ισχυρή πυρηνική δύναμη μπορεί να συγκρατήσει άνετα, όπως οποιοσδήποτε πυρήνας βαρύτερος από το Βισμούθ-209. Αυτά τα σενάρια δημιουργούν ασταθή ισότοπα στοιχείων.

Ακριβώς όπως το σώμα σας, μέσω μιας σειράς διαστολών και συστολών, διώχνει την ερεθιστική ουσία κατά τη διάρκεια ενός φτερνίσματος, τα ασταθή ισότοπα των στοιχείων εκτοξεύουν διαφορετικά σωματίδια ή μορφές ενέργειας για να αποκαταστήσουν την ισορροπία μεταξύ των δυνάμεων στον πυρήνα τους. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας επίτευξης σταθερότητας, μεταβάλλονται σε νέο πυρήνα.

Αυτή η ιδιότητα της μετατροπής σε κάτι νέο για την επίτευξη σταθερότητας είναι αυτό που ονομάζουμε ραδιενέργεια, και η διαδικασία με την οποία μετασχηματίζεται ονομάζεται ραδιενεργή διάσπαση.

Πώς ένας πυρήνας υφίσταται ραδιενεργό διάσπαση;

Ένας πυρήνας μπορεί να υποστεί πυρηνική ή ραδιενεργή διάσπαση μέσω της εκπομπής ακτινοβολίας άλφα, βήτα ή γάμμα (και μερικές φορές συνδυασμό και των τριών).

Ένα σωματίδιο άλφα είναι βασικά ένας πυρήνας ηλίου και αποτελείται από 2 πρωτόνια και 2 νετρόνια.

(Φωτογραφία:PerOX/Wikimedia Commons)

Τα σωματίδια άλφα είναι σχετικά βαριά. Μπορούν να ταξιδέψουν μόνο λίγα εκατοστά στον αέρα και μπορούν εύκολα να σταματήσουν με ένα φύλλο χαρτιού ή πλαστικού.

Ένα σωματίδιο βήτα είναι ένα ηλεκτρόνιο ή ένα ποζιτρόνιο που απελευθερώνεται από τον πυρήνα ενός πολύ βαρύ στοιχείου ως αποτέλεσμα της μετατροπής των νετρονίων σε πρωτόνια και αντίστροφα.

(Φωτογραφία:Shreya Jaiswal08/Wikimedia Commons)

Τα σωματίδια βήτα έχουν υψηλότερη ενέργεια και διεισδυτική ισχύ από τα σωματίδια άλφα, αλλά είναι λιγότερο ιοντικά στη φύση τους. Μπορούν να ταξιδέψουν στον αέρα, αλλά μπορούν να σταματήσουν από ένα λεπτό φύλλο μετάλλου ή ακόμα και προστατευτικό ρουχισμό. Τέλος, η πιο ενεργητική και θανατηφόρα μορφή ραδιενεργής διάσπασης:οι ακτίνες γάμμα. Αυτή είναι μια μορφή φωτός υψηλής ενέργειας που εκπέμπεται από έναν πυρήνα που αφήνεται σε υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση αφού έχει συμβεί μια διαδικασία διάσπασης άλφα και βήτα, αλλά πρέπει να επιστρέψει σε μια πιο σταθερή κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας.

Ένας πυρήνας μπορεί να υποστεί όλες αυτές τις διασπάσεις αυθόρμητα και να μετατραπεί σε σταθερή μορφή μέσα σε δευτερόλεπτα ή μπορεί να χρειαστούν μέρες, χρόνια ή και αιώνες. Αυτό το ποσοστό καθορίζεται από τον χρόνο ημιζωής της ραδιενεργής ουσίας, δηλαδή ο χρόνος που χρειάζεται μια ραδιενεργή ουσία για να διασπαστεί στο μισό της αρχικής της τιμής.

Η άνοδος της ραδιενέργειας και της πυρηνικής ενέργειας

Δεν μπορεί κανείς να μιλήσει για ραδιενέργεια χωρίς να αναφέρει τη Μαρία Κιουρί. Το σφραγισμένο με μόλυβδο και εξαιρετικά ραδιενεργό εργαστήριό της, τα σημειωματάρια, τα βιβλία μαγειρικής και τα έπιπλά της ήταν όλα μολυσμένα από ράδιο και θα είναι για τα επόμενα 12.000 περίπου χρόνια. Ωστόσο, αποτελούν μαρτυρία της προσφοράς της στον χώρο και ο λόγος πίσω από τα δύο της βραβεία Νόμπελ.

