Radioaktiivne lagunemine

Radioaktiivsus on aatomi tuuma võime iseenesest muunduda teise aatomi tuumaks. Tegu pole keemilise reaktsiooniga, kus üks aine muundub teiseks (näiteks roostetamisel muutub raud mitmesugusteks rauaoksiidideks), sest radioaktiivsel lagunemisel ei muutu aatomitevahelised sidemed, vaid aatomite tuumad ise.

Radioaktiivsete ainete tähistamiseks ei piisa enam keemilise elemendi sümbolist, sest ühe tähise taga varjab end mitu isotoopi, millel on ka erinevad füüsikalised omadused.

Radioaktiivne lagunemine toimub iseeneslikult ning sellel ei pea olema välist põhjust. Kuna protsess toimub juhuslikult, siis pole võimalik ennustada, milline aatom järgmisena laguneb ja kõik radioaktiivsust kirjeldavad valemid kehtivad vaid statistiliselt, suure aatomite arvu korral.

Radioaktiivse lagunemise seadus:

$N(t)=N_{0}e^{-\lambda t}$

selles valemis N on radioaktiivsete tuumade arv ajahetkel t, N0 on algne rdioaktiivsete tuumade arv, λ on radioaktiivse lagunemise konstant ning t on aeg, mille jooksul radioaktiivsete tuumade lagunemist vaadeldakse.

Radioaktiivse lagunemise kiirust iseloomustatakse poolestusajaga. Poolestusaja jooksul väheneb radioaktiivsete tuumade arv kaks korda. Kui radioaktiivsete tuumade arv väheneb poolestusaja τ jooksul kaks korda, siis järgmise poolestusaja jooksul väheneb radioaktiivsete tuumade arv veel kaks korda. Radioaktiivsete tuumade arv on siis kokku vähenenud neli korda. Kui on möödunud aeg 3τ, siis on radioaktiivseid tuumi 8 korda vähem kui alguses jne. Lagunemisel radioaktiivsete tuumade arv küll väheneb, kuid ei muutu lõpliku aja jooksul nulliks. Seega ei saa radioaktiivsus ära kaduda ja radioaktiivselt saastunud materjalid jäävad alati radioaktiivseteks. Kiirgus võib küll väheneda allapoole ohtlikku piiri, kuid ei muutu kunagi olematuks ja seetõttu on kiirgus meid ümbritsevas keskkonnas alati olemas.  Lühimad poolestusajad on alla nanosekundite ja pikimad miljardites aastates.

Radioaktiivselt lagunenud tuumade arvu ja lagunemata tuumade arvu sõltuvus ajast

α-, β ja γ-lagunemine

Alfakiirguse põhjustab α-lagunemine: see on radioaktiivse lagunemise liik, mille korral eraldub α-osake ehk heeliumi tuum suuremast  ebastabiilsest  tuumast.  Alfa-osake  on  suhteliselt  massiivne  osake,  kuid  tema  levikaugus  õhus  on  väike  (1-2  cm)  ja  paber  või  nahk  neelab  selle  täielikult.  Alfakiirgus  võib  siiski  olla  ohtlik,  kui ta satub kehasse sissehingamise või neelamise käigus, sest lähikoed nagu kops või kõhu sisekoed võivad saada suure kiirgusdoosi. Radioaktiivsel lagunemisel peavad olema täidetud kaks jäävusseadust: elektrilaengu jäävuse seadus ja barüonlaengu jäävuse seadus (mis keelab nukleonide arvu muutumise lagunemisel). Järelikult ei muutu α-lagunemisel prootonite ega neutronite arv. Kuna tuumast eraldub 2He tuum, siis kahaneb prootonite arv tuumas kahe võrra ja nukleonide arv kokku nelja võrra.

Beetakiirgus tekib β-lagunemisel: see on radioaktiivse lagunemise liik, mille korral  eraldub  ebastabiilsest tuumast  elektron  (β-osake)  või  positron  (β+-osake). Positron on elektroni antiosake, millel on elektroniga võrdne mass, kuid positiivne laeng. Kui räägitakse lihtsalt beetakiirgusest, siis mõeldakse selle all nii β+- kui ka β-kiirgust. Kuna tuumas elektrone ega positrone pole, siis muutub β-lagunemisel üks neutron prootoniks ja elektroniks ning β+-lagunemisel muutub prooton positroniks ja neutroniks. Nukleonide koguarv sealjuures ei muutu ja jääv on ka lähteainete ja saaduste elektrilaeng. Beetaosakesed on alfaosakestest tunduvalt väiksemad ja võivad tungida sügavamale materjalidesse või kudedesse. Beetakiirgus neeldub plastikus, klaasis või metallikihis  täielikult.  Tavaliselt  ei  tungi  see  naha pealispinnast sügavamale. Siiski võib ulatuslikum  kokkupuude  suure  energiaga  beetakiirgajatega põhjustada nahal põletusi. Sellised kiirgajad võivad ohtlikuks osutuda ka sissehingamise või neelamise käigus kehasse sattudes.

Gammakiirguse moodustavad  väga  kõrge  energiaga  footonid (teatud elektromagnetiline kiirgus nagu valgus), mis eralduvad ebastabiilsest tuumast, mis samal  ajal  võib  kiirata  ka  beetaosakesi.  Gammakiirgus  põhjustab  ainet  läbides,  eelkõige  kokkupuutumisel elektronidega, aatomite ionisatsiooni.  Kiirgus  on  suure  läbimisvõimega  ja  
ainult väga paks tiheda aine kiht nagu teras või plii  võib  olla  heaks  varjestuseks.  Gammakiirgus  võib  siseelundeid  tugevalt  mõjutada  ka  ilma et seda sisse hingataks või neelataks.

Neutronkiirguse moodustavad   neutronid,   mis   eralduvad   ebastabiilsetest  tuumadest,  eriti  aatomi  lagunemise  ja  tuumade  liitumise  ajal.  Ehkki  neutroneid  esineb  kosmilistes  kiirtes,  kutsutakse  neid  tavaliselt  esile  tehislikult.  Neutronid  on  elektriliselt  neutraalsed  ja  seetõttu  väga  suure  läbimisvõimega.  Kokkupuutes  aine  või  kudedega  kutsuvad  nad  esile  beeta-  ja  gammakiirgust. Neutronkiirguse mõju vähendamiseks on vajalik väga tugev varjestus.

Alfa-, beeta- ja gammakiirgus


Kasutatud materjalid: