Az alfa-sugárzás hélium atommagokból áll, és akár egy vékony papír is elnyeli őket. A béta-sugárzás elektronsugárzás, és egyalumíniumlemez nyeli el őket. A gamma-sugárzás elnyelésére a leghatékonyabb anyag az ólom, mely megfelelő vastagság esetén teljesen elnyeli a sugárzást.Becquerel fényképlemeze
A radioaktivitást1896-ban afoszforeszkáló anyagokkal kísérletezőHenri Becquerel francia tudós fedezte fel, amiért1903-ban megkapta afizikai Nobel-díjat. Úgy gondolta, hogy akatódsugárcső fénye valamilyen módon összefügg a foszforeszcenciával. Különféle foszforeszkáló anyagokat burkolt fekete papírba egy fényképlemezzel együtt, és a fényképlemez feketedését vizsgálta. Nem észlelt feketedést amíguránsókkal nem próbálkozott. Miután a nem foszforeszkáló uránsókkal próbálkozott, kiderült, hogy a jelenségnek semmi köze sincs a foszforeszcenciához. Kimutatta, hogy a sugárzás intenzitása arányos az urán koncentrációjával, így arra következtetett, hogy ez a sugárzás az uránatom tulajdonsága.Pierre ésMarie Curie új, sugárzó elemek után kutatva fedezték fel, hogy atórium is sugároz. Az uránércből kivontak még két erősebben sugárzó elemet, apolóniumot és arádiumot. A Curie házaspár nehéz és fárasztó munkájának szemléltetéséül: nyolc tonna uránércből 0,1 gramm rádium nyerhető ki.A Curie házaspár ésErnest Rutherford kísérletei a radioaktív sugárzásnak két összetevőjét mutatta ki: a nagyon rövid hatótávolságú (levegőben kevesebb, mint 1 cm)alfa-sugárzás, és abéta-sugárzás (néhányszor tíz cm levegőben).1900-ban fedezte fel Paul Ulrich Villard agamma-sugárzást, amit 10 cmólom sem bír elnyelni. Később bebizonyították, hogy a gamma-sugárzás valójában nagyenergiájúelektromágneses sugárzás.
Béta-bomlás során az atommagbanneutronból leszproton,elektron kibocsátása közben. Így a béta-sugárzás valójában elektronsugárzás. Közepesen ionizáló hatású, hatótávolsága levegőben pár tíz cm.
Gamma-bomlás során energia távozik nagy energiájúfotonként. Az előbbiek kísérőjelensége szokott lenni. Hatótávolsága légüres térben gyakorlatilag végtelen, a nagy tömegszámú elemek (általában ólom) hatékonyan gyengítik.
Az alábbi táblázat rendszerezi a három fontosabb és több további bomlásfajtát nagyjából csökkenő előfordulási valószínűség szerint rendezve.A az atom tömegszámát (protonok és neutronok együttes száma),Z pedig a rendszámot (protonok száma) jelöli.
Egy adott radioaktív forrás aktivitása megmondja, hogy hány bomlás történik másodpercenként. Mértékegysége a Bq (Henri Becquerel tiszteletére), 1 Bq másodpercenként egy bomlásnak felel meg. Régebbi mértékegység a Ci (Curie), 1 Ci egygrammrádium aktivitásának felel meg (3,7·1010 Bq). A radioaktív bomlás teljesen véletlen jelenség, egy adottatommagról nem lehet megállapítani, hogy mikor fog elbomlani, viszont az elbomlásának időbeni valószínűsége állandó. Egy forrásban a bomlások száma tehát arányos a radioaktív magok számával, amit a következőképp írhatunk föl:
Ezt integrálva kapjuk a bomlási törvényt:
Látható, hogy a radioaktív magok száma exponenciálisan csökken. Aλ a bomlásállandó: megadja, hogy mekkora valószínűséggel bomlik el egy atommag egy másodperc alatt. Többet használják viszont aT1/2felezési időt: ez megadja, hogy mennyi idő alatt bomlik el az összes radioaktív mag fele. A bomlásállandóból a következőképp lehet kifejezni:
Ha ismerjük egy izotóp felezési idejét, akkor egy adott forrásA aktivitása könnyen meghatározható:
Ez a szakasz egyelőre üres vagyerősen hiányos. Segíts te is a kibővítésében!
A radioaktív anyagok jele.
