רדיואקטיביות

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

יש לך הודעות חדשות (השווה לגרסה הקודמת).

סמל אזהרה לחומר רדיאקטיבי

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

1 היסטוריה
2 מקורות הקרינה הרדיואקטיבית
- 2.1 קרינת רקע טבעית
- 2.2 מקורות קרינה מעשי ידי אדם
3 השפעות הקרינה על אנשים
4 מדידת קרינה
5 מודל מתמטי של דעיכה רדיואקטיבית
6 מקורות
7 ראו גם

[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 מהאוויר במקרה של הגז רדון.

[עריכה] מקורות קרינה מעשי ידי אדם

בממוצע כל אדם סופג כ-2.4 מיליזיוורט לשנה (240 מילירם לשנה) ^[1], ערך הנע בין 0.2-10 מיליזיוורט בתלות במקום מגוריו והרגליו. מתוכם, כ-0.4 מיליזיוורט מקורם בקרינה קוסמית, 0.4 מיליזיוורט ממקורות קרינה ארציים, 1.2 מיליזיוורט משאיפת גזים רדיואקטיביים (בעיקר ראדון ו-0.3 מיליזיוורט ממזון. מקורות טבעיים תורמים כ-1.8 מיליזיוורט (80%) משיעור הקרינה הנספגת בשנה ויתר ה-20% נתרמים ממקורות קרינה מלאכותיים. בתוכם, כ-0.3 מיליזיוורט לשנה בממוצע נתרמים משימושים רפואיים של קרינה, כגון: צילומי רנטגן, רפואה גרעינית והקרנות. בין מקורות הקרינה המלאכותיים הנוספים ניתן למנות טלוויזיות, גלאי עשן וחלק מהתצוגות הזוהרות לשעונים ומדידים אחרים.

עובדים המטפלים בדלק גרעיני, לרבות כרייה, עיבוד, ניצול (למשל בכורים גרעיניים) וטיפול בדלק משומש, נחשפים לכ-1.8 מיליזיוורט לשנה בממוצע. גם עובדים במכונים אונקולוגיים, מעבדות למחקר גרעיני וחיילים המוצבים בצוללות ובספינות גרעיניות נחשפים לקרינה בשיעור נמוך יותר בממוצע. החשיפה של עובדים אלה לקרינה מנוטרת באמצעות מד מינון קרינה (דוזימטר). אנשי צוות אוויר נחשפים לכ-3.0 מיליזיוורט לשנה בממוצע, בשל שיעור מוגבר של חשיפה לקרינה קוסמית.

[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 בזיוורט (:en:Sievert) או בקיצור (Sv). מנת קרינה של גריי אחד של קרינת בטא, גמה או רנטגן גורמת נזק של זיוורט אחד. מנת גריי אחת של קרינת אלפא גורמת נזק של 20 זיוורט. הזיוורט הוא יחידה גדולה למדי ולכן נהוג לעבוד עם מיליזיוורט (mSv) או מיקרוזיוורט. בארצות הברית (ובארץ) עדיין נהוג להשתמש ביחידה הקרוי רם (rem) או מילירם (mrem) במקום בזיוורט. זיוורט אחד שווה ערך ל-100 רם.

הקרינה ניתנת לאיתור באמצעות מד קרינה (מונה גייגר) או מד מינון קרינה (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 $\ \ln(2) / \lambda$ : 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

$\ N(t) = N_0 \exp( - \lambda t) = N_0 e^{- \lambda t}$