Tamás Ferenc: Természetes radioaktivitás és hatásai

A radioaktivitás a nem stabil magú atomok (más néven: radioaktív) természetes úton való elbomlása. Ez a bomlás igen nagy energiájú ionizáló sugárzást kelt vagy nagy energiájú részecskéket bocsájt ki, ami az élő szövetet nagy mértékben képes roncsolni. Mivel maga a sugárzás nem érzékelhető, csak speciális, úgynevezett GM-számlálóval, ezért sokszor nevezik láthatatlan gyilkos kórnak. Jele a sárga háromszögbe zárt fekete színű, sugárzást jelképező körszeletek. (Kép eredetije: www.whatisnuclear.com)

Radioaktivitás felfedezése

A radioaktivitást Henry Becquerel (1852-1908) francia tudós fedezte fel 1896-ban, amiért 1903-ban megkapta a fizikai Nobel-díjat. Becquerel foszforeszkáló anyagokkal kísérletezett. Elmélete szerint a katódsugárcső fénye valamiképpen összefügg ezen fényt kibocsájtó anyagokkal. Különféle anyagokat burkolt be fekete papírba egy fényképlemezzel együtt és vizsgálta a lemez elfeketedését. Nem észlelt semmilyen reakciót, amíg nem próbálkozott az uránsókkal. Viszont az uránsó semmilyen foszforeszkáló tulajdonsággal nem rendelkezik, így a fényképlemezt szükségszerűen valami más feketítette meg. Tehát valamit kibocsájtott az uránsó, ami ezt a feketedést okozta. Becquerel vizsgálatai szerint ez e feketedés egyenesen arányos az urán koncentrációjával, tehát szükségszerűen az urán tulajdonsága. Ez lett a radioaktív sugárzás. Pierre és Marie Curie további radioaktív elemek után kutatva fedezte fel a tórium hasonló tulajdonságát. A rendelkezésükre álló uránércből még két radioaktív elemet vontak ki: rádiumot és a polóniumot. Munkájuk nagyságára jellemző, hogy 8 tonna uránércből tudtak kivonni kb. 0,1 gramm rádiumot.

Bár eleinte úgy látszott, hogy a radioaktivitás igen hasonlít az akkor csak nemrégiben felfedezett röntgensugarakhoz, de Becquerel kutatásai nyomán a Curie-házaspár és Ernest Rutherford felfedezte, hogy a radioaktivitásnak több fajtája is van, amelyet különböző tömegű és töltésű részecskék alkotnak. Így mutatták ki a XX. század elején a levegőben alig 2-3 centiméter hatósugarú alfa-sugárzást, valamint a kb. 10-20 centiméter hatósugarú béta-sugárzást. Paul Ulrich Villard pedig 1900-ban fedezte fel a gamma-sugárzást, amit min. 10 centiméternyi ólom sem képes teljesen leárnyékolni. Szintén felfedezték, hogy sok radioaktív elemnek létezik izotópja, azaz olyan módosulata, amely azonos protonszám mellett más és más neutronszámmal jött létre: tehát bár azonos elemek, de más és más lehet a tömegszámuk.

Bomlási módok

Alfa-bomlás

A mag egy alfa-részecskét bocsájt ki, amely gyakorlatilag egy hélium-atommag, azaz két protonból és két neutronból áll. A töltése pozitív, az elemi töltés kétszerese. Tömege elég nagy, mivel 4 nukleont tartalmaz. Részecskeméretével is ez a fajta sugárzás a legnagyobb. Hatása: igen erősen ionizáló. Hatótávolsága: 2-3 centiméter levegőben. Igen gyakori, hogy az alfa-bomlást egy tisztán energiából álló gamma-bomlás követi, ami a mag feleslegessé vált energiáját vezeti le.

Béta-bomlás

Két különböző fajtája lehetséges: a Béta+ és a Béta-. Különbségüket az adja, hogy milyen töltésű részecske keletkezik. Béta- esetén a mag egy elektront és egy nagy erejű különleges részecskét, ún. antineutrinót bocsájt ki. Úgy is el lehet képzelni, hogy a magban egy neutron bomlik és keletkezik: egy proton (magban marad), egy elektron (kibocsájtja a mag) és felesleges energia (kibocsájtja a mag). Béta+ esetén a helyzet kicsit más, ugyanis ilyenkor egy pozitív töltésű, de elektron tömegű részecske, az pozitron lökődik ki a magból. A mag pedig a felesleges energiát egy újabb speciális részecskét, az ún. neutrínót bocsájt ki. A Béta-sugárzás így elektromosan töltött, de tömege igen kicsiny, mivel csak elektron-tömegű részecskéket tartalmaz. Hatása: ionizáló. Hatótávolsága: 10-20 centiméter levegőben. Sokszor előfordul, hogy a béta-bomlást egy gamma-bomlás követi, ami a mag felgyűlő energiatöbbletét vezeti le.

Gamma-bomlás

Itt „csupán” energia távozik a magból, bár ezen energia igen nagy intenzitású. Ritkán lép fel önállóan, általában az alfa-bomlás, vagy a béta-bomlás kísérője. Hatótávolsága igen nagy. Leárnyékolása nehéz, de pl. 20 centiméternyi tömör ólomfal már megfelelő. (Kép eredetije: http://en.wikipedia.org/wiki/Radioactive_decay)

A gamma-bomlás az a különleges fajta radioaktív jelenség, ahol az adott jelenségnek leginkább hullámtermészete van és alig-alig tulajdonítunk neki némi részecske-tulajdonságot. Ez adódik például abból is, hogy az alfa- és a béta-bomlás esetében adott a tömeg, így a legnevezetesebb Einstein-egyenlet hatására (E=mc²) adott az energiájuk is. Ellenben a gamma-bomlásnál nem adott az energia mennyisége, mivel például a másik két bomlás „hulladéka” is lehet a gamma-bomlás.