رادیواکتیویته فرآیندی خود به خودی است که در آن هسته های ناپایدار اتم با انتشار تشعشع انرژی خود را از دست می دهند. این مفهوم که توسط هانری بکرل در سال 1896 کشف شد، یک مفهوم اساسی در فیزیک و شیمی بوده است که منجر به کاربردهای متنوعی در پزشکی، تولید انرژی و تحقیقات علمی شده است. رادیواکتیویته ناشی از بی ثباتی درون هسته اتم است، جایی که نیروهایی که هسته را در کنار هم نگه می دارند به اندازه کافی قوی نیستند که آن را به شکل فعلی نگه دارند. این ناپایداری منجر به انتشار تشعشعات می شود زیرا هسته به دنبال حالت پایدارتری است.
سه نوع اصلی رادیواکتیویته وجود دارد که با نوع تشعشع ساطع شده متمایز می شوند: تابش آلفا ( \(\alpha\) )، بتا ( \(\beta\) ) و گاما ( \(\gamma\) ). هر نوع دارای خواص و اثرات منحصر به فردی بر روی ماده است.
تابش آلفا از ذرات تشکیل شده از دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده است که به طور موثر آنها را هسته هلیوم می کند. از آنجایی که ذرات آلفا نسبتا سنگین هستند و دارای بار مثبت هستند، برد کوتاهی دارند و می توان آنها را با یک ورق کاغذ یا لایه بیرونی پوست انسان متوقف کرد. با این حال، در صورت بلع یا استنشاق، ذرات آلفا به دلیل قدرت یونیزاسیون بالای خود می توانند آسیب قابل توجهی به بافت های بیولوژیکی وارد کنند.
\(\textrm{مثال:}\) واپاشی اورانیوم-238 ( \(^{238}U\) ) به Thorium-234 ( \(^{234}Th\) ). \( ^{238}U \rightarrow ^{234}Th + \alpha \)
تابش بتا می تواند به صورت الکترون ( \(\beta^-\) ) یا پوزیترون ( \(\beta^+\) ) که پادذرات الکترون ها هستند منتشر شود. تابش \(\beta^-\) زمانی رخ می دهد که یک نوترون در هسته به یک پروتون و یک الکترون تبدیل می شود و الکترون گسیل می شود. در مقابل، تابش \(\beta^+\) زمانی تولید می شود که یک پروتون به نوترون و پوزیترون تبدیل شود. ذرات بتا سبکتر از ذرات آلفا هستند و بار مثبت ( \(\beta^+\) ) یا منفی ( \(\beta^-\) ) دارند. آنها نفوذپذیرتر از ذرات آلفا هستند، اما معمولاً می توانند توسط چند میلی متر آلومینیوم مسدود شوند.
\(\textrm{بتا منهای فروپاشی مثال:}\) Carbon-14 ( \(^{14}C\) ) decaying to Nitrogen-14 ( \(^{14}N\) ). \( ^{14}C \rightarrow ^{14}N + \beta^- + \bar{\nu}_e \) \(\textrm{مثال پوسیدگی بتا پلاس:}\) Carbon-11 ( \(^{11}C\) ) decaying to Boron-11 ( \(^{11}B\) ). \( ^{11}C \rightarrow ^{11}B + \beta^+ + \nu_e \)
تابش گاما از فوتون ها تشکیل شده است که ذرات بدون جرم نور هستند. اغلب با فروپاشی آلفا و بتا همراه است، که با انتقال هسته از حالت انرژی بالاتر به حالت پایین تر منتشر می شود. پرتوهای گاما بسیار نافذ هستند و به مواد متراکمی مانند سرب یا چندین سانتی متر بتن نیاز دارند تا شدت آنها به میزان قابل توجهی کاهش یابد. تابش گاما علیرغم اینکه بار ندارد، به دلیل انرژی بالا و توانایی نفوذ عمیق می تواند آسیب شدیدی به سلول ها و بافت های زنده وارد کند.
\(\textrm{مثال:}\) انتقال کبالت-60 ( \(^{60}Co\) ) به حالت انرژی پایین‌تر که تشعشعات گاما ساطع می‌کند. \( ^{60}Co^* \rightarrow ^{60}Co + \gamma \)
اگرچه رادیواکتیویته به دلیل تشعشعات یونیزه کننده می تواند خطرات قابل توجهی برای موجودات بیولوژیکی ایجاد کند، اما کاربردهای مفید متعددی نیز دارد. در پزشکی، ایزوتوپ های رادیواکتیو در تصویربرداری تشخیصی و درمان سرطان استفاده می شود. کاربردهای صنعتی شامل آزمایش مواد، تولید برق در راکتورهای هسته ای و به عنوان ردیاب در تحقیقات بیولوژیکی و شیمیایی است. درک انواع مختلف رادیواکتیویته و تعامل آنها با ماده برای استفاده ایمن از پتانسیل آنها بسیار مهم است.
تشخیص و اندازه‌گیری رادیواکتیویته شامل ابزارهای مختلفی مانند شمارنده‌های گایگر مولر، شمارنده‌های سوسوزن و اتاق‌های یونیزاسیون است. این دستگاه‌ها تشعشعات یونیزان ساطع شده در حین واپاشی رادیواکتیو را شناسایی می‌کنند و به دانشمندان اجازه می‌دهند تا خواص ایزوتوپ‌های مختلف و الگوهای فروپاشی آنها را مطالعه کنند.
رادیواکتیویته با اشکال آلفا، بتا و گاما یک پدیده اساسی در جهان طبیعی است. در حالی که به دلیل اثرات یونیزه کننده بر بافت های بیولوژیکی خطراتی را به همراه دارد، درک و کنترل رادیواکتیویته منجر به پیشرفت های قابل توجهی در پزشکی، انرژی و علم شده است. مطالعه رادیواکتیویته نه تنها به درک دنیای اتمی و زیر اتمی کمک می کند، بلکه ابزارهایی را برای بهبود سلامت انسان و قابلیت های تکنولوژیکی جامعه فراهم می کند.
