Desintegrazio erradioaktiboanukleo atomikoetan gertatzen den prozesu bat da, zeinaren bitartez energia galtzen baituteerradiazio gisa. Erradiazioaren izaeraren arabera, hiru desintegrazio mota bereiz daitezke:alfa desintegrazioa,beta desintegrazioa etagamma desintegrazioa. Alfa zein beta desintegrazioetanpartikulak igortzen dira; gamma desintegrazioan, aldiz,fotoiak. Desintegrazio mota edozein dela ere, nukleo atomiko ezegonkorrak dituen materialarimaterial erradioaktibo deritzo.
Desintegratzen denisotopo erradioaktiboariguraso esaten zaio, eta prozesuak nukleidoseme bat sortzen du gutxienez. Gamma desintegrazioetan eta egoera nuklear kitzikatuen arteko barne-transformazioetan izan ezik, desintegrazio erradioaktiboa transmutazio nuklear bat da, ondorio seme bat duena, zeinak protoi edo neutroi kopuru desberdina (edo biak) baitu.
Desintegrazio erradioaktiboa ausazko prozesua da; hau da, lagin batean dauden atomoen artean ezinezkoa da aldez aurretik jakitea zein atomo desintegratuko den.[1][2] Zientzialariei zaila izan zitzaien aurresangarritasunik eza onartzeateoria kuantikoa garatu aurretik.[1] Hala ere, lagin baten ikuspuntu makroskopikotik, posible da desintegrazio-tasaren neurri bat ematea, desintegrazio-konstantearen edoerdibizitzaren bidez. Atomo erradioaktibo desberdinen erdibizitzen arteko aldea magnitude-ordena anitzekoa izan daiteke: joktosegundo batzuetatik(hidrogeno-1, adibidez) unibertsoaren adina baino 160 trilioi aldiz handiagora arte (telurio-128 kasu).[3][4]
Lurrean erradioaktiboak diren 34 isotopo daude naturan. Isotopo horiekeguzki-sistema sortu baino lehenagokoak dira etanukleido primordial izenaz ezagunak dira.[5] Nukleido primordialak eguzki-sistema sortu zenekoizarrarteko ingurunean presente zeuden;nukleosintesiaren bidez sortu zirenizarretan, etasupernobekunibertsoan zehar barreiatu zituzten.Uranioa edotorioa dira nukleido horien adibide. Bestalde, badaude bizitza laburragoa duten 50 isotopo erradioaktibo inguru; nukleido primordialendesintegrazio-kateen produktuak dira, edota aribidekoprozesu kosmogenikoen ondorio:karbono-14, adibidez, zeinaizpi kosmikoen bidezatmosferan sortzen baita. Isotopo erradioaktiboak era artifizialean ere sor daitezke,partikula-azeleragailuetan edotaerreaktore nuklearretan, esate baterako.[6]
ErradioaktibitateaHenri Becquerel zientzialari frantziarrak aurkitu zuen 1896an. Becquerelfosforeszentzia aztertzen ari zen: materialek energia argi gisa xurgatzen eta igortzen duten fenomenoa. Material fosforeszenteek argia igortzen dute argitan denbora jakin batez egon ondoren. Becquerel-en helburua fosforeszentziakX izpiekin izan zezakeen lotura aztertzea zen, X izpiak aurreko urtean (1895) aurkitu baitzituenWilhelm Roentgen fisikari alemaniarrak eta, ordura arte, ez ziren izpi horien propietateak guztiz ezagutzen.
