Radioaktivno zračenje — šta se krije u detektoru dima?

🎬 Video

📖 Pojmovi

Kako detektor oseti dim

U detektoru dima je sićušna količina americijuma, čija jezgra neprestano izbacuju brze čestice. One otkidaju elektrone od molekula vazduha između dve pločice — vazduh postaje provodnik i kroz njega teče slaba struja, kao u času o struji kroz gasove. Kad u detektor uđe dim, čestice dima zarobe jone, struja oslabi, i oglasi se alarm. Alfa čestice ne mogu da izađu iz kućišta, a ostalo zračenje izvan njega je zanemarljivo. Ali detektor se nikad ne otvara i iz njega se ne vadi izvor; pokvaren detektor ne baca se u smeće, nego predaje na mestu za takav otpad.

Alfa čestice

Čestice koje izbacuje americijum zovu se alfa čestice. Svaka je grupica od dva protona i dva neutrona — isto što i jezgro helijuma, $^{4}_{2}\mathrm{He}$. Pozitivne su i, u poređenju sa elektronom, ogromne mase. Zato se sudaraju sa svakim atomom na putu i brzo ostaju bez energije: u vazduhu stignu tek nekoliko centimetara, a kroz kožu ili tanak karton ne prolaze. Napolju su skoro bezopasne, ali iznutra su veoma opasne — ako se udahne ili pojede njihov izvor. Zato se podrumi i prizemlja u kojima se skuplja radioaktivni gas radon redovno provetravaju.

Roditelj i potomak

Kad jezgro izbaci alfa česticu, ono izgubi dva protona i dva neutrona, ukupno četiri nukleona: redni broj mu se smanji za 2, a maseni za 4 — postane drugi element. Početno jezgro zove se roditelj, a novo potomak. Na primer, radijum postaje radon: $^{226}_{88}\mathrm{Ra} \rightarrow ^{222}_{86}\mathrm{Rn} + ^{4}_{2}\mathrm{He}$. Ovakvo samostalno pretvaranje nestabilnog jezgra u stabilnije, uz izbacivanje zračenja, zove se radioaktivni raspad ili radioaktivnost.

Beta zraci

Neka jezgra se menjaju drugačije: neutron se u njima pretvori u proton i izbaci elektron — to su beta-minus zraci; uz elektron izleti i sićušna neutralna čestica, antineutrino. Maseni broj ostaje isti, a redni poraste za 1: $^{14}_{6}\mathrm{C} \rightarrow ^{14}_{7}\mathrm{N} + e^-$. Ima i obrnutog slučaja: proton postane neutron i izleti pozitron — čestica kao elektron, samo pozitivno naelektrisana (beta-plus zraci, uz neutrino); redni broj se tada smanji za 1. Beta čestice prolaze kroz papir, a zaustavlja ih aluminijum debeo nekoliko milimetara.

Gama zraci

Jezgru posle raspada često ostane višak energije, koji ono odaje kao gama zrake. Gama zraci su „rođaci“ svetlosti: takođe elektromagnetno zračenje koje se kreće brzinom svetlosti, samo sa mnogo više energije od svetlosti, pa i od rendgenskih zraka. Redni i maseni broj se ne menjaju. Gama zraci prolaze kroz papir i aluminijum, a za zaštitu od njih potrebni su debeli zidovi od olova ili betona.

Šta radi električno polje

Kad se sve tri vrste zračenja propuste između dve naelektrisane ploče, alfa čestice (pozitivne) skrenu ka negativnoj ploči, beta-minus (negativni elektroni) ka pozitivnoj, a gama zraci, koji nisu naelektrisani, prođu pravo. U magnetnom polju alfa i beta takođe skreću na suprotne strane, a gama ne skreće.

Zašto je zračenje opasno

Sve tri vrste zračenja otkidaju elektrone od atoma kroz koje prolaze. U živoj ćeliji to može da razbije molekule koji upravljaju njenim radom, pa i one koji nose nasledni zapis. Oštećena ćelija može da propadne, ili — što je još gore — da počne da se deli bez kontrole i da napravi tumor. Zato se izvori zračenja drže zatvoreni, daleko od ljudi, i sa njima rade samo obučeni stručnjaci.

Ko je stabilan, a ko nije

Većina jezgara u prirodi je stabilna i ostaje ista milijardama godina. Isti element može imati i stabilne i nestabilne izotope: ugljenik-12 je stabilan, a ugljenik-14 radioaktivan. Posle olova, za sve elemente sa više od 82 protona, stabilnih izotopa uopšte nema; čak i među lakšim elementima ima izuzetaka, kao što je tehnecijum, čiji su svi izotopi radioaktivni.

Period poluraspada

Kada će se raspasti jedno određeno jezgro, ne može se predvideti. Ali kod velikog broja jezgara važi pravilo: za neko stalno vreme raspadne se polovina onih koja su još preostala. To vreme je period poluraspada $T_{1/2}$. Posle jednog perioda ostane polovina, posle dva četvrtina, posle tri osmina. Period zavisi samo od vrste jezgra, ne od temperature ili pritiska, i kreće se od delića sekunde do milijardi godina, pa i mnogo duže: za americijum-241 oko 430 godina, za ugljenik-14 oko 5700 godina. Tehnecijum-99m, koji lekari koriste za snimanje organa, ima period od oko 6 sati, pa brzo nestane iz tela.

Ko je otkrio zračenje

Francuski fizičar Anri Bekerel otkrio je 1896. godine da uranova ruda zacrni fotografsku ploču umotanu u crni papir — iz nje je izlazilo nevidljivo zračenje. Marija Kiri i Pjer Kiri istražili su tu pojavu, dali joj ime radioaktivnost i otkrili nove radioaktivne elemente, polonijum i radijum. Pavle Savić, fizičar iz Srbije, istraživao je u Parizu zajedno sa Irenom Žolio-Kiri, ćerkom Marije i Pjera, ozračeni uran — i ti ogledi su pomogli da se otkrije cepanje jezgra.

Zračenje je i u prirodi

Malo radioaktivnosti ima svuda: u stenama, zemlji, građevinskom materijalu, pa i u našem telu i hrani, na primer u kaliju iz banane. Sa visine stiže i kosmičko zračenje. Ta prirodna radioaktivnost je slaba i živi svet je uz nju nastao. Postoje i veštački radioaktivni izotopi, koje ljudi prave za medicinu i tehniku — o njima u jednom od sledećih časova.

🧮 Formule

❓ Pitanja

✏️ Rešeni zadaci

📝 Test

Kod računskih zadataka reši u svesci i upiši rezultat (decimalni broj sa zarezom, npr. 2,5), a kod ostalih izaberi tačan odgovor.