Η ανακάλυψη της ραδιενέργειας και των ραδιενεργών στοιχείων από τη Marie και τον Pierre Curie, μαζί με τον Henri Becquerel στις αρχές του 1900, άνοιξε την πόρτα σε ένα εντελώς νέο πεδίο της ατομικής φυσικής. Αυτό το βήμα προς τα εμπρός οδήγησε τελικά στην ανακάλυψη διαφορετικών συστατικών ατόμων και πυρηνικής ενέργειας.

Το τετράδιο εργαστηρίου της Μαρίας Κιουρί (Φωτογραφία :Wellcome Images/Wikimedia Commons)

Ραδιενεργά στοιχεία όπως το Ουράνιο-235 και το Πλουτώνιο-239 βομβαρδίζονται με νετρόνια που απελευθερώνουν τεράστια ποσότητα ενέργειας. Όταν χειρίζονται σωστά μέσα σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, αυτά τα καύσιμα μπορούν να λειτουργήσουν ως παρατεταμένες πηγές ενέργειας. Ένα κιλό ουρανίου-235 μπορεί να παράγει σχεδόν 24.000.000 kWh ενέργειας με πυρηνική σχάση, ενώ 1 κιλό άνθρακα μπορεί να παράγει μόνο 8 kWh ενέργειας. Η κατάλληλη χρήση αυτής της πηγής ενέργειας θα μπορούσε να λύσει το παγκόσμιο πρόβλημα της αύξησης των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα.

Ωστόσο, η αχίλλειος πτέρνα εδώ είναι η ασφαλής απόρριψη των χρησιμοποιημένων ραδιενεργών καυσίμων και ο ευρέως διαδεδομένος φόβος για πυρηνικά ατυχήματα.

Αυτό που συνέβη στον αντιδραστήρα του Τσερνόμπιλ πριν από δεκαετίες έχει αφήσει την ανθρωπότητα συγκλονισμένη μέχρι σήμερα. Ένα περιστατικό κατάρρευσης αντιδραστήρα και ολόκληρα στρέμματα γης κατέστησαν ακατοίκητα για γενιές, για να μην αναφέρουμε τις χιλιάδες ζωές που εκτέθηκαν στις ανεξίτηλες επιπτώσεις της δηλητηρίασης από ακτινοβολία.

Οι αρχές έχουν κατασκευάσει μια σαρκοφάγο από σκυρόδεμα γύρω από το εργοστάσιο για να αποτρέψουν τη διαρροή ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα. Επιπλέον, τα υπολείμματα του αντιδραστήρα βρίσκονται μέσα σε μια δομή περιορισμού με παχιά χαλύβδινα τοιχώματα. Τα πρωτόκολλα καθαρισμού θα συνεχιστούν μέχρι το 2065.

Ο αντιδραστήρας Fukushima Daiichi, ο οποίος επλήγη από τσουνάμι το 2011, ανάγκασε την εκκένωση χιλιάδων σε ακτίνα 20 χιλιομέτρων από το συμβάν. Οι αρχές εξακολουθούν να καθαρίζουν το περιβάλλον, καθώς και να αφαιρούν και να απορρίπτουν το φυτικό έδαφος στην πληγείσα περιοχή.

Οι επιπτώσεις της ραδιενέργειας

Οι επιβλαβείς επιδράσεις των ραδιενεργών ουσιών μπορεί να επηρεάσουν το σώμα μας έμμεσα μέσω έκθεσης σε ακτινοβολία ή απευθείας μέσω επαφής ή κατάποσης.

Έκθεση ακτινοβολίας

Ως σύνολο, η ακτινοβολία δεν είναι επικίνδυνη. Το φως που αναπηδά από μια ανακλαστική επιφάνεια, τα μικροκύματα που θερμαίνουν το φαγητό μας ή τα σήματα που λαμβάνονται από τα τηλέφωνά μας είναι όλα διαφορετικές μορφές ακτινοβολίας, αλλά υπάρχει ένα είδος ακτινοβολίας που είναι ιδιαίτερα επιβλαβές για όλες τις βιολογικές μορφές—ιονίζουσα ή πυρηνική ακτινοβολία.

Ένα ραδιενεργό υλικό, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας διάσπασής του, εκπέμπει ιονίζουσα ακτινοβολία που μπορεί εύκολα να μετατρέψει τα ουδέτερα άτομα σε θετικά φορτισμένα ιόντα καταρρίπτοντας τα ηλεκτρόνια τους. Όταν ένα ζωντανό ον εκτίθεται σε τέτοια ακτινοβολία υψηλής ενέργειας, δεν καθιστά κάποιον ραδιενεργό ή υπερτροφοδοτούμενο, αλλά τον κάνει επιρρεπή σε δηλητηρίαση από ακτινοβολία.