Becquerel-ek mineral fosforeszenteak paper beltzean bildutako argazki-xaflekin ukipenean jarri zituen. Mineralek ez zuten xaflan inolako aldaketarik eragin,uranioa erabili zuen arte: orduan, argazki-xafla belztu egin zen. Emaitza ikusita, argi zegoen uranioak nolabaiteko erradiazio ikusezina igortzen zuela, paper beltza zeharkatu eta argazki-xaflari eragiten ziona, xafla argitan egongo balitz bezala. Izpi horiei "Becquerel-en izpiak" deritze. Alabaina, izpien jatorria ezezaguna zen. Lehenik, fenomeno honek fosforeszentziarekin zerikusirik ez zuela ondorioztatu zuen Becquerel-ek, uranioa aurretik ez baitzen argiarekin kontaktuan egon. Gainera, uranioak igortzen zuena X izpiak ez zirela frogatu zuen esperimentu baten bidez. Esperimentu horretan, uranioaren igorpenaeremu magnetiko baten eraginpean desbideratu egiten zela behatu zuen, eta ordurako jakina zen X izpiei kanpo-eremu magnetikoek ez dietela eragiten.[7]
Aurkikuntza honen ondotik, Becquerel-ek beste esperimentu batzuk egin zituen erradiazioa aztertzeko xedez. Uranioak kanpo-eraginen independentea den erradiazio sarkorra igortzen duela frogatu zuen. Horrez gain, erradiazioak gorputz elektrifikatuak deskargatu ditzakeela erakutsi zuen, eta, ondorioz, aireko molekulak ioniza ditzakeela, airea eroale elektriko bilakatuz.[8]
Pierre etaMarie Curie-k erradioaktibitatearen inguruan egindako ikerketak bereziki garrantzitsuak izan dira fisikan eta kimikan, eta baita medikuntzan ere (izan ere, "erradioaktibitate" hitza aurrenekoz Marie-k erabili zuen, zenbait atomok espontaneoki igorritako igorpen sarkor eta ionizatzaileak izendatzeko). Batetik, 1898anpolonioa etaradioa lehenengo aldiz isolatzea lortu zuten; bestetik, uranioak igorritako izpien eragina aztertu zuten. Azken horrek aplikazio ugari dituminbiziaren tratamenduan etamedikuntza nuklearrean.[9]
1899an,Ernest Rutherford-ek esperimentuen bidez erakutsi zuen substantzia erradioaktiboek mota anitzetako erradiazioa igortzen dutela, etaalfa etabeta izpiak bereizi zituen. Hurrengo urtean, 1900ean alegia, Paul Villard kimikari frantziarrakgamma izpiak aurkitu zituen.[8]
1902an, Ernest Rutherford etaFederick Soddy lehenengoz ohartu ziren desintegratzen diren elementu guztiek formula matematiko berdintsua betetzen dutela, eta desintegrazio erradioaktiboaren ondorioz elementu batetik besterakotransmutazioa gertatzen dela. Transmutazioa arautzen duten zenbait lege enpiriko topatu zituzten, eta horiei jarraikiz, agerian geratu zen elementu kimiko guztiak oinarrizko partikula batzuez osaturik daudela.[10]
Desintegrazio erradioaktiboaren aurkikuntzak, beste hainbatekin batera, kolokan jarri zuen XX. mendera arte nagusi zen mekanika klasikoa, eta teoria berri baten beharra azaleratu zuen: mekanika kuantikoa. Gainera, erradioaktibitatearen ikerketek bidea ireki zieten gaur egungo fisikaren aplikazio ugariri.
Erradioaktibitatearen fenomenoa aurkitu eta gutxira igorpen erradioaktiboak hiru mota desberdinetan sailkatu ziren:
Nukleo batekoprotoien etaneutroien lotura-energia handia izan arren, nukleoa apur dezaketen prozesuak gerta daitezke. Horrelakoetan,nukleoiz osatutako sistema lotu bat igor dezake jatorrizko nukleoak. Halako sistema lotu bat sortzeko probabilitatea murriztuz doa beharrezkoak diren nukleoi kopurua handitu ahala. Horregatik, 2 protoiz eta 2 neutroiz osatutako nukleidoen igorpena beste nukleido astunagoen igorpena baino ohikoagoa da. 2 protoiz eta 2 neutroiz osatutako nukleidoari alfa partikula deritzo, eta nukleo batek alfa partikula bat igortzen duen prozesuari alfa desintegrazio deritzo. Historikoki, alfa desintegrazioarekiko ezegonkorrak ziren nukleoek igortzen zituzten partikulei alfa partikula izena eman zitzaien, Rutherford-ek 1908an helio-4 nukleo gisa identifikatu baino lehen, eta izena mantendu egin da.[11] Nukleo batek alfa partikula bat igorritakoan, bere zenbaki atomikoa 2 unitate txikitzen da, eta masa-zenbakia, aldiz, 4 unitate. Alfa desintegrazioa sorrarazten duen elkarrekintza fisikoaelkarrekintza nuklear bortitza da.
