Dzieje

Za ojca promieniotwórczości uznaje się Henri'ego Becquerela, badacza francuskiego. W listopadzie 1986r. ogłosił on, że zaobserwował radiację, przechowywanej w ciemności, soli uranowej. Promienie, określono jako promienie uranowe. W przypadku gazów takie zjawisko wywołuje przewodnictwo elektryczne.

Bardzo duży wkład w prace nad promieniotwórczością mieli małżonkowie Curie. Zajmowali się oni własnościami uranu oraz toru, a także odkryli i badali rad i polon. Współpraca z Becquerel'em została uwieńczona otrzymaniem przez całą trójkę Nagrody Nobla z fizyki w 1903r.

Poniżej (Tabela 1) zamieszczono ważniejszych uczonych, którzy mieli wkład w badania nad promieniotwórczością.

Naukowcy

Odkrycia

Herni Becquerel

Zjawisko promieniotwórczości

Maria i Piotr Curie

Pierwiastki promieniotwórcze: rad i polon

James Chadwick

Neutron

Irena oraz Fryderyk Joliot - Curie

Zdolność pierwiastków napromieniowanych

w odpowiedni sposób do rozpadu

Ernest Rutherford

Studia nad promieniotwórczością

Niels Bohr

Studia nad promieniotwórczością

Tabela 1. Sławni naukowcy zajmujący się promieniotwórczością

Zjawisko promieniotwórczości

Polega ono na samorzutnym rozpadzie jąder atomowych, czyli przekształcaniu nuklidów nietrwałych

w nuklidy o innej strukturze, wykazujących większą trwałość.

Pierwiastki promieniotwórcze mają zdolność samoistnego rozpadania się na stabilne i mniejsze atomy innych pierwiastków, czemu towarzyszy emisja promieniowania. Wszystkie pierwiastki pochodzenia naturalnego

o licznie atomowej 84 - 92 (od polonu do uranu) są promieniotwórcze. Również niektóre izotopy lżejszych pierwiastków mają taką zdolność.

Izotopy są to odmiany tego samego pierwiastka różniące się liczbą masową, czyli liczbą neutronów. Pojęcie

to zostało użyte przez Fredericka Soddy'iego, angielskiego fizyka.

Duży wpływ na rozwój promieniotwórczości miały prace związane z budową atomu prowadzone przez Ernesta Rutherforda oraz Nielsa Bohra zostały ogłoszone w 1911r.

Przełomowe stały się również badania Alberta Einsteina, który zauważył, ze może następować konwersja masy w energię. Zmieszanie się masy określono jako defekt masy. W 1905r naukowiec ten wprowadził słynne równanie, które odtąd stało się kardynalnym, stosowanym zarówno w fizyce jak i chemii:

E= m * c2

E - energia [J]

m - masa [kg]

c - prędkość światła [m/s]

Tak więc całkowita konwersja 1g masy prowadzi do wydzielenia 9*10 14 J. W przypadku spalania 1g węgla otrzymujemy jedynie 3,06*10 3 J.

Proces przewidziany przez Einsteina ma miejsce właśnie przy przemianach promieniotwórczych.

Przemiany promieniotwórcze wiążą się z emisją promieniowania. Rodzaje promieniowania to:

Promieniowanie α

Jest to strumień cząstek α, czyli jąder helu. Zasięg tego rodzaju promieniowania jest dość mały i wynosi 2,5 - 11,5 cm. Stosunkowo duże cząstki α szybko tracą energię podczas oddziaływania z cząsteczkami powietrza czy ośrodka. Prędkość jąder helu wynosi ok. 0,2 prędkości światła.

Promieniowanie β

Jest strumieniem elektronów o mniejszej jonizacji niż promieniowanie omawiane powyżej. Charakteryzuje się zasięgiem w granicach paru metrów oraz dość dużej prędkości od 0,3 do 0,99 c (prędkości światła). Promieniowanie β przenika na głębokość 1 cm organizmów żywych.

Promieniowanie γ

Ten rodzaj promieniowania, choć słabo zjonizowanego, charakteryzuje się bardzo dużą przenikalnością zasięgiem oraz energią. Jest to strumień kwantów promieniowania, powodujący bardzo silną jonizację materii.

Może on wywołać fluorescencję niektórych związków, zredukować związki srebra czy zjonizować gazy.

Promieniowanie γ jest najniebezpieczniejsze dla żywych organizmów. Ochrona przed nim jest gruba warstwa ołowiowa, podczas gdy przed promieniowaniem α i β odpowiednio: kartka papieru oraz aluminiowa blacha.

Zastosowanie pierwiastków promieniotwórczych w postaci energii jądrowej

Pochodzi ona z rozczepienia ciężkich jąder takich jak: uran, pluton czy tor albo z syntezy pierwiastków o małej masie, np. lit, hel. Energia ta związana jest z pękaniem wiązań jądrowych.

