Παράδειγμα ραδιενεργών στοιχείων

Η λέξη ραδιενεργός αναφέρεται σε ένα χημικό στοιχείο του οποίου το άτομο είναι ασταθές και για αυτόν τον λόγο εκπέμπει συνεχώς ακτινοβολία, η οποία θα την έφερε απευθείας σε κατάσταση ενεργειακής σταθερότητας, ή σε άλλη αστάθεια στην οποία η ακτινοβολία θα συνεχίσει να απελευθερώνεται συνεχώς προς τα έξω.

Οι εκπομπές ακτινοβολίας υπονοούν το απόσπαση υποατομικών σωματιδίων, έτσι το άτομο ενός χημικού στοιχείου που έχει ήδη κάνει επαναλαμβανόμενες εκπομπές πρόκειται να μετατραπεί σε άτομο ενός άλλου μικρότερου χημικού στοιχείου. Ο ραδιενεργός χαρακτήρας ορισμένων ουσιών οδήγησε σε εκτεταμένη έρευνα και ανάπτυξη χρήσιμων εφαρμογών για τον άνθρωπο.

Ανακάλυψη ραδιενεργών στοιχείων

Το 1895, Χένρι Μπεκερέλ εμπνεύστηκε από την ανακάλυψη των ακτίνων Χ από τον Roentgen για να μελετήσει εάν ο φθορισμός που εκπέμπεται από τα άλατα ουρανίου ήταν παρόμοιος με τις ακτίνες Χ. Μετά τον πειραματισμό με φωτογραφικές πλάκες απομονωμένη από το φως του ήλιου, ανακάλυψε ότι τα άλατα ουρανίου άφησαν ένα αποτύπωμα με το ακριβές σχήμα τους στις πλάκες.

Εκτυπώνει σε σχήμα αλάτων ουρανίου δεν είχε καμία σχέση με τον φθορισμό του, καθώς αυτό εμφανίστηκε μόνο όταν υπήρχε φως. Ήταν λοιπόν μια μορφή ενέργειας που συγκρούστηκε με τις πλάκες, αφήνοντας αυτό το ίχνος ακόμη και στο σκοτάδι. Ο Henry Becquerel ονόμασε αυτήν την ενέργεια ως Ακτίνες μπεκέρελ.

Ήταν το 1896 που η Marie Curie ξεκίνησε το εξαντλητικό της έργο για να διερευνήσει τη φύση των ακτίνων Becquerel. Ήταν το 1898 που ανέφερε τα αποτελέσματά του και έδειξε ότι υπήρχαν ουσίες όπως το Θόριο και οι ενώσεις του, οι οποίες είχαν επιδράσεις όπως ιονισμό του αέρα και αλλαγή φωτογραφικών πλακών.

Επιπλέον, ανακάλυψε ότι το ορυκτό pitchblende Είχε δραστηριότητα τρεις έως τέσσερις φορές μεγαλύτερη από αυτήν του παρόντος ουρανίου, λόγος για τον οποίο υποψιάστηκε ότι μια νέα ουσία θα μπορούσε να είναι σε αυτό το ορυκτό. Ο σύζυγός της Πιέρ συνεργάστηκε μαζί της στην έρευνα και μετά την απομόνωση αυτού του στοιχείου, ανακάλυψαν ότι μέχρι τότε συνέβαινε 400 φορές πιο ενεργό από το ουράνιο. Τον αποκαλούν Πολώνιο.

Μετά από περαιτέρω έρευνα με το ορυκτό pitchblende, συνέχισαν να καθιζάνουν σε αλκοόλη και σε υδατικό διάλυμα ένα κλάσμα βαρίου που εκπέμπει ενεργή ακτινοβολία, η οποία είχε ως αποτέλεσμα 900 φορές μεγαλύτερη παρά καθαρό ουράνιο. Ανήκαν σε ένα άλλο νέο στοιχείο, το οποίο ονόμασαν Ραδιόφωνο.

Στην ακτινοβολία που εκπέμπεται από το Ραδιόφωνο παρατήρησαν εντυπωσιακές ιδιότητες:

• Μετασχηματισμός οξυγόνου (O₂) στο όζον (O₃).
• Υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η₂Ή₂).
• Οι ακτινοβολίες που εκπέμπονται καταστρέφουν τα ζωντανά κύτταρα. Αυτή η ιδιότητα έχει καταστήσει αυτό το στοιχείο πολύτιμο στη θεραπεία του καρκίνου.
• Άλατα σιδήρου (Fe⁺³) και υδράργυρος (Hg⁺²) μειώνονται σε σιδηρούχα (Fe⁺²) και υδράργυρος (Hg⁺¹).

