Radioactivitat
De Viquipèdia
La radioactivitat és un fenomen físic natural que presenten certes substàncies amb nuclis atòmics inestables, aquestes substàncies radioactives inestables perden energia emetent radiacions en forma de partícules u ones electromagnètiques per tal d'assolir uns nuclis atòmics més estables. El terme radioactivitat va ser inventat per Marie Curie cap el 1898.
Les radiacions produïdes durant el procés de desintegració dels núclids són capaces de penetrar en cossos opacs, ionitzar l'aire, impressionar plaques fotogràfiques i excitar la fluorescència de certes substàncies. Els radionúclids naturals més freqüents a les roques terrestres són l'isòtop 238 de l'urani (U-238), l'isòtop 232 del tori (Th-232) i sobretot l'isotop 40 del potassi (K-40).
La unitat del Sistema Internacional d'Unitats per a la desintegració radioactiva (tant per a la radioactivitat natural com per a l'artificial) és el Nacó (Nc). Una antiga unitat havia estat el curie (Ci), que primer es va definir com l'activitat d'un gram de l'isòtop 226 del radi en estat pur i després com l'activitat d'un radionúclid amb una taxa de desintegració de 3,7 × 1010 Bq.
[edita] Descripció
Cada àtom és format per un nucli atòmic, constituït per neutrons i protons, i d'un cert nombre d'electrons. Totes les partícules subatòmiques es governen segons varis tipus d'interaccions. La força nuclear forta, que no és observable a escala macroscòpica, és la més important a distàncies subatòmiques; la força electrostàtica té la seva importància i la força nuclear feble, que és la responsable de les emissions beta.
Els protons, en ser carregats positivament, tendeixen a repel·lir-se a causa de la llei de Coulomb de tal manera que si no hi hagués d'altres forces el nucli no seria estable. La força nuclear forta és la responsable principal de la cohesió del nucli atòmic i requereix de la presència de neutrons per a manifestar-se. Quan les forces a l'interior del nucli no són en un estat d'equilibri, el nucli és inestable i tendeix espontàniament a assolir un estat estable per mitjà de l'emissió d'una o més partícules. Històricament, a partir dels estudis de Marie Curie les radiacions es van classificar en tres grups principals:
Posteriors investigacions van identificar altres tipus com l'emissió de neutrons, l'emissió de protons, la captura electrònica o la fissió espontània entre d'altres. Mentre l'emissió alfa i l'emissió beta canvien el nombre de protons del nucli i, en consqüència, el nombre d'electrons, canviant la natura química del mateix àtom; les radiacions gamma succeeixen només en estats excitats del nucli i només comporten la pèrdua d'energia.
La pèrdua d'energia per desintegració radioactiva d'un núclid inestable, per tenir un excés de protons, de neutrons o de tots dos, ocasionarà que es transformi en un núclid més estable. Per exemple, un àtom de carboni-14 emet radiacions i es transforma en un àtom de nitrogen-14. El procés de desintegració és aleatori i no és possible predir quin serà el nucli que es desintegrarà, tanmateix, donada una gran quantitat d'àtoms similars, és possible determinar la taxa mitjana de desintegració.
El procés de desintegració és dirigit per consideracions d'entropia, l'energia no canvia però al final es troba més difosa a l'espai. Una reacció d'aquest tipus és una reacció nuclear que comporta canvis a l'estructura del nucli, en contrast amb una reacció química, que també segueix consideracions d'entropia, però que només ocasiona canvis en la distribució dels electrons exteriors dels àtoms en comptes del nucli.
Algunes reaccions nuclears necessiten que hi hagi implicada una font exterior d'energia, en forma de col·lisions amb partícules exteriors. Tanmateix, aquest tipus de reacció no es considera una “desintegració” sinó una reacció nuclear induïda, la fissió nuclear i la fusió nuclear són dos exemples de reaccions nuclears induïdes.
[edita] Història
La radioactivitat va ser descoberta el 1896 pel científic francès Henri Becquerel mentre treballava sobre el fenomen de la fosforescència. Es materials fosforescents emeten una radiació lluminosa a la foscor després d'haver estat exposats a la llum, Becquerel va pensar que la radiació que es produïa als tubs de raigs catòdics en ser exposats als raigs X podia estar relacionada amb la fosforescència. Va experimentar a posar diferents substàncies fosforescents sobre una placa fotogràfica embolcallada en un paper negre, però tots els experiments van resultar negatius i no impressionaven la placa tret d'aquells als que havia utilitzat sals d'urani. Aviat va quedar clar que la impressió de la placa no tenia res a veure amb la fosforescència perquè es produïa fins i tot sense que l'urani hagués estat exposat a la llum. A més tots els composts d'urani impressionaven la placa, fins i tot els que no eren fosforescents i l'urani metàl·lic, havia de tractar-se d'una forma de radiació capaç de travessar el paper.
A primera vista la nova radiació semblava similar als raigs X, que havien estat descoberts l'any 1895 pel físic alemany Wilhelm Röntgen. Estudis posteriors de Becquerel, Marie Curie per consell del seu marit Pierre Curie, Ernest Rutherford i d'altres van descobrir que la radioactivitat era força més complexa que els raigs X. Rutherford fou el primer a adonar-se que totes les formes de desintegració segueixen aproximadament la mateixa fórmula exponencial.
Es va trobar que un camp elèctric o magnètic separava les radiacions en tres feixos diferents, que van batejar com α, β i γ. La direcció de la desviació dels feixos mostrava que les partícules α transportaven una càrrega elèctrica positiva, les β una càrrega negativa i les γ eren neutres. D'altra banda la magnitud de la refracció indicava que les partícules α eren més massives que les β.
Fent passar les raigs α per un tub de descàrrega i estudiant les línies espectrals produïdes s'arriba a la conclusió que la radiació alfa és formada per nucleons d'heli (He-4). D'altres experiències van permetre d'establir que la radiació beta és composada per electrons com les partícules emeses a un tub de raigs catòdics i que les radiacions gamma són com els raigs X, formades per fotons, radiació electromagnètica d'alta energia.
Tot i que les radiacions alfa, beta i gamma són els tipus de desintegració radioactiva més comuns, es van descobrir d'altres tipus. Poc després del descobriment del neutró el 1932, Enrico Fermi va trobar que algunes reaccions de desintegració emeten neutrons. D'altra banda, ocasionalment es va observar l'emissió de protons an alguns elements. Després del descobriment dels positrons als raigs còsmics es va trobar que el mateix procés es produïa a l'emissió beta, que podia produir emissió de positrons i de manera anàloga a la ja coneguda emissió d'electrons. Cadascun dels dos tipus d'emissió beta actua per tal de portar el nucli cap a una relació de neutrons i protons que tingui la mínima energia.
Es van descobrir d'altres tipus de desintegració radioactiva que emetien partícules prèviament identificades però degudes a mecanismes diferents. Un exemple en seria la conversió interna que produeix un electró i de vegades una emissió de fotons d'alta energia, fins i tot si no implica ni una emissió beta ni gamma.
Els primers investigadors també van descobrir que molts d'altres elements químics tenen isòtops radioactius. La cerca sistemàtica de les fonts de radiació al mineral d'urani van portar a Marie Curie, després de tractar algunes tones de pechblenda, una mena d'uraninita (òxid d'urani, UO2), al descobriment d'un nou element, el poloni (Po) i a aconseguir aïllar alguns mil·ligrams de radi del bari, tots dos tenen unes propietats químiques similars, tots dos són metalls alcalinoterris que es diferencien per la radioactivitat del radi.
El perill de la radioactivitat i la radiació per a la salut no va se reconegut immediatament, [el 1896[Nikola Tesla]] va sotmetre voluntàriament els seus dits a una irradiació per raigs X constatant uns efectes aguts que consistien en cremades importants, però ell ho va atribuir a la presència d'ozò i no als raigs X. D'altra banda, els efectes mutants de les radiacions, en especial el risc de càncer, no van ser descoberts fins el 1927 per Hermann Joseph Muller (el 1946 rebria el Premi Nobel pels seus descobriments. Abans que els efectes nocius de les radiacions sobre els teixits biològics fossin coneguts, alguns metges i certes empreses van atribuir a les substàncies radioactives propietats terapèutiques, el radi, en particular, va ser popular com a tonificant i va ser prescrit en forma d'amulets i pastilles. Marie Curie es va enfrontar a aquella moda argumentant que els efectes de les radiacions sobre el cos no eren encara ben coneguts (La Mateixa Curie moriria a causa d'una anèmia aplàstica, en principi es va pensar que a causa del seu treball amb el radi, però una anàlisi més acurada dels seus [[os]sos revelaria que havia estat molt curosa ateses les baixes traces de radi trobades. Es considera que la causa fou la seva exposició als tubs de raigs X sense protecció com a voluntària durant un treball mèdic al WWI). Durant els anys 30 una sèrie de morts que es van poder relacionar amb la utilització de productes que contenien radi van acabar amb aquella moda.
