Радіоактивність — це спонтанний процес, під час якого нестабільні атомні ядра втрачають енергію, випускаючи радіацію. Відкритий Анрі Беккерелем у 1896 році, він став фундаментальною концепцією у фізиці та хімії, що веде до різноманітних застосувань у медицині, виробництві енергії та наукових дослідженнях. Радіоактивність є результатом нестабільності ядра атома, коли сили, які утримують ядро разом, недостатньо сильні, щоб утримувати його в поточній формі. Ця нестабільність призводить до випромінювання радіації, оскільки ядро шукає більш стабільний стан.
Існує три основні типи радіоактивності, які розрізняються за типом випромінювання: альфа ( \(\alpha\) ), бета ( \(\beta\) ) і гамма ( \(\gamma\) ) випромінювання. Кожен тип має унікальні властивості та вплив на речовину.
Альфа-випромінювання складається з частинок, які складаються з двох протонів і двох нейтронів, фактично перетворюючи їх на ядра гелію. Оскільки альфа-частинки відносно важкі та несуть позитивний заряд, вони мають короткий радіус дії і можуть бути зупинені аркушем паперу або зовнішнім шаром людської шкіри. Однак при попаданні всередину або вдиханні альфа-частинки можуть завдати значної шкоди біологічним тканинам через їх високу іонізуючу здатність.
\(\textrm{приклад:}\) Розпад урану-238 ( \(^{238}U\) ) до торію-234 ( \(^{234}Th\) ). \( ^{238}U \rightarrow ^{234}Th + \alpha \)
Бета-випромінювання може випромінюватись у вигляді електронів ( \(\beta^-\) ) або позитронів ( \(\beta^+\) ), які є античастинками електронів. \(\beta^-\) випромінювання виникає, коли нейтрон у ядрі перетворюється на протон і електрон, при цьому електрон випускається. Навпаки, \(\beta^+\) випромінювання виникає, коли протон перетворюється на нейтрон і позитрон. Бета-частинки легші за альфа-частинки і несуть позитивний ( \(\beta^+\) ) або негативний ( \(\beta^-\) ) заряд. Вони більш проникаючі, ніж альфа-частинки, але зазвичай можуть бути заблоковані кількома міліметрами алюмінію.
\(\textrm{Приклад бета-мінус розпаду:}\) Вуглець-14 ( \(^{14}C\) ), що розпадається до азоту-14 ( \(^{14}N\) ). \( ^{14}C \rightarrow ^{14}N + \beta^- + \bar{\nu}_e \) \(\textrm{Приклад бета-плюс розпаду:}\) Вуглець-11 ( \(^{11}C\) ), що розпадається до бору-11 ( \(^{11}B\) ). \( ^{11}C \rightarrow ^{11}B + \beta^+ + \nu_e \)
Гамма-випромінювання складається з фотонів, які є безмасовими частинками світла. Він часто супроводжує альфа- та бета-розпад, випромінюваний, коли ядро переходить із вищого енергетичного стану в нижчий. Гамма-промені мають високу проникаючу здатність, тому для значного зниження їх інтенсивності потрібні щільні матеріали, такі як свинець або кілька сантиметрів бетону. Незважаючи на відсутність заряду, гамма-випромінювання може завдати серйозної шкоди живим клітинам і тканинам завдяки своїй високій енергії та здатності глибокого проникнення.
\(\textrm{приклад:}\) Перехід кобальту-60 ( \(^{60}Co\) ) у нижчий енергетичний стан, що випромінює гамма-випромінювання. \( ^{60}Co^* \rightarrow ^{60}Co + \gamma \)
Хоча радіоактивність може становити значний ризик для біологічних організмів через іонізуюче випромінювання, вона також має численні корисні застосування. У медицині радіоактивні ізотопи використовуються для діагностики та лікування раку. Промислове застосування включає випробування матеріалів, виробництво електроенергії в ядерних реакторах і як індикатор у біологічних і хімічних дослідженнях. Розуміння різних типів радіоактивності та їх взаємодії з речовиною має вирішальне значення для безпечного використання їх потенціалу.
Для виявлення та вимірювання радіоактивності використовуються різні прилади, такі як лічильники Гейгера-Мюллера, сцинтиляційні лічильники та іонізаційні камери. Ці пристрої виявляють іонізуюче випромінювання, що випромінюється під час радіоактивного розпаду, дозволяючи вченим вивчати властивості різних ізотопів і моделі їх розпаду.
Радіоактивність з її альфа-, бета- та гамма-формами є фундаментальним явищем у світі природи. Хоча це створює ризики через його іонізуючий вплив на біологічні тканини, розуміння та контроль радіоактивності призвело до значного прогресу в медицині, енергетиці та науці. Вивчення радіоактивності не тільки допомагає зрозуміти атомний і субатомний світ, але й надає інструменти для покращення здоров’я людини та технологічних можливостей суспільства.