Ακτινοβολίες που εκπέμπονται από ραδιενεργά στοιχεία

Ο επιστήμονας Ernest Rutherford ήταν υπεύθυνος για τη μελέτη της ακτινοβολίας των στοιχείων ραδιενεργό, και ταξινομήθηκε σε τρεις ομάδες, ανάλογα με τη συμπεριφορά τους σε ηλεκτρικό πεδίο ή μαγνητικός:

• Ακτίνες ή σωματίδια άλφα
• Ακτίνες βήτα ή σωματίδια
• Ακτίνες γάμμα ή σωματίδια

ο ακτίνες ή σωματίδια άλφα έχουν θετική φόρτιση και είναι πυρήνες του στοιχείου Ήλιο (He). Κινούνται ελαφρώς προς τον αρνητικό πόλο (αντίθετο του θετικού) σε ηλεκτρικό πεδίο και ομοίως σε μαγνητικό πεδίο. Αφαιρούνται από τον πυρήνα του ραδιενεργού στοιχείου με ταχύτητα 2 * 10⁷Κυρία.

ο ακτίνες βήτα ή σωματίδια έχουν αρνητική χρέωση και είναι ηλεκτρόνια εκπέμπεται από τα άτομα ορισμένων στοιχείων σε ταχύτητες κοντά σε εκείνες του φωτός (3 * 10⁸ Κυρία). Η ταχύτητα των σωματιδίων βήτα είναι μεγαλύτερη από αυτήν των σωματιδίων άλφα, επειδή ένα ηλεκτρόνιο έχει μάζα πολύ μικρότερη από τους πυρήνες ηλίου.

ο ακτίνες γάμμα Δεν έχουν καμία φόρτιση, επομένως δεν εκτρέπονται σε ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο. Υποτίθεται από αυτό ότι δεν αποτελούνται από σωματίδια, αλλά από Ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Είναι πιο διεισδυτικές από τις ακτίνες Χ. Έπεται λοιπόν ότι το μήκος κύματος τους είναι μικρότερο από αυτό και ότι επομένως είναι πιο ισχυρές ακτίνες.

Χρήσεις ραδιενεργών στοιχείων

Οι εκπομπές αξιοποιούνται από ραδιενεργά στοιχεία, καθώς έχουν χρήσιμες ιδιότητες για διάφορους βιομηχανικούς και ερευνητικούς σκοπούς. Οι εφαρμογές του περιλαμβάνουν:

• ο Άνθρακας-14 Είναι πρωταγωνιστής στον τομέα της αρχαιολογίας, καθώς μας επιτρέπει να μετρήσουμε την ηλικία των απολιθωμάτων και όλων των ειδών λειψάνων φυσικής προέλευσης.
• ο Ουράνιο-238 και το Πλουτώνιο Είναι τα κύρια υλικά για την απόκτηση πυρηνικής ενέργειας. Η ραδιενεργή διάσπασή της εκπέμπει μεγάλη ποσότητα ενέργειας που μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια για να καλύψει τις ανάγκες του πληθυσμού. Είναι η καλύτερη επιλογή ως μη ρυπογόνα ενέργεια. Ωστόσο, είναι επικίνδυνο εάν υπάρχει αστοχία στον πυρηνικό σταθμό.
• ο Ραδιόφωνο Είναι το στοιχείο του οποίου η ακτινοβολία σκοτώνει καρκινικά κύτταρα κατά τη χημειοθεραπεία. Έχει αποδειχθεί αποτελεσματικό για αυτές τις θεραπείες.

Παραδείγματα ραδιενεργών στοιχείων

• Ουράνιο-238 (U)
• Ουράνιο-239 (U)
• Πλουτώνιο (Pu)
• Πολώνιο (Po)
• Ακτίνα (Ra)
• Θόριο (Θ)
• Ραδόνιο (Rn)
• Πρωτακτίνιο (Pa)
• Άνθρακας-14 (C)
• Ιώδιο-131
• Υδρογόνο-3 (τρίτιο)