Η δηλητηρίαση από την ακτινοβολία από την πυρηνική ακτινοβολία μπορεί εύκολα να βλάψει τη μοριακή δομή του DNA και να βλάψει τα ζωντανά κύτταρα. Μια βαριά ή παρατεταμένη δόση μπορεί να αποδειχθεί θανατηφόρα, καθώς αυτές οι ακτίνες είναι καρκινογόνες.

Ραδιενεργή μόλυνση

Δεδομένου ότι η ραδιενεργή ουσία βρίσκεται σε άμεση επαφή με το εσωτερικό ή το εξωτερικό του σώματος, αυτή η μορφή διείσδυσης αυξάνει τον κίνδυνο κατά δύο φορές. Όχι μόνο εκθέτει το σώμα στις επιπτώσεις της δηλητηρίασης από ακτινοβολία, αλλά προκαλεί επίσης εσωτερική βλάβη επηρεάζοντας συγκεκριμένα μέρη του σώματος.

Το σώμα μας μπερδεύει το ραδιενεργό ράδιο με το ασβέστιο όταν καταπίνεται. Στη συνέχεια συνεχίζει να αντικαθιστά το ασβέστιο στο σώμα μας με ράδιο, το οποίο οδηγεί σε νέκρωση των οστών και των δοντιών. Το ουράνιο, όταν καταπίνεται, επιτίθεται κυρίως και καταστρέφει τα νεφρά.

Είναι πάντα επιβλαβής η ραδιενέργεια;

Υπάρχει ένα ρητό στην τοξικολογία ότι «η δόση κάνει το δηλητήριο». Ενώ η έκθεση σε μη ρυθμιζόμενες ποσότητες ραδιενεργού υλικού μπορεί να προκαλέσει σοβαρές γενετικές μεταλλάξεις και καρκίνο, όταν ρυθμιστεί, μπορεί επίσης να θεραπεύσει τον καρκίνο. Το ραδιενεργό ιώδιο χρησιμοποιείται στην ακτινοθεραπεία για τη θεραπεία του καρκίνου και για την απεικόνιση του θυρεοειδούς αδένα. Το ραδιενεργό τεχνήτιο χρησιμοποιείται για την ανίχνευση ελαττωμάτων της καρδιάς, των οστών και άλλων οργάνων.

Ο ραδιενεργός άνθρακας C-14 χρησιμοποιείται στη χρονολόγηση με άνθρακα, κάτι που μας βοηθά να προσδιορίσουμε την ηλικία των πραγμάτων που κάποτε ήταν ζωντανά ή αποτελούνταν από βιολογικό υλικό. Σε ορισμένες χώρες, τα φρέσκα προϊόντα ακτινοβολούνται ακόμη και πριν από τη συσκευασία για να εξοντώσουν τυχόν μικρόβια στην επιφάνεια των φρούτων και των λαχανικών. Μικρή ποσότητα Americium-241 χρησιμοποιείται σε συναγερμούς καπνού, οι οποίοι σώζουν χιλιάδες ζωές κάθε χρόνο.

Συμπέρασμα

Η ανθρωπότητα και η ραδιενέργεια συνυπάρχουν ειρηνικά εδώ και αιώνες. Ο αέρας που αναπνέουμε, οι μπανάνες στα smoothies μας και τα σημάδια εξόδου που οδηγούν όλα περιέχουν ραδιενεργά στοιχεία… αλλά σε ασφαλείς ποσότητες! Τεχνικά, είμαστε και εμείς ραδιενεργοί, καθώς το σώμα μας έχει πολύ ίχνη από τα ραδιενεργά ισότοπα του καλίου και του άνθρακα. Η ραδιενέργεια είναι παντού και η ζωή της παραμένει για πάντα υπόχρεη για τη διατήρηση του πυρήνα της Γης μας σε βρασμό και τη διασφάλιση της προστασίας μας κάτω από μια άνετη μαγνητική φυσαλίδα.

Ωστόσο, υποθετικά, εάν καταλήξετε να ταξιδεύετε σε μια άγνωστη γη και ο μετρητής Geiger στην τσάντα σας αρχίσει να κάνει ένα δυνατό θόρυβο, θα πρέπει μάλλον να ξεκινήσετε να τρέχετε!