放射性崩壊は、非常にエネルギーの高い放射線と素粒子の放出を介して安定性を達成するための原子核の旅です。この現象は放射能と呼ばれます。「放射能」という言葉に対する私たちの脳の反応は、多くの場合、スーパーヒーローの世界に方向転換します。たとえば、街を振り回したり、人間の火の玉になったり、悪者をぶち壊したりします。あるいは、核の放射性降下物の後、あなたの心は終末論的な非常に暗い世界に召喚されるかもしれません。中間点はありません。しかし、120 年前の世界では、放射能に対する認識がまったく異なっていました。実際、それは健康と活力の奇跡的な貯蔵庫であると考えられていました。ラジウムのような放射性元素は、あらゆるものの成分として現れ始めました。 歯磨き粉や時計の文字盤から水やバターまで！
では、何が起こったのでしょうか?このような一見驚くべき発見が、どのようにして私たちのベッドの下で世界中の人々を怖がらせる怪物に変わったのでしょうか? 特定の元素が放射性であるのはなぜですか?
誤って花粉を吸い込み、くしゃみを待っているところを想像してみてください。さあ、その気持ちを抱きしめて。それは、特定の原子が常に経験していることです。つまり、余分なものを追い出して安定性を取り戻したいという衝動です。私たちの身の回りにあるものはすべて、ほとんどが安定した原子を持つ元素で構成されています (つまり、炭素が豊富な木製のテーブルは、自然に別のものに分解されることはありません)。原子の安定性を維持する役割を担う亜原子コンポーネントは原子核です。
原子核の中には、プラスに帯電した陽子と中性子があります。これらの「核子」は、強力な核力と呼ばれる接着剤によって結合されています。この強い力は、同じように荷電した陽子の反発する静電力を打ち消し、原子核を安定に保ちます。核力の作用範囲は短く、核内の中性子と陽子の比率に依存します。
しかし、中性子の数が陽子の数を超えると、力のバランスが崩れ始めることがわかります。例:6 n と 6 p を持つ炭素 12 は安定同位体ですが、C 14 は 8 n と 6 p を持つため、不安定同位体になります。あるいは、原子核は、ビスマス 209 よりも重い原子核のように、強力な原子核の力が快適に保持できる中性子と陽子のしきい値数を超えている可能性があります。これらのシナリオは、元素の不安定同位体を生じさせます。
くしゃみをすると、体が一連の膨張と収縮によって刺激物質を排出するのと同じように、元素の不安定同位体がさまざまな粒子やエネルギー形態を放出して、原子核内の力のバランスを取り戻します。この安定性を達成する過程で、それらは新しい核に変わります。
安定を得るために何か新しいものに変化するこの特性は、私たちが放射能と呼んでいるものです。 そしてそれが変形する過程は放射性崩壊と呼ばれます。
原子核はどのように放射性崩壊を受けるのですか?
原子核は、アルファ線、ベータ線、またはガンマ線 (場合によっては 3 つすべての組み合わせ) の放出によって、核崩壊または放射性崩壊を受ける可能性があります。
アルファ粒子は基本的にヘリウム原子核であり、2 つの陽子と 2 つの中性子で構成されています。
(写真提供:PerOX/Wikimedia Commons)
アルファ粒子は比較的重い。空気中を数センチしか移動できず、紙やプラスチックで簡単に止めることができます。
ベータ粒子は、中性子から陽子へ、またはその逆の変換の結果として、非常に重い元素の原子核から放出される電子または陽電子です。
(写真提供:Shreya Jaiswal08/Wikimedia Commons)
ベータ粒子は、アルファ粒子よりも高いエネルギーと透過力を持っていますが、本質的に電離性が低くなります。それらは空気中を移動できますが、薄い金属板や防護服でさえも止めることができます.最後に、放射性崩壊の最もエネルギッシュで致命的な形態であるガンマ線です。これは、アルファおよびベータ崩壊プロセスが発生した後、より高いエネルギー状態のままである原子核によって放出される高エネルギー光の形式ですが、より安定したより低いエネルギー状態に戻る必要があります。原子核は、これらすべての崩壊を自然に受け、数秒以内に安定した形に変化するか、数日、数年、さらには数百年かかる場合があります。この率は半減期によって決まります 放射性物質の、すなわち、放射性物質がその初期値の半分に減衰するのにかかる時間。
放射能と核エネルギーの台頭
キュリー夫人に言及せずに放射能について語ることはできません。彼女の鉛で封印された高放射能の実験室、ノート、料理本、家具はすべてラジウムで汚染されており、今後 12,000 年ほど続くでしょう。しかし、それらは彼女のこの分野への貢献の証であり、彼女の 2 の背後にある理由です。 ノーベル賞。