Nukleoa hautsi beharrean, nukleoaren gehiegizko protoi edo neutroi kopurua murriztu daiteke, protoi bat neutroi bihurtuz edo alderantziz. Neutroia desintegratzean, nukleoan protoi bat sortzen da etaelektroi bat eta elektroiantineutrino bat igortzen dira. Prozesu horri "beta minus" (β−) deritzo. Protoia desintegratzean, aldiz, nukleoan neutroi bat sortzen da etapositroi bat etaelektroi neutrino bat igortzen dira. Beste prozesu horri "beta plus" (β+) deritzo. Aurreko biez gain, beste beta desintegrazio bat ere badago:elektroi-harrapaketa. Elektroi-harrapaketan, atomo bateko nukleotik hurbil dagoen elektroi bat nukleoko protoi batekin batu daiteke, neutroi bat osatuz. Elektroi-harrapaketa atomo astunetan gertatzen da batez ere; izan ere, nukleo astunek erradio handiagoa etaorbitalen erradio txikiagoa izan ohi dute.
Aipatutako hiru prozesuetan,kargaren kontserbazioaren printzipioa betetzen da. Alfa desintegrazioan ez bezala, beta desintegrazioa sortzen duen elkarrekintza fisikoaelkarrekintza nuklear ahula da.
Nukleo batek nukleoiderik igorri gabe eta beta desintegraziorik jasan gabe energia txikiagoko egoera batera aldatu dezake bere burua. Hori egitean, nukleoa egoera kitzikatu batetik energia txikiagoko maila batera aldatzen da, eta maiztasun oso handiko fotoi bat igortzen du. Fotoiaren energia nukleoaren bi egoeren arteko energia-aldearen berdina da (fotoiaren igorpenak nukleoari eragindako atzerapena arbuiatuz gero). Gamma desintegrazioa, alfa edo beta desintegrazioa gertatu ondoren jazo ohi da, desintegrazio horiek egoera kitzikatuetan uzten baitituzte nukleido semeak.
Atomo erradioaktiboz osatutako lagin baten desintegrazio-gertakari kopuruaren eboluzioa erraz adieraz daiteke matematikoki. Ondoz ondoko desintegrazioen kate baten formulazioa konplexua izan badaiteke ere, kasurik sinpleena eta kualitatiboki interesgarriena aztertuko da. Demagun lagin bateko atomoa atomoan desintegratzen dela prozesuaren bitartez. Aurrera jarraitzeko, denbora-tartean desintegra daitekeen nukleo baten inguruan honako suposizio hauek onartuko dira:[2]
Badaude kasu batzuk non "2" suposizioa zuzena ez baita, baina 1-3 suposizioak zuzenak dira kasu gehienetan. Ondorioz, denbora-tarte infinitesimalean, desintegrazio-gertakari kopurua laginean dagoen atomo kopuruaren proportzionala da:
non zeinu negatiboak adierazten baitu desintegraziorik jasan ez duen atomo-kopuruak, denborak aurrera egin ahala, behera egiten duela. Isotopo erradioaktibo bakoitzak desintegrazio-abiadura propioa dauka; beraz, bakoitzak desintegrazio-konstante propioa dauka. Hortaz:
Lortutako ekuazioa lehen ordenakoekuazio diferentzial arrunta da. Horrelako ekuazio diferentzialak ebazteko, non aurkitu nahi den funtzioaren deribatua(k) eta funtzioa bera agertzen baita (baitira),esponentzial motako soluzioak saiatzen dira. Gauzak horrela, honako hau da soluzio orokorra:
non integrazio-konstantea baita. Beraz, isotopo erradioaktibo baten lagineko atomoen desintegrazioek lege esponentziala jarraitzen dute.
Sarritan, magnitudea erabiltzen da, hots, erdibizitza. Erdibizitzak, atomo erradioaktiboz osatutako lagin batean, atomoen erdiak desintegratzeko igaro behar den denbora adierazten du. Desintegrazio bakarreko prozesuetan honela kalkulatzen da erdibizitza:
non batez besteko bizidenbora definitu baita. Desintegrazioen eboluzioa jakiteak aplikazio ugari ekarri ditu, karbono-14 bidezko datazioa esate baterako. Substantzia erradioaktiboen artean alde handia dago erdibizitzari dagokionez.
