Ραδιενέργεια – Radioactivity

Ραδιενέργεια

Χαρακτηριστική ιδιότητα μερικών στοιχείων να παρουσιάζουν αυτόματη διάσπαση[GLi]των πυρήνων τους ή διάσπαση των πυρήνων τους μετά από βομβαρδισμό με σωματίδια επιταχυμένα για να εκπέμπουν σωματιδιακή και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Η περίπτωση της αυτόματης διάσπασης αναφέρεται στη φυσική ραδιενέργεια, ενώ η διάσπαση μετά από βομβαρδισμό αναφέρεται στην τεχνητή ραδιενέργεια, η οποία προέρχεται από τεχνητά παρασκευασμένα ραδιοϊσότοπα.

Πρώτος ο Γάλλος φυσικός Ανρί Μπεκερέλ, το 1896, επηρεασμένος από την ανακάλυψη των ακτίνων Χ από το Ρέντγκεν, θέλησε να ερευνήσει το γεγονός του φθορισμού ενώσεων του ουρανίου όταν φωτιστούν.

Η ένωση με την οποία εργαζόταν ο Μπεκερέλ ήταν το θειικό ουρανύλιο του καλίου και μια μέρα που δεν είχε ήλιο ακούμπησε την ένωση αυτή πάνω σε μια φωτογραφική πλάκα, μέσα σε ένα συρτάρι. Η εμφάνιση του φιλμ με την αποτύπωση μιας σκοτεινής κηλίδας πάνω του, που έμοιαζε με το περίγραμμα του κομματιού της ένωσης, έφερε στο προσκήνιο μια νέα ακτινοβολία, που φαινόταν ότι προέρχεται από το εσωτερικό της ύλης και που έμελλε να σφραγίσει το μέλλον της ανθρωπότητας.

Τα πειράματα και τις έρευνες του Μπεκερέλ συνέχισαν ο Πιέρ και η Μαρία Κιουρί, οι οποίοι, στην προσπάθειά τους να διερευνήσουν το μυστήριο της νέας ακτινοβολίας και ενώ δούλευαν με τον ορυκτό πισσουρανίτη, ανακάλυψαν ότι εκτός από ουράνιο ακόμη ένα υλικό εκπέμπει την ίδιας μορφής ακτινοβολία. Στα δύο επόμενα χρόνια την έρευνά τους και τους κόπους τους επισφράγισε η ανακάλυψη δύο ακόμη στοιχείων με τις ίδιες ιδιότητες, του ραδίου[GLi]και του πολωνίου (1898). Έτσι αποδείχτηκε ότι η νέα ακτινοβολία δεν είναι αποτέλεσμα ιδιομορφίας ενός υλικού, αλλά συνδέεται άμεσα με τους χαρακτήρες μιας ολόκληρης οικογένειας στοιχείων. Οι Κιουρί έδωσαν στη νέα ακτινοβολία το όνομα ραδιενέργεια και μαζί με τον Μπεκερέλ τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ.

Η Μαρία Κιουρί για την ανακάλυψη των ραδιενεργών στοιχείων ραδίου και πολωνίου τιμήθηκε πάλι με το βραβείο Νόμπελ και είναι η μόνη που πήρε δύο φορές τη μεγαλύτερη επιστημονική διάκριση. Η κόρη των Κιουρί, Ειρήνη, και ο άντρας της Φρ. Ζολιό συνέχισαν τις έρευνες στον τομέα της ραδιενέργειας και τιμήθηκαν επίσης με το βραβείο Νόμπελ.

Μια σειρά από επιστήμονες (Βιγιάρ, Ράδερφορντ, Ράμσεϊ, Σόντι κ.ά.) με τις έρευνές τους απέδειξαν ότι τα ραδιενεργά στοιχεία εκπέμπουν τρεις τύπους ακτινοβολιών, τις ακτινοβολίες α, β και γ, οι οποίες είναι ανεξάρτητες και δεν επηρεάζονται από εξωτερικούς παράγοντες ή χημικές αιτίες. Τα συμπεράσματα αυτά δείχνουν ότι η ραδιενέργεια είναι ιδιομορφία του εσωτερικού της ύλης και ειδικά της αστάθειας των πυρήνων, οι οποίοι παρουσιάζουν αυτόματη διάσπαση και εκπέμπουν τις χαρακτηριστικές ακτινοβολίες. Η ταυτόχρονη ύπαρξη μαγνητικού και ηλεκτρικού πεδίου στο χώρο, όπου ένα ραδιενεργό υλικό εκπέμπει ακτινοβολίες, δημιουργεί τις προϋποθέσεις για το διαχωρισμό των ακτινοβολιών και τη διερεύνηση της φύσης τους. Έτσι, η ακτινοβολία α αποτελείται από πυρήνες του στοιχείου ηλίου (), η ακτινοβολία β αποτελείται από ηλεκτρόνια των οποίων οι ταχύτητες εκτόξευσης πλησιάζουν την οριακή ταχύτητα του φωτός και η ακτινοβολία γ μοιάζει με τις ακτίνες Χ και αποτελείται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα με μικρά μήκη κύματος.