A fizikai hatást az ionizáció váltja ki, ami az elektronokra hat. Az elektronszerkezet megváltozása kémiai hatásként megváltoztatja a molekulákat, amelyek megváltozva a vegyületekben másképpen hatnak a sejtekre. Ez a biológiai változás hat a szövetekre, a belőlük felépülő szervekre, így az emberre is.
A sugárzási energia egyik hatása aDNS lánchasadása.[2] Két változata van: a közvetlen és a közvetett. A közvetlen: a radioaktív részecske a DNS valamelyik atomjával ütközik, megváltoztatva az ezt tartalmazónukleobázis kémiai szerkezetét, ami miatt a DNS hosszú lánca megszakad, illetve a gén szerkezete torzul. A közvetett: az eltalált atom ionizációja szabad gyököket hoz létre a sejtmagban, és ezek kémiai reakcióval változtatják meg a nukleobázist, roncsolva a DNS-t. (Az összes radioaktív sugárzás okozta DNS károsodás háromnegyede ilyen típusú.) Ha a sejt nem pusztul el, akkor a keletkezett hibát helyrehozhatja javító enzimekkel. Ha ez sikertelen, akkor az okozottmutáció vagy életképtelen és így elpusztuló, vagy megváltozott örökítő anyagú utódsejteket eredményez.
Egy-két sejt pusztulása nem okoz észlelhető kárt, de ha sok sejt pusztul el egyszerre, akkor az már károsan hat az adott szövet működésére, adott esetben teljesen leáll és/vagy elhalhat. Ilyen hatáshoz csak nagy dózis vezethet, amit determinisztikus hatásnak nevezünk. Következménye lehet a különböző fontos biológiai hatóanyagok pl. enzimek, vitaminok aktivitásának a csökkenése, vagy inaktiválódása, súlyosabb esetben különböző káros, esetleg halálos mutációk.
Néhány DNS-károsodás nem érint kódoló szakaszt, vagy csak inaktív marad további sugárzásig. A károsodás ilyenkor csak az utódokban jelenik meg.
Hogy a sugárzás biológiai hatásait objektíven felmérhessük, megfelelő fizikai mennyiségeket kell definiálni. Így vezették be adózist, ami a sugárzásból 1 kganyag által elnyeltenergia mennyisége. Mértékegysége agray (1 Gy = 1 J/kg). A régi, már hatályon kívül helyezett mértékegység a rad (1 rad = 0,01 Gy).
Kísérletileg igazolt tény, hogy a radioaktív sugárzás hatása élő szervezetekre nagymértékben függ a fajtájától és az energiájától. Adott energiájúalfa-részecske több kárt okoz, mint egy ugyanakkora energiájúelektron, vagy egyfoton. A különbség a lineáris energiaveszteség (dE/dx) különbözőségében rejlik. Például egy alfa-részecske az energiáját fémben 1 mikrométer alatt adja le, míg ehhez egy gamma-fotonnak akár több centiméterre is szüksége lehet. Emiatt minden fajta sugárzáshoz egykoefficienst rendelünk – a biológiai hatásosságot (RBE – Relative Biological Effectivity). A dózis és a biológiai hatásosság szorzata az ekvivalens dózis, aminek a mértékegysége asievert (Sv).
A radioaktív sugárzás hatása azonban az érintett szerv típusától is függ. Minden szervhez egy koefficiens tartozik, ami nem függ a sugárzás fajtájától és energiájától. Így az effektív dózis egy adott szervre egyenlő az ekvivalens dózis és a szerv koefficiensének szorzatával.
Egy embert Magyarországon átlagosan évi 3,1 (más forrás szerint 2) mSv természetes eredetű dózis ér, ami a levegőben lévőradonból és akozmikus sugárzásból ered. Ehhez adódnak például aröntgenvizsgálatok hatásai. A nem természetes forrásból származó sugárzás megengedett lakossági effektív dózisa az érzékeny belső szervekre 1 mSv/év, de a végtagoknál és a bőrfelületet kívülrő érő sugárzásnál ez a határ 50 mSv/évre emelhető. Sugárzó anyagokkal dolgozóknál a hosszútávú megengedett dózishatár 20 mSv/év, rövidebb távon 50 mSv/év, végtagoknál és bőrnél 500 mSv/év.[3]
A radioaktív bomlás során egy kémiai elemből (anyaelemből) egy új elem (leányelem) jön létre. Előfordulhat, hogy ez utóbbi is radioaktív, így újabb bomlás történik. Ez a folyamat addig tart, amíg egy stabil elemhez nem érünk. Ezt nevezik bomlási sornak. A radioaktív bomlás során atömegszám vagy néggyel csökken (azalfa-bomlás esetében), vagy nem változik (abéta-bomlás ésgamma-bomlás esetében). Ezért négy bomlási sor létezik attól függően, hogy a tömegszám négyes osztású maradéka 0, 1, 2 vagy 3. Ebből a négy bomlási sorból csak az a 3 maradt meg, amelyeknél a leghosszabb felezési idejű izotóp felezési ideje nagyságrendileg összemérhető aFöld életkorával (U-238, U-235 és aTh-232). A negyedik (neptúnium) anyaelemének bomlási ideje kétmillió év, így ez ma már csak mesterséges eredetből található meg a Földön.
Élőlények maradványainak a korát a bennük található radioaktív14C izotóp (afelezési ideje 5700év) koncentrációjából lehet meghatározni. A magas légkörben folyamatosan keletkező14C izotóp (radiokarbon) beépül az élő szervezetbe. Az élőlény elpusztulása után az anyagcsere megszűnik, és a14C/12C izotóparány csökkenni kezd, mivel a kémiai tulajdonságokat meghatározórendszám azonos, ezért az arány csupán a bomlás miatt változik meg. A maradványból kinyert szén megváltozott izotópösszetételéből következtetni lehet a maradvány korára. Ez a módszer kb. 40-50 ezer évig használható durván 10%-os pontossággal (ezen idő elteltével a14C szinte teljesen eltűnik a maradványból).
Megjegyzés: bizonyos korrekciókkal aradiometrikus kormeghatározás pontossága nagymértékben növelhető, de ennek feltételei nem mindig teljesülnek. A radiokarbonos módszerhez pl. kiváló kalibrációs lehetőséget adnak a fák évgyűrűinek elemzései.
Másradionuklidokkal más korszakokat lehet vizsgálni (például: a235U/238U arányból is meg lehet állapítani aFöld korát).
Borok és egyes elzárt vízrétegek korát a bennük lévőtrícium arányából határozzák meg.
A radioaktív nyomkövetés vagy nyomjelzés, amelyetHevesy György dolgozott ki, a következőn alapszik: a rendszerben levő bizonyoselem egy részét ugyanazon elem radioaktívizotópjára cseréljük. Ettől kezdve különböző detektorokkal lehet követni az elem mozgását a rendszerben. Ily módon apajzsmirigy működését, (a pajzsmirigybe radioaktívjódot viszünk), az erek átjárhatóságát, a növények tápanyagcseréjét (radioaktívfoszforral) lehet vizsgálni.
Az izotópos füstjelző berendezések működésének elve, hogy a kis áthatoló képességűalfa-részecske a levegőben lebegő szilárd részecskéken (magyarul füst) nagy mértékben elnyelődik, így az átfolyó áram hirtelen lecsökken.
Megjegyzés: Azalfa-részecske kétszeresen pozitív, de nem sugárzó izotóp. Az aktív izotóp bocsátja ki az alfa részecskét, így az izotóp felezési idejétől függően, hosszú ideig egy állandó átfolyó áramot tart fenn. Ezt a tulajdonságát használják ki apacemakerekben, hiszen így a beteget nem kell maximum 5-10 évente egy nyílt mellkas műtétnek kitenni, amit egy normál elem cseréje okozna.
A radioaktív anyagok tárolását és szállítását szigorú szabályok és paraméterek határozzák meg, különleges kialakítású tárolólétesítmények és szállítóeszközök használhatók kizárólag erre a célra, melyek árnyékolják a káros sugárzást. Ettől függetlenül ritkán, de volt példa radioaktív izotópkapszulák elhagyására, melyeket civilek megtalálva hazavittek, maguk és mások halálát okozva, ezért az ilyen kapszulákra a radioaktivitásra figyelmeztető jelzéseken kívül aDrop & Run felíratot is ráírják, ami annyit tesz:Tedd le és fuss! Halálos kimenetelű „hazavitelre” 1962-benMexikóvárosban és 1984-benMarokkóban is volt példa, 2023 elején pedig egyausztrálbányavállalat hagyott el szállítás közben egy ilyen, mindössze 6×8 mm-es kapszulát a sivatagban az út mellett, amit később meg is találtak, személyi sérülés nélkül.[4][5]