Desintegrazio erradioaktiboaren abiadura edoaktibitate erradioaktiboaBq-etan neurtzen daSI sisteman. Denbora unitateko jazotzen den desintegrazio-kopurua adierazten du. Honela definitzen da:
Hortaz, desintegrazio erradioaktiboaren formula aplikatuz, hurrengoa lortzen da:
non hasierako aktibitate erradioaktiboa baita.
Erradiazio ionizatzaileak energia nahikoa daukazelula bizien atomoei eragiteko, eta, ondorioz, material genetikoa (DNA) kaltetzeko edo, muturreko kasuetan, zelula bera suntsitzeko. Horrez gain, gorputzekoelementu kimikoak ionizatu ditzake eta zelulan duten funtzioa betetzea eragotzi.[12] Oro har, zelulak gai dira kalte hau konpontzeko; kaltea iraunkorra denean edo behar bezala neutralizatzen ez denean, ordea, zelula hil edo tumoral bilakatu daiteke. Erradiazio-maila altua jasateak osasunean eragin akutua izan dezake, hala nola, erredurak azalean etaerradiazio sindrome akutua ("erradiazio-gaitza"). Erradiazio-maila baxua luzaroan jasateak ere baditu ondorioak, berehala nabaritu ez arren, epe luzean ager daitezkeenak:minbizia etaeritasun kardiobaskularrak, besteak beste.[13]
Azterketa epidemiologikoetatik abiatuta (Hiroshima eta Nagasakiko biktimak, uranio-meatzaritzan eta medikuntzako profesionalenak), minbiziaorgano jakin batean gertatzekoerradiazio esposizioaren probabilitatea kalkulatu da. Gorputz osoko erradiazio kasu batean jasandako dosi eraginkorra kalkulatzeko, irradiatutako organo bakoitzaren efektuaponderatu behar da. Faktore horiek organo bakoitzaren masaren eta irradiaziorako sentikortasunaren araberakoak dira.[14] 2007an finkatutako neurrien arabera, hauek faktore horiek:[15]
| Ehun/ organoa | wT |
| Gonadak | 0.20 |
| Hezur-muina | 0.12 |
| Kolona | 0.12 |
| Birikak | 0.12 |
| Urdaila | 0.12 |
| Maskuria | 0.05 |
| Ugatzak | 0.05 |
| Gibela | 0.05 |
| Hestegorria | 0.05 |
| Tiroidea | 0.05 |
| Hezur-azalera | 0.01 |
| Azala | 0.01 |
| Gainerakoak | 0.05 |
Gainerako organoak dira:giltzurrun gaineko guruinak,garuna, goikoheste lodia,heste meharra,giltzurrunak, muskuluak,pankrea,barea, etaumetokia dira. Horietako bakoitza erreferentziazko pertsonari esleitutako masaren arabera ponderatzen da.
Hauek dira erradiazioak giza gorputzean eragin ditzakeen gaitzetako batzuk:
Erradiologia-babesa diziplina anitzeko arlo zientifiko-teknikoa da eta gizakia eta ingurumena erradiazio ionizatzaileak dakartzan kalteetatik babestea du helburu.Erradiologia-Babeserako Nazioarteko Komisioa (ICRP) nazioarteko erakunde independentea da eta 1928an eratu zen. Gomendioak eta aholkuak ematen ditu erradazioaren aurkako babesa behar den edozein esparrutarako. Gomendiook aintzat hartzen dituzte beste erakunde batzuek eta gobernuek erradiologian bete beharreko neurriak eta arauak ezartzerakoan.[16] Aipaturiko gomendioek ondorengo hiru oinarriak jarraitzen dituzte:
Desintegrazio erradioaktiboak aplikazio ugari ditu egungo teknologian. Ondoren azalduta datoz adibiderik nabarmenenak:
