Prirodna radioaktivnost je spontani, slučajni događaj kojim nestabilni izotop prelazi u neko stabilnije stanje. Tempo radioaktivnog raspada zavisi od preostalog broja nestabilnih izotopa i opisuje se periodom poluraspada.
Dinamika atomskog jezgra
Video čas
Radioaktivnost – osnovni pojmovi i zakonitosti
Radioaktivnost nije proizvod moderne tehnologije – ona postoji od nastanka Svemira. Mi smo za nju saznali tek krajem XIX veka, kada je Anri Bekerel otkrio da soli uranijuma mogu da zamagle fotografske ploče čak i bez prisustva svetlosti. Marija Kiri, koja je uvela termin „radioaktivnost“, pokazala je da se uranijum zračenjem pretvara u druge elemente.
Šta je radioaktivnost?
Radioaktivnost je proces u kojem se nestabilno atomsko jezgro transformiše u stabilnije jezgro. Pri tom može nastati:
- novi element (transmutacija),
- ili samo stabilnija verzija istog elementa.
Ovaj proces prati emisija:
- čestica (alfa, beta),
- ili gama zračenja (višak energije).
Zašto je radioaktivni raspad slučajan?
Raspad jednog jezgra je stohastički proces – ne možemo predvideti kada će se desiti. Može biti za delić sekunde ili za milijarde godina. Međutim, ako posmatramo veliki broj jezgara, pojavljuje se zakonitost: vreme potrebno da se raspadne polovina jezgara je konstantno.
Period poluraspada
To vreme nazivamo period poluraspada (( T_{1/2} )). Nakon svakog perioda poluraspada, broj neraspadnutih jezgara se prepolovi:
- posle prvog perioda:
$ N = \frac{N_0}{2} $ - posle drugog:
$ N = \frac{N_0}{4} $
i tako dalje.
Matematički opis raspada
Broj neraspadnutih jezgara u trenutku ( t ) dat je eksponencijalnom