Η εκπομπή σωματιδίου α έχει ως συνέπεια τη μεταστοιχείωση, οπότε το στοιχείο που προκύπτει έχει μαζικό αριθμό 4 μονάδες μικρότερο από το αρχικό στοιχείο και ατομικό[GLi]αριθμό 2 μονάδες μικρότερο από εκείνο. Με την εκπομπή σωματιδίου β και ενός νετρίνου προκύπτει στοιχείο του οποίου ο πυρήνας είναι ισοβαρής με του αρχικού στοιχείου.

Η διάσπαση του πυρήνα του αρχικού στοιχείου αφήνει ένα θυγατρικό πυρήνα, ο οποίος συνήθως βρίσκεται σε κατάσταση διέγερσης. Έτσι, ο νέος πυρήνας για να ξαναγυρίσει στην κατάσταση χαμηλής ενέργειας, που παρουσιάζει περισσότερη ευστάθεια, εκπέμπει την ενέργεια που περισσεύει σαν φωτόνιο ακτινοβολίας γ. Δηλαδή η ακτινοβολία γ παράγεται μετά την εκπομπή των ακτινοβολιών α ή β. Η εκπομπή των ακτινοβολιών α, β και γ είναι γενικά αποτέλεσμα της αστάθειας του πυρήνα, ο οποίος ακτινοβολεί σωματίδια α από το περίσσευμα μάζας ή σωματίδια β από το περίσσευμα ηλεκτρικού φορτίου ή ακτινοβολία γ από το περίσσευμα ενέργειας.

Το φαινόμενο της ραδιενέργειας παρουσιάζουν όλα σχεδόν τα στοιχεία που βρίσκονται στον πίνακα του περιοδικού συστήματος μετά τη θέση 82, δηλαδή όσα έχουν ατομικό αριθμό πέρα από το 82. Από τα υπόλοιπα στοιχεία το κάλιο, το ρουβίδιο, το σαμάριο, το λουτέτσιο και το ρήνιο παρουσιάζουν το φαινόμενο της φυσικής ραδιενέργειας. Ιδιαίτερη σημασία έχει το κάλιο, που αποτελεί και συστατικό του ανθρώπινου σώματος.

Η ραδιενέργεια είναι φαινόμενο που παρουσιάζει μείωση με το χρόνο, υπάρχει δηλαδή μια ραδιενεργός παρακμή, η οποία οφείλεται στο ότι σε κάθε χρονική μονάδα ο ρυθμός των διασπάσεων προκαλεί μείωση των πυρήνων του αρχικού στοιχείου. Η ραδιενεργός παρακμή ακολουθεί ένα στατιστικό νόμο και οι ραδιενεργοί πυρήνες μετά από μια σειρά υποβαθμίσεων καταλήγουν σε σταθερούς πυρήνες.

Χαρακτηριστικό μέγεθος για κάθε ραδιενεργό στοιχείο είναι ο χρόνος υποδιπλασιασμού ή ημιζωή, δηλαδή η χρονική διάρκεια μέσα στην οποία διασπώνται οι μισοί από τους πυρήνες μιας ορισμένης ποσότητας του ραδιενεργού στοιχείου. [GLi] Από άποψη μαθηματικής διατύπωσης η σχέση Ν= Ν0.e-λt εκφράζει το νόμο των ραδιενεργών μετατροπών, όπου λ η σταθερά διάσπασης, Ν0 ο αριθμός των πυρήνων μετά από χρόνο t και e η βάση των φυσικών λογαρίθμων.

Τα ραδιενεργά στοιχεία μπορούν να ταξινομηθούν σε ορισμένες ακολουθίες οι οποίες ονομάζονται οικογένειες. Είναι φυσικό ότι τα μέλη κάθε οικογένειας έχουν μαζικούς αριθμούς που ανήκουν σε ένα γενικό τύπο. Οι οικογένειες αρχίζουν με ένα στοιχείο που έχει μεγάλο χρόνο ζωής και καταλήγουν σε σταθερά ισότοπα. Από τις τέσσερις οικογένειες οι τρεις περιλαμβάνουν τα φυσικά ραδιενεργά στοιχεία και η τέταρτη είναι η τεχνητή ραδιενεργός οικογένεια του ποσειδωνίου. Οι οικογένειες των φυσικών ραδιενεργών στοιχείων είναι: α) η οικογένεια του θορίου, β) η οικογένεια του ακτινίου και γ) η οικογένεια του ουρανίου, οι οποίες και καταλήγουν σε σταθερά ισότοπα του μολύβδου, ενώ η οικογένεια του ποσειδωνίου καταλήγει σε βισμούθιο.

Όλα τα ραδιενεργά υλικά μαυρίζουν τα φωτογραφικά φιλμ, προκαλούν φθορισμό, ιονίζουν τα αέρια, εκπέμπουν θερμότητα και έχουν βιολογικές επιδράσεις. Από τις ιδιότητες αυτές πολλές χρησιμοποιούνται σε τεχνικές και θεραπευτικές εφαρμογές, αλλά αρκετές έχουν βλαβερές συνέπειες για τους ζωντανούς οργανισμούς. Η πιο βασική επίδραση είναι στα γονίδια των χρωματοσωμάτων, οπότε λόγω μεταλλάξεων παρουσιάζονται μεταβολές αυτόματες και απόγονοι με ψυχοσωματικές ανωμαλίες, οι οποίες είναι κληρονομικές. Για την προστασία των εργαζομένων σε θεραπευτικές ή βιομηχανικές μονάδες καθιερώθηκαν διεθνώς μέγιστα επιτρεπτά όρια δόσης ακτινοβολίας για τα διάφορα μέρη του σώματος. Θύματα του αόρατου θανάτου που φέρουν οι ραδιενεργές ακτινοβολίες ήταν η Μαρία Κιουρί, καθώς και η κόρη της Ειρήνη με το σύζυγό της Φ. Ζολιό. Στη σύγχρονη εποχή στα κέντρα ατομικών ερευνών χρησιμοποιούνται προστατευτικές στολές και λαβίδες, ανιχνευτές που προειδοποιούν ότι η ραδιενέργεια ξεπέρασε το μέγιστο επιτρεπτό όριο και ρομπότ για το χειρισμό των επικίνδυνων υλικών. Το πρόβλημα όμως της αντιμετώπισης των κινδύνων που προέρχονται από τη ραδιενέργεια γίνεται περισσότερο δύσκολο, καθώς η ατομική ενέργεια παίρνει ρυθμιστική ενεργειακή θέση μετά την κρίση πετρελαίου που άρχισε το 1974-1975 και ανάγκασε τους επιστήμονες να αναζητήσουν άλλες πηγές ενέργειας. Τα υποπροϊόντα ή ραδιενεργά κατάλοιπα τόσο των ειρηνικών όσο και των πολεμικών εφαρμογών της ατομικής ενέργειας αποτελούν ένα οξύ πρόβλημα, γιατί πρέπει να δεσμευτούν και να απομακρυνθούν χωρίς να αποτελέσουν πηγές κινδύνου. Κύριες μέθοδοι απομάκρυνσης των ραδιενεργών αποβλήτων ή σκουπιδιών είναι η ταφή, η καταβύθιση και η σπογγώδης σταθεροποίηση. Όσο για τα ραδιενεργά κατάλοιπα, έμμεσα και άμεσα των πολεμικών εφαρμογών, αρκεί να φέρει κανείς στο μυαλό του τα αποτελέσματα της έκρηξης της ατομικής βόμβας στη Χιροσίμα.

Το 1963 οι ΗΠΑ, η τότε ΕΣΣΔ και[GLi]η Μ. Βρετανία υπέγραψαν συμφωνία, που απαγόρευε όλες τις πυρηνικές δοκιμές, εκτός από τις υπόγειες. Από το 1959, οπότε εγκαινιάστηκε το πρώτο σκάφος που κινείται με ατομική ενέργεια, ήταν ορατός και ο κίνδυνος μόλυνσης των ωκεανών του πλανήτη από ραδιενέργεια. Ο κίνδυνος από τη ραδιενέργεια έγινε πιο άμεσος με το ατύχημα στο Τσέρνομπιλ το 1986.

Γεώργιος Λυμπερόπουλος

Σχετικά με Γεώργιος Λυμπερόπουλος

Είμαι Ηλεκτρονικός όπου τα τελευταία μου τωρινά χρόνια έμαθα να χειρίζομαι τους Ηλεκτρονικούς υπολογιστές, από την κατασκευή αλλά και από τον προγραμματισμό τους θα έλεγα πολύ καλά. Ευχαριστώ που διαβάζετε την ιστοσελίδα μου!

Δείτε όλα τα άρθρα του/της Γεώργιος Λυμπερόπουλος →

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *