רדיואקטיביות
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
רדיואקטיביות היא התפרקות של גרעין אטום בלתי יציב לגורמים פשוטים יותר (שגם הם יכולים להיות בלתי יציבים), תוך כדי פליטת קרינה. התהליך יכול להיות טבעי או תוצר של ביקוע גרעיני. הקרינה נפלטת בכמה צורות אפשריות:
- קרינת אלפא שהיא קרינה חיובית של גרעין הליום המורכב משני פרוטונים ושני נייטרונים.
- קרינת בטא שהיא קרינה של אלקטרון או פוזיטרון.
- קרינת גמא שהיא קרינה אלקטרומגנטית.
נהוג למיין את סוגי הקרינה לשתי קבוצות:
- קרינה בלתי מייננת כדוגמת אור, גלי מיקרו וגלי רדיו.
- קרינה מייננת שבה הקרינה מסירה אלקטרון מאטום ומותירה לפיכך שני חלקיקים טעונים הקרויים יונים.
המושג רדיואקטיביות בדרך כלל מתייחס לפליטה של קרינה מייננת.
תוכן עניינים |
[עריכה] היסטוריה
תופעת הרדיואקטיביות נתגלתה באקראי בשנת 1896 על ידי הפיזיקאי אנרי בקרל בשעה שערך נסיונות במלחי אורניום. בשעה שניסה לבדוק השערה על תופעת הזרחנות הוא השאיר במגירה מלחי אורניום על לוח צילום שנעטפו בנייר שחור וגילה להפתעתו שמקור אנרגיה שלא היה אור השחיר את הלוח. פייר ומארי קירי שחקרו את התופעה וגילו את היסודות הרדיואקטיביים פולוניום ורדיום נתנו לה את השם: רדיואקטיביות. תגלית זו זיכתה את שלושת הפיזיקאים הללו בפרס נובל לפיזיקה לשנת 1903. יש לציין יחד עם אלו את ארנסט רתרפורד שגילה בשנת 1911 את החלוקה של הקרינה לאלפא, בטא וגמא.
חוקרים אלו גילו שבנוסף לאורניום קיימים יסודות כימיים נוספים או איזוטופים שלהם, שהם רדיואקטיביים. לאיזוטופים רדיואקטיביים אלו יישומים חשובים רבים. ביניהם: מעקב אחר תהליכים ביולוגיים בגוף האדם לצורך אבחון, שימור מזון בפחיות שימורים על ידי הרג של החיידקים ותיארוך מרבצים גאולוגיים בהתבסס על ההנחות של קצב ההתפרקות של האיזוטופים והיחסים ביניהם במרבץ.
[עריכה] מקורות הקרינה הרדיואקטיבית
[עריכה] קרינת רקע טבעית
כדור הארץ והיצורים השוכנים בו נחשפים באופן קבוע לקרינה מהחלל. חלקיקים טעונים מהשמש והכוכבים מגיבים על המפגש עם האטמוספירה והשדה המגנטי של כדור הארץ במטר של קרינה, בדרך-כלל קרינת בטא וגמא. כמויות הקרינה באזורים שונים, משתנות על-פי ההבדלים בגובה ובשדה המגנטי.
חומרים רדיואקטיביים מצויים באופן טבעי באדמה, במים ובצמחיה. האיזוטופים המדאיגים ביותר הם אורניום ותוצרי הביקוע שלו, כגון תוריום, רדיום, ורדון. והם מצויים בכל מקום, נספגים בגוף מהאוכל והמים או מהאויר במקרה של הגז רדון.
[עריכה] מקורות קרינה מעשי ידי אדם
בממוצע כל אדם נחשף לקרינה של כ-360 מילירם לשנה, כ-81% ממקורות טבעיים ושאר ה-19% כתוצאה מחשיפה למקורת אנרגיה מעשי ידי אדם. הרוב, כתוצאה מתהליכים רפואיים כגון: צילומי רנטגן, רפואה גרעינית והקרנות. קיימים מקורות קרינה נוספים כגון: טלוויזיות, גלאי עשן, שעונים עם תצוגה זוהרת ועוד.
במידה פחותה יותר, חלקים מהציבור בארצות המתקדמות חשופים לקרינה כתוצאה מתפעול כורים גרעיניים. המסלול שעובר הדלק הגרעיני: כרייה, עיבוד, שימוש, וטיפול בדלק משומש חושף אנשים שונים לקרינה.
עיסוקים שונים חושפים את העובדים בהם לרדיואקטיביות והחשיפה של עובדים אלו לקרינה מנוטרת באמצעות מכשיר זעיר הקרוי דוזימטר. דוגמאות למקומות עבודה כאלו הם: כורים גרעיניים, מכוני מחקר, מכונים אונקולוגיים וחיילים המוצבים בצוללות ובספינות גרעיניות.
[עריכה] השפעות הקרינה על אנשים
מקובל לחשוב על ההשפעות הביולוגיות של קרינה במידת השפעתם על תאים חיים. השפעתה של חשיפה מזערית לקרינה היא זניחה ולא נתן לזהותה. לגוף האדם מנגנוני הגנה כנגד סוגים שונים של נזק כתוצאה מקרינה כמו אף חומרים כימיים מסרטנים. ייתכנו שלוש תוצאות לקרינה על תאים:
- תאים שניזוקו מתקנים את עצמם, וכתוצאה אין נזק שיורי.
- תאים שניזוקו מתים, בדומה למיליוני תאים אחרים שמתים מדי יום ומוחלפים בתהליכים ביולוגיים רגילים.
- תאים מתקנים את עצמם בצורה שגויה וגורמים בכך לשינוי ביופיזיקלי.
הקשר בין חשיפה לקרינה והתפתחות סרטן מבוססים בעיקר על אוכלוסיות שנחשפו לכמויות גבוהות יחסית של קרינה מייננת (לדוגמה: ניצולים מן הפצצות האטומיות שהוטלו על יפן ואנשים שעברו טיפולים רפואיים לצורך אבחון או ריפוי). באמצעות רדיותרפיה ניתן לרפא סוגי הסרטן הקשורים על ידי שימוש בכמויות גדולות של קרינה כגון לויקמיה, סרטן השד, סרטן הכבד, סרטן הריאות וכו'.
התקופה שבין החשיפה לקרינה וגילוי הסרטן ידועה כ"תקופה רדומה". סוגי סרטן אלו היכולים להתפתח כתוצאה מחשיפה לקרינה אינם שונים מאלו הקורים באופן טבעי, או כתוצאה מחשיפה לחומרים מסרטנים.
כמות קרינה גבוהה הורגת תאים, בעוד שכמות נמוכה גורמת לנזק או אף לשינויים בקוד הגנטי (DNA) של התאים המוקרנים. כמויות גדולות של קרינה יכולות להרוג כמות כזו של תאים שהרקמות והאיברים נפגעים מייד. כתוצאה נגרמת תגובה חריפה של הגוף הקרוייה תסמונת קרינה חריפה. קיים יחס ישיר בין כמות הקרינה והמהירות בה יופיעו סימני הקרינה, והסיכון למוות. תסמונת זו אובחנה ברבים מניצולי הפצצות של 1945 ובעובדי ההצלה שטיפלו בתאונה בכור הגרעיני בצ'רנוביל. 134 עובדים בכור וכבאים נחשפו למנות קרינה גבוהות וסבלו מתסמונת קרינה חריפה, מהם 28 מתו ממנה.
[עריכה] מדידת קרינה
כמות הרדיואקטיביות בדוגמה נתונה של איזוטופ מבוטאת כיום ביחידה הקרויה בקרל (Bq). מידה זו החליפה את המידה קירי (Ci). הבקרל מבטא קצב התפרקות אטום לשנייה והוא יחידה זעירה במיוחד. לפיכך נוהגים לבטא רדיואקטיביות במונחי פטאבקרל ואף אקסהבקרל לתאור כמות הרדיואקטיביות עקב פיצוץ אטומי.
כמות הקרינה הנספגת בגוף נמדדת ביחידות הקרויות גריי (Gray) או בקיצור (Gy) גריי אחד שווה ערך לג'אול אחד של אנרגיה שנספג על ידי ק"ג אחד של מסת גוף.
הנזק שנגרם לתאים נמדד בסיברט (sievert) או בקיצור (Sv). מנת קרינה של גריי אחד של קרינת בטא, גמה או רנטגן גורמת נזק של סיברט אחד. מנת גריי אחת של קרינת אלפא גורמת נזק של 20 סיברט. הסיברט הוא יחידה גדולה למדי ולכן נהוג לעבוד עם מיליסיברט (mSv) או מיקרוסיברט. בארצות הברית (ובארץ) עדיין נהוג להשתמש ביחידה הקרוי רם (rem) או מילירם (mrem) במקום בסיברט. סיברט אחד שווה ערך ל-100 רם.
הקרינה ניתנת לאיתור באמצעות מד קרינה (מונה גייגר) או דוזימטר.
[עריכה] מודל מתמטי של דעיכה רדיואקטיבית
ההתפרקות הרדיואקטיבית היא תופעה קוונטית בעיקרה ולכן הסתברותית. כלומר: אי אפשר לדעת מתי בדיוק יתפרק חלקיק מסוים אך אפשר לדעת מה ההסתברות שלו להתפרק בכל זמן נתון. זמן ההתפרקות של חלקיק הוא משתנה מקרי T המתפלג מעריכית עם קבוע דעיכה λ האופייני לחלקיק ושניתן לחשבו באמצעות מכניקת הקוונטים. פרמטר שקול לכך, שיותר קל למדוד בניסוי, הוא זמן מחצית החיים שנתון על ידי 
: זהו הזמן שבו מחצית מחלקיקים במדגם יתפרקו.
מאחר ותיאור הדעיכה הוא הסתברותי, הוא שימושי ביותר דווקא עבור מדגמים סטטיסטיים המכילים מספר רב של חלקיקים (למשל: מספר אבוגדרו של ניוטרונים), ואז גודל המדגם בזמן t כלשהו נתון על ידי
כאשר N0 הוא המספר ההתחלתי של חלקיקים במדגם.
התנהגות זו היא הבסיס לשיטות תיארוך ארכיאולוגיות וגאולוגיות באמצעות דעיכת איזוטופ של פחמן רדיואקטיבי.