Jedynie w węglowych reaktorach udało się kontrolować proces, natomiast w pozostałych przypadkach reakcja jądrowa jest niekontrolowana.

W 1938r. odkryto, że niektóre izotopy ulegają rozczepieniu. Bazując na tym zjawisku prowadzono badawcze projekty militarne, np. Manhattan Project, podczas II Wojny Światowej prowadzące do powstania bomby atomowej.

Po wojnie, w latach 50 i 60 podejmowano próby, w ramach inżynierii jądrowej, tworzenia żelowych kanałów na terenie Ameryki Środkowej czy odwrócenia biegu syberyjskich rzek czy powstawania sztucznych jezior.

Zagrożenia związane z radioaktywnością

  • Wpływ na organizmy żywe

Wszystkie istoty ziemskie narażone są na promieniowanie jonizujące. Zmiany, jakie powoduje takie promieniowanie zależą od: rodzaju i natężenia promieniowania, jego energii, lokalizacji źródła promieniowania, czasu ekspozycji czy rodzaju tkanki. Za dawkę wywołującą śmierć w 50% uważa się 4 silwerty. Skutkami są zaburzenia przemian zachodzących w organizmie. Bywa, że ujawniają się one w jakiś czas po napromieniowaniu dotyczy to zwłaszcza struktury DNA oraz zmian w chromosomach. Skutkiem ekspozycji na promieniowanie są: białaczka (następuje uszkodzenie szpiku kostnego), złośliwe nowotwory skóry oraz kości, zaburzenia układu pokarmowego, a także zaćma. Radiacja wywołuje liczne zaburzenia genetyczne. Te zaś objawiają się w następnych pokoleniach wrodzonymi wadami genetycznymi, często uniemożliwiającymi prawidłowe funkcjonowanie.

  • Zmiany klimatyczne, przy braku kontroli nad radiacją izotopów

Broń jądrowa

Inaczej zwana jest bronią masowego rażenia. Energia atomowa pochodzi z rozczepienia albo syntezy. Broń nuklearną transportuje się w samolotach, rakietach, w postaci min. Szkodliwe dla wszystkich organizmów są efekty działania tych środków: promieniowania cieplnego i przenikliwego, fali uderzeniowej, a także opadu promieniotwórczego.

Promieniowanie może mieć swoje źródło na zewnątrz (wtedy jest mniej niebezpieczne, ze względu na możliwość usunięcia podczas mycia) lub wewnątrz organizmu, przedostając się przez skórę, układy oddechowy czy pokarmowy. Jest to dużo niebezpieczniejsze od radiacji zewnętrznej ponieważ nawet niezbyt przenikliwe promieniowanie powoduje silną jonizację.

Szkodliwe dla człowieka jest narażenie na silne pole magnetyczne wytwarzane przez linie wysokiego napięcia. Powoduje to zaburzenia środowiska komórkowego poprzez udar cieplny wywołujący zmianę struktur białkowych. Konsekwencjami takiego stanu są upośledzenie funkcjonowania układu krwionośnego czy słuchu i wzroku. W najtrudniejszej sytuacji znajdują się operatorzy urządzeń wytwarzających pole magnetyczne. Cierpią oni bardzo często na chorobę radiofalową (mikrofalową), której objawami są: bóle głowy, nerwowość, objawy nerwicowe, pieczenie oczu i łzawienie, oczopląs, suchość skóry, wypadanie włosów, arytmia serca oraz zaburzenie błędnika.

Należy zaznaczyć, że schorzenie to ujawnia się dopiero po kilku latach, a samo promieniowanie nie jest widoczne ani dla oczu, ani nie można go zidentyfikować od razu, bo nie wywołuje natychmiastowych zmian w organizmie.

W dzisiejszych czasach większość mieszkańców Ziemi narażona jest na promieniowanie elektromagnetyczne wytwarzane sztucznie, a jego skutki są zależne od np. uprzemysłowienia, skupienia stacji nadawczych, odbiorników czy lotnisk. Gdy częstotliwość pola elektromagnetycznego przekracza wartość 50Hz, wówczas wpływa ono toksycznie na organizmy roślinne oraz zwierzęce. U istot samożywnych następuje opóźnienie wegetacji oraz zmiany anatomiczne, u cudzożywnych: nieprawidłowości funkcjonowania układu krwionośnego, nerwowego, płciowego, zaburzenia wzrostu.

Człowiek rocznie jest poddawany promieniowaniu 2,4 milisiwertów, co jest związane z naturalnymi procesami, a za dawkę maksymalną uważa się 3 milisiwerty.

Zjawisko promieniotwórczości z jednej strony jest alternatywą do uzyskania olbrzymich ilości energii, w obliczu wyczerpujących się surowców pochodzenia naturalnego, a z drugiej - tajemnicza energią, która nie została poznana do końca, zarówno pod względem działania na organizmy żywe, jak i nie nauczono się jej kontrolować.