Radioaktivnost je spontani proces kojim nestabilne atomske jezgre gube energiju emitirajući zračenje. Otkrio ga je Henri Becquerel 1896., bio je temeljni koncept u fizici i kemiji, što je dovelo do raznih primjena u medicini, proizvodnji energije i znanstvenim istraživanjima. Radioaktivnost je posljedica nestabilnosti unutar atomske jezgre, gdje sile koje drže jezgru na okupu nisu dovoljno jake da je održe u sadašnjem obliku. Ova nestabilnost dovodi do emisije zračenja jer jezgra traži stabilnije stanje.
Postoje tri primarne vrste radioaktivnosti, koje se razlikuju prema vrsti emitiranog zračenja: alfa ( \(\alpha\) ), beta ( \(\beta\) ) i gama ( \(\gamma\) ) zračenje. Svaka vrsta ima jedinstvena svojstva i učinke na materiju.
Alfa zračenje sastoji se od čestica sastavljenih od dva protona i dva neutrona, što ih zapravo čini jezgrama helija. Budući da su alfa čestice relativno teške i nose pozitivan naboj, imaju mali domet i mogu ih zaustaviti list papira ili vanjski sloj ljudske kože. Međutim, ako se progutaju ili udahnu, alfa čestice mogu uzrokovati značajna oštećenja bioloških tkiva zbog svoje velike ionizacijske moći.
\(\textrm{Primjer:}\) Raspad urana-238 ( \(^{238}U\) ) u torij-234 ( \(^{234}Th\) ). \( ^{238}U \rightarrow ^{234}Th + \alpha \)
Beta zračenje može se emitirati ili kao elektroni ( \(\beta^-\) ) ili kao pozitroni ( \(\beta^+\) ), koji su antičestice elektrona. \(\beta^-\) zračenje nastaje kada se neutron u jezgri pretvori u proton i elektron, pri čemu se elektron emitira. Nasuprot tome, \(\beta^+\) zračenje nastaje kada se proton transformira u neutron i pozitron. Beta čestice su lakše od alfa čestica i nose pozitivan ( \(\beta^+\) ) ili negativan ( \(\beta^-\) ) naboj. Prodornije su od alfa čestica, ali ih obično može blokirati nekoliko milimetara aluminija.
\(\textrm{Primjer beta minus raspada:}\) Ugljik-14 ( \(^{14}C\) ) koji se raspada u dušik-14 ( \(^{14}N\) ). \( ^{14}C \rightarrow ^{14}N + \beta^- + \bar{\nu}_e \) \(\textrm{Primjer beta plus raspada:}\) Ugljik-11 ( \(^{11}C\) ) koji se raspada u Bor-11 ( \(^{11}B\) ). \( ^{11}C \rightarrow ^{11}B + \beta^+ + \nu_e \)
Gama zračenje sastoji se od fotona, koji su čestice svjetlosti bez mase. Često prati alfa i beta raspad, emitira se pri prijelazu jezgre iz višeg energetskog stanja u niže. Gama zrake su vrlo prodorne i zahtijevaju guste materijale poput olova ili betona od nekoliko centimetara da bi se njihov intenzitet značajno smanjio. Unatoč tome što nema naboja, gama zračenje može uzrokovati ozbiljna oštećenja živih stanica i tkiva zbog svoje visoke energije i sposobnosti dubokog prodiranja.
\(\textrm{Primjer:}\) Prijelaz kobalta-60 ( \(^{60}Co\) ) u stanje niže energije, emitirajući gama zračenje. \( ^{60}Co^* \rightarrow ^{60}Co + \gamma \)
Iako radioaktivnost može predstavljati značajan rizik za biološke organizme zbog svog ionizirajućeg zračenja, ona također ima brojne korisne primjene. U medicini se radioaktivni izotopi koriste u slikovnoj dijagnostici i liječenju raka. Industrijske primjene uključuju ispitivanje materijala, proizvodnju energije u nuklearnim reaktorima i kao tragač u biološkim i kemijskim istraživanjima. Razumijevanje različitih vrsta radioaktivnosti i njihovih interakcija s materijom ključno je za sigurno iskorištavanje njihovog potencijala.
Detekcija i mjerenje radioaktivnosti uključuje različite instrumente, kao što su Geiger-Müllerovi brojači, scintilacijski brojači i ionizacijske komore. Ovi uređaji detektiraju ionizirajuće zračenje emitirano tijekom radioaktivnog raspada, omogućujući znanstvenicima proučavanje svojstava različitih izotopa i njihovih obrazaca raspada.
Radioaktivnost, sa svojim alfa, beta i gama oblicima, temeljni je fenomen u prirodnom svijetu. Iako predstavlja rizike zbog svojih ionizirajućih učinaka na biološka tkiva, razumijevanje i kontrola radioaktivnosti doveli su do značajnog napretka u medicini, energetici i znanosti. Proučavanje radioaktivnosti ne samo da pomaže u razumijevanju atomskog i subatomskog svijeta, već također pruža alate za poboljšanje ljudskog zdravlja i tehnoloških sposobnosti društva.
