رادیواکتیویته یک پدیده طبیعی است که در آن هسته های اتمی ناپایدار به طور خود به خود تجزیه می شوند و در این فرآیند تشعشعات ساطع می کنند. این فرآیند در زمینه های مختلف از جمله تشعشع، شیمی و فیزیک نقش مهمی ایفا می کند و بر همه چیز از تولید انرژی هسته ای گرفته تا درمان های پزشکی و مطالعات زیست محیطی تأثیر می گذارد.
در قلب رادیواکتیویته هسته اتم قرار دارد. اتم ها از پروتون ها و نوترون ها در هسته خود تشکیل شده اند که توسط الکترون ها در اوربیتال ها احاطه شده اند. هنگامی که تعادل بین پروتون ها و نوترون ها ناپایدار است، اتم از طریق واپاشی رادیواکتیو به دنبال ثبات است.
سه نوع اصلی تجزیه رادیواکتیو وجود دارد:
رادیواکتیویته پیامدهای قابل توجهی هم در شیمی و هم در فیزیک دارد. در شیمی، ایزوتوپ‌های رادیواکتیو به عنوان ردیاب برای مطالعه مکانیسم‌های واکنش‌های شیمیایی و حرکت مواد در سیستم‌ها استفاده می‌شوند. در فیزیک، درک رادیواکتیویته برای مطالعه واکنش‌های هسته‌ای، که اساس انرژی هسته‌ای و فناوری‌های تصویربرداری پزشکی هستند، ضروری است.
سرعت واپاشی یک ماده رادیواکتیو با نیمه عمر آن اندازه‌گیری می‌شود، یعنی زمان لازم برای تجزیه نیمی از اتم‌های رادیواکتیو در نمونه. بیان ریاضی برای فروپاشی یک ماده رادیواکتیو توسط:
\(N(t) = N_0 \cdot e^{-\lambda t}\)جایی که:
در حالی که رادیواکتیویته کاربردهای مفیدی دارد، اما خطرات بالقوه ای برای سلامت انسان و محیط زیست نیز به همراه دارد. قرار گرفتن در معرض تابش بیش از حد می تواند به بافت زنده آسیب برساند و منجر به سرطان و سایر مشکلات سلامتی شود. آلودگی محیطی ناشی از مواد رادیواکتیو می تواند اثرات طولانی مدت بر اکوسیستم ها داشته باشد. بنابراین، جابجایی و دفع مواد رادیواکتیو باید با دقت زیادی انجام شود.
آشکارسازهای دود : بسیاری از آشکارسازهای دود از americium-241، یک انتشار دهنده آلفا، برای تشخیص دود استفاده می کنند. ذرات آلفا مولکول های هوا را یونیزه می کنند و جریان ایجاد می کنند. دود این جریان را قطع می کند و زنگ هشدار را ایجاد می کند.
تاریخ‌گذاری کربن : تاریخ‌گذاری رادیوکربن از تجزیه بتا کربن 14 برای تعیین سن مواد آلی استفاده می‌کند. موجودات زنده در طول عمر خود کربن 14 را جذب می کنند. پس از مرگ، کربن 14 تجزیه می شود و غلظت آن با سرعت مشخصی کاهش می یابد. با اندازه گیری کربن 14 باقی مانده، دانشمندان می توانند سن یک نمونه باستان شناسی را تخمین بزنند.
درمان‌های پزشکی : رادیوتراپی سرطان از پرتوهای گاما یا الکترون‌ها برای هدف قرار دادن و تخریب سلول‌های تومور استفاده می‌کند و آسیب به بافت سالم اطراف را به حداقل می‌رساند. اختلالات تیروئید با ید-131، یک ساطع کننده بتا و گاما، که توسط غده تیروئید جذب می شود، درمان می شود.
برای تجسم رادیواکتیویته، می توان از یک اتاقک ابری استفاده کرد. این یک محیط مهر و موم شده است که با بخار الکل فوق العاده اشباع شده است. هنگامی که ذرات باردار (ذرات آلفا و بتا) از محفظه عبور می کنند، بخار را یونیزه می کنند و دنباله ای از تراکم باقی می گذارند. ذرات آلفا مسیرهای ضخیم و کوتاهی ایجاد می کنند، در حالی که ذرات بتا مسیرهای طولانی تر و نازک تری ایجاد می کنند. پرتوهای گاما، بدون بار بودن، ردپای قابل رویت باقی نمی‌گذارند، اما می‌توانند به طور غیرمستقیم از طریق یونیزاسیون ثانویه باعث ایجاد ردیابی شوند.
صفحه ساعت رادیومی و شیشه اورانیومی نمونه های تاریخی از اقلام روزمره هستند که رادیواکتیو هستند. در زیر نور UV، شیشه اورانیوم به دلیل وجود اورانیوم فلورسانس می شود و برهمکنش بین مواد رادیواکتیو و نور را نشان می دهد.
تحقیقات در مورد رادیواکتیویته همچنان به تکامل خود ادامه می‌دهد و دانشمندان راه‌های ایمن‌تر و کارآمدتری برای مهار انرژی هسته‌ای، توسعه درمان‌های پزشکی جدید و به حداقل رساندن اثرات زیست‌محیطی مواد رادیواکتیو را بررسی می‌کنند. پیشرفت در همجوشی هسته‌ای، فرآیندی که خورشید را نیرو می‌دهد، به طور بالقوه می‌تواند منبع تقریباً نامحدودی از انرژی پاک را فراهم کند. درک و کنترل رادیواکتیویته یک حوزه اصلی مطالعه در فیزیک و شیمی نظری و کاربردی است.