1900 年代初頭にマリー キュリーとピエール キュリーがアンリ ベクレルと共に放射能と放射性元素を発見したことで、原子物理学のまったく新しい分野への扉が開かれました。この前進は、最終的に原子と核エネルギーのさまざまな構成要素の発見につながりました。
マリー・キュリーの実験ノート (写真提供:Wellcome Images/Wikimedia Commons)
ウラン 235 やプルトニウム 239 などの放射性元素は、膨大な量のエネルギーを放出する中性子で攻撃されます。原子炉内で正しく操作された場合、これらの燃料は長時間のエネルギー源として機能します。 1 キログラムのウラン 235 は、核分裂によってほぼ 24,000,000 kWh の電力を生成できますが、1 kg の石炭は 8kWh のエネルギーしか生成できません。この電源を適切に活用することで、二酸化炭素排出量の増加という世界的な問題を解決できる可能性があります。しかし、ここでのアキレス腱は、使用済み放射性燃料の安全な処分と、核事故への広範な恐怖です。
何十年も前にチェルノブイリ原子炉で起こったことは、今日に至るまで人類を揺さぶり続けています。原子炉のメルトダウンという 1 つの事件と、1 エーカーの土地全体が何世代にもわたって居住不可能になりました。言うまでもなく、何千人もの命が放射能汚染の消えることのない影響にさらされたことは言うまでもありません。
当局は、放射線が大気中に漏れるのを防ぐために、プラントの周りにコンクリートの石棺を建設しました。さらに、原子炉の残骸は分厚い鉄の壁の格納容器の中にあります。クリーンアップ プロトコルは 2065 年まで継続されます。
2011 年に津波に見舞われた福島第一原子炉は、事故の半径 20 km で数千人が避難を余儀なくされました。当局は、影響を受けた地域の表土の除去と処分だけでなく、周辺の清掃も行っています。
放射能の影響
放射性物質の有害な影響は、放射線被ばくによって間接的に、または接触や摂取によって直接的に私たちの体に影響を与える可能性があります.
放射線被ばく
全体として、放射線は危険ではありません。反射面で跳ね返る光、食品を加熱するマイクロ波、または携帯電話が受信する信号はすべて異なる形態の放射線ですが、すべての生物学的形態に特に有害な放射線の種類が 1 つあります。電離放射線または核放射線です。
放射性物質は、その崩壊プロセス中に電離放射線を放出します。電離放射線は、電子をノックオフすることにより、中性原子を正に帯電したイオンに容易に変えることができます。生物がそのような高エネルギーの放射線にさらされた場合、誰かが放射能を帯びたり超能力を持ったりするわけではありませんが、放射線中毒にかかりやすくなります.
核放射線による放射線中毒は、DNA の分子構造を容易に損傷し、生きている細胞に害を及ぼす可能性があります。これらの光線は発がん性があるため、大量または長期の線量は致死的であることが判明する可能性があります.
放射能汚染
放射性物質は体の内外に直接接触するため、この形態の浸潤は危険性を 2 倍に高めます。体を放射線中毒の影響にさらすだけでなく、特定の体の部分に影響を与えて内部損傷を引き起こします.
私たちの体は、放射性ラジウムを摂取するとカルシウムと間違えます。その後、体内のカルシウムをラジウムに置き換え続け、骨や歯の壊死につながります.ウランを摂取すると、主に腎臓を攻撃して損傷します。
放射能は常に有害ですか?
毒物学には「投与量が毒を作る」という格言があります。規制されていない量の放射性物質にさらされると、重度の遺伝子変異やがんを引き起こす可能性がありますが、規制されていれば、がんを治すこともできます。放射性ヨウ素は、がんを治療するための放射線療法や、甲状腺の画像検査に使用されます。放射性テクネチウムは、心臓、骨、およびその他の器官の欠陥の検出に使用されます。
放射性 C-14 炭素は、炭素年代測定法で使用されます。これは、かつて生きていた、または生物物質で構成されていた物の年齢を判断するのに役立ちます。一部の国では、果物や野菜の表面の細菌を殺すために、包装前に生鮮食品に放射線を照射することさえあります。微量のアメリシウム 241 が煙警報器に使用され、毎年何千人もの命を救っています。
結論
人類と放射能は長い間平和に共存してきました。私たちが呼吸する空気、スムージーに含まれるバナナ、道を案内する出口標識には、すべて放射性元素が含まれていますが、安全な量です!技術的には、私たちの体にはカリウムと炭素の放射性同位元素が非常に微量に含まれているため、私たちも放射性です。放射能はどこにでもあり、生命は地球の核を焼き続け、居心地の良い磁気バブルの下で私たちを確実に保護するために、永遠に放射能の恩恵を受け続けています.
しかし、仮説としては、未知の土地にバックパッキングすることになり、バッグのガイガー カウンターが大きなパチパチという音を立て始めたら、おそらく走り始めるべきです!
