La radioactivité est le processus par lequel libération particules instables atomiques des noyaux énergétiques subatomiques ou rayonnement électromagnétique (EMR). Ce phénomène peut entraîner un élément de se transformer en un autre et est en partie responsable de la chaleur du noyau de la Terre. La radioactivité a un large éventail d'utilisations, y compris l'énergie nucléaire, en médecine et dans la datation des échantillons biologiques et géologiques. Il est aussi potentiellement dangereux, comme des particules de haute énergie et les radiations peuvent endommager et tuer les cellules, et de modifier l'ADN , provoquer le cancer.
Désintégration radioactive
Les noyaux atomiques instables se dit à la pourriture, ce qui signifie qu'ils perdent une partie de leur masse ou d'énergie afin d'atteindre un plus stable, moins d'énergie, l'Etat. Ce processus est le plus souvent vu dans les éléments plus lourds, comme l'uranium . Aucun des éléments plus lourds que le plomb n'a aucun stables isotopes , mais des éléments plus légers peut également exister dans instable et radioactif, formulaires, tels que le carbone-14. On pense que la chaleur provenant de la désintégration d'éléments radioactifs maintient la température très élevée du noyau de la Terre, en le maintenant à l'état liquide, ce qui est essentiel pour le maintien du champ magnétique qui protège la planète des rayonnements nocifs.
La désintégration radioactive est un processus aléatoire, ce qui signifie qu'il est physiquement impossible de prédire si oui ou non une donnée atomique noyau se désintègre et émettre un rayonnement à un moment donné. Au lieu de cela, elle est quantifiée par la demi-vie, qui est la période de temps nécessaire pour que la moitié d'un échantillon donné de noyaux à la pourriture. La demi-vie s'applique à un échantillon de n'importe quelle taille, à partir d'une quantité microscopique de tous les atomes de ce type dans l'univers. Isotopes radioactifs différentes varient considérablement dans leur demi-vie, qui vont de quelques secondes, dans le cas de astatine -218, à des milliards d'années pour l'uranium 238.
Types de Decay
Pour être stable, un noyau ne peut pas être trop lourd, et doit avoir un bon équilibre de protons et de neutrons. Un noyau lourd - celui qui a un grand nombre de protons et de neutrons - tôt ou tard, perdre du poids ou de la masse, en émettant une particule alpha, qui est constitué de deux protons et de deux protons liés ensemble. Ces particules ont une charge électrique positive, et, par rapport à d'autres particules qui peuvent être émises, sont lourdes et se déplaçant lentement. La désintégration alpha dans un élément qui lui fait changer en un élément léger.
La désintégration bêta survient lorsque le noyau a trop de neutrons pour son nombre de protons. Dans ce processus, un neutron , ce qui est électriquement neutre, spontanément changements dans une chargée positivement proton en émettant un chargé négativement électronique . Ces électrons de haute énergie sont connus comme des rayons bêta, ou des particules bêta. Puisque cela augmente le nombre de protons dans le noyau, cela signifie que l'atome changements à un élément différent avec plus de protons.
Le processus inverse peut se produire là où il y a trop de protons, par rapport à neutrons. En d'autres termes, un proton se transforme en neutron en émettant un positron , qui est l'antiparticule de charge positive de l'électron. Cela est parfois appelé désintégration bêta positif, et les résultats de l'atome se transforme en un élément avec moins de protons. Les deux types de désintégration bêta produire des particules qui sont très léger et rapide chargées électriquement.
Bien que ceux-ci libèrent de l'énergie transformations sous la forme d'une masse, ils peuvent aussi laisser le noyau reste dans un état «excité», où il a plus que sa quantité minimale d'énergie. Il va donc perdre cette énergie supplémentaire en émettant un rayonnement gamma - une forme très haute fréquence du rayonnement électromagnétique.Les rayons gamma n'ont aucun poids, et voyagent à la vitesse de la lumière.
Certains noyaux lourds peut, au lieu de émettant des particules alpha, en fait divisé à part, libérant beaucoup d'énergie, un processus connu sous le nom fission nucléaire. Il peut se produire spontanément dans certains isotopes d'éléments lourds, comme l'uranium-235. Le processus libère également des neutrons. Ainsi que se passe spontanément, la fission peut être provoquée par un noyau lourd absorbant un neutron. Si suffisamment de matière fissile est rassemblée, une réaction en chaîne peut avoir lieu que si les neutrons produits par la fission d'autres noyaux provoquent de diviser, en libérant d'autres neutrons, et ainsi de suite.