Zenbait elementu astunen desintegrazioan askatutako energia gizartearentzat erabilgarria denenergia elektrikoan eraldatu daiteke. Helburu horretarako erabilitako bi isotopo ohikoenak uranio-235 etaplutonio-239 dira. Neutroi aske batek nukleo astun baten aurka talka egitean, nukleoa apur dezake, neutroi askeak eta energia handiko fotoiak igorriz. Igorritako neutroiek beste nukleo batzuen aurka talka egin dezakete, erreakzioa behin eta berriro errepikatuz eta kate-erreakzio bat sortuz. Prozesu horrifisio nuklear induzitu deritzo. Erreaktore nuklearretanneutroi-moderatzaile bat erabiltzen da, hots, neutroiak xurgatu gabe beren abiadura murrizten duen ingurunea. Horrela,neutroi lasterrakneutroi termiko bilakatzen ditu, zeintzuek probabilitate handiagoa baitute fisioa induzitzeko. Moderatzaile gisaur arina erabili ohi da, baitagrafitoa etaur astuna ere. Erreaktore nuklearretan, gainera, ezinbestekoa da erreakzioa kontrolpean izatea eta, horretarako,kontrol-barrak erabiltzen dira. Horien helburua neutroiak xurgatzea da, erreaktibotasuna kontrolatzeko. Kontrol-barrek neutroiak xurgatzeko probabilitate handia duten materialez eginda egon behar dute, hala nolazilarra,indioa,kadmioa edotaboroa. Erreaktorean gertatzen diren erreakzio nuklearrek beroa sortzen dute eta, zirkuitu itxi batetik dabilen ura lurrun bihurtuz, alternadore bat higiarazten da energia elektrikoa sortzeko.[17][18] Energia nuklearra ibilgailuak higiarazteko ere erabil daiteke, urpekari eta itsasontzi nuklearretan adibidez.[19]
Erreaktore nuklearren beharrik gabe energia nuklearra energia elektriko bihurtzeko beste modu batzuk daude.Sorgailu termoelektrikoen bitartez, desintegrazio erradioaktiboak eragindako tenperatura-aldeak erabiliz energia elektrikoa lor daiteke. Teknika horiEguzkitik urrun daudensatelite artifizialetan etaespazio-zundetan erabili ohi da.[20]
Nukleo ezengokorren desintegrazioetan askatutako partikulak eta energia minbizia tratatzeko erabil daitezke. Zelula tumoralen aurka erradiazio ionizatzaileak bideratuz, zelula tumoralak hil edo beren hazkundea murriztu daiteke. Minbizia tratatzeko teknika horrierradioterapia deritzo.[21]
Bestalde,medikuntza nuklear izeneko medikuntzaren adarrean, isotopo ezegonkorrak erabiltzen diraorganoen funtzionamendua aztertzeko.[22] Horretarako, isotopo ezegonkorramolekula bati atxikirik gorputzean sartzen da. Modu horretan, isotopo ezegonkorra gorputzean zehar edo organo jakin batean zehar garraiatu daiteke eta, isotopoaren igorpena aztertuz, gorputzeko organoen funtzionamendua iker daiteke.
Lagin organikoetan dauden isotopo ezegonkorren presentzia beren adina jakiteko balia daiteke.Karbono-14 isotopoaren bidezko datazioa horren adibide da.[23]
Izpi kosmikoek eguratseko molekulen aurka jotzean, nitrogenoaren nukleoek neutroi bat xurgatzen dute eta karbono-14 nukleo bihurtzen dira. Desintegratzean, karbono-14 nukleoek beta minus prozesua jasaten dute eta berriro ere nitrogeno bihurtzen dira. Prozesu hori etengabe gertatzen da. Eguratseko karbono-14 isotopoa fotosintesiaren bitartez landareek xurgatzen dute eta, hortik, elikadura prozesuen bitartez, animalien gorputzetan metatzen da. Bizidunak bizirik dauden bitartean, etengabe ordezten dute desintegratutako karbonoa, horrela karbono-14aren eta karbonoaren beste isotopoen arteko proportzioa konstante mantenduz. Izaki bizidun bat hiltzean, karbono-14aren ordezkapena eteten denez, isotopo ezegonkor horren kopurua etengabe murrizten da. Lagin baten karbono-14 isotopoaren kontzentrazioa neurtzen bada, bere denboraren eboluzioa ezaguna denez, laginaren adina zehaztasun handiz zenbatets daiteke. Nolanahi ere, 50.000 urtetik beherako materialak datatzeko balia daiteke soilik, karbono-14aren erdibizitza 5.730 urte ingurukoa baita.
Datuak:Q3332922