Utilise
Les utilisations les plus connues de radioactivité sont peut-être dans les centrales nucléaires et les armes nucléaires. Les premières armes atomiques ont fait usage d'une réaction en chaîne emballement de libérer une énorme quantité d'énergie sous forme de chaleur intense, la lumière et des rayonnements ionisants. Bien que les armes nucléaires modernes utilisent principalement fusion pour libérer l'énergie, cela est toujours initiée par une réaction de fission. Les centrales nucléaires utilisent la fission contrôlée avec soin pour produire de la chaleur pour actionner des turbines à vapeur produisant de l'électricité.
En médecine, la radioactivité peut être utilisé de manière ciblée à détruire des tumeurs cancéreuses. Comme il est facilement détectée, il est également utilisé pour suivre la progression et l'absorption des médicaments par les organes, ou pour vérifier qu'ils fonctionnent correctement. Les isotopes radioactifs sont souvent utilisés pour des échantillons de date de matière. Les substances organiques peuvent être datés par la mesure de la quantité de carbone-14 qu'ils contiennent, tandis que l'âge d'un échantillon de roche peut être déterminée en comparant les montants des différents isotopes radioactifs présents. Cette technique a permis aux scientifiques de mesurer l'âge de la Terre.
Effets sur la santé
Dans un contexte de santé, toutes les émissions de noyaux atomiques en décomposition, si les particules ou DME, ont tendance à être décrit comme le rayonnement, et ils sont tous potentiellement dangereux. Ces émissions sont soit ionisant en eux-mêmes ou d'interagir avec la matière dans le corps d'une manière qui produit un rayonnement ionisant. Cela signifie qu'ils peuvent arracher des électrons aux atomes, les transformant en ions chargés positivement. Ceux-ci peuvent alors réagir avec d'autres atomes dans une molécule ou des molécules voisines, provoquant des changements chimiques qui peuvent tuer des cellules ou provoquer des cancers, en particulier si le rayonnement a interagi avec l'ADN.
Le type de rayonnement qui est le plus dangereux pour les humains dépend des circonstances dans lesquelles il se produit. Les particules alpha ne peuvent se déplacer sur une courte distance à travers l'air et ne peuvent pas pénétrer à travers la couche externe de la peau. S'ils entrent en contact avec des tissus vivants, cependant, ils sont la forme la plus dangereuse de radiations. Cela peut arriver si quelque chose qui émet un rayonnement alpha est avalé ou inhalé.
Le rayonnement bêta peut pénétrer dans la peau, mais est arrêtée par une mince couche de métal, tel qu'une feuille d'aluminium. Neutrons et les rayons gamma sont beaucoup plus pénétrant et le blindage épais est nécessaire pour protéger la santé. Comme la plupart des rayons gamma passe juste à travers le corps, il est généralement moins susceptibles de causer des maladies à de faibles niveaux, mais il est toujours un danger très grave. Si les matériaux, y compris des tissus vivants, absorbent des neutrons, ils peuvent devenir radioactifs eux-mêmes.
L'exposition au rayonnement nocif est généralement mesurée en termes de quantité d'énergie absorbée par le matériau exposé, une mesure qui peut être appliquée à toutes les formes de rayonnement et de tous les matériaux, même si elle est le plus souvent utilisé dans le contexte de la santé humaine. L'unité SI de l'exposition est le gris, l'un étant équivalent gris à un joule d'énergie absorbée par kilogramme de matière. Aux Etats-Unis, cependant, un autre appareil - le rad, ce qui équivaut à 0,01 gris - est souvent utilisé.
Puisque les différents types de radioactivité se comportent de manière différente, une autre mesure, le sievert, est utilisé pour donner une meilleure idée des effets probables sur la santé d'une dose donnée. Elle est calculée en multipliant la dose de gris par un facteur de qualité qui est spécifique à un type particulier de rayonnement. Par exemple, le facteur de qualité pour le rayonnement gamma est égal à 1, mais la valeur pour les particules alpha est de 20. Par conséquent, l'exposition des tissus vivants à 0,1 grays de particules alpha se traduirait par une dose de 2,0 sieverts, et serait attendu d'avoir vingt fois l'effet biologique comme un gris de rayonnement gamma. Une dose de quatre à cinq sieverts, reçus au cours d'une courte période de temps, comporte un risque de 50% des décès dans les 30 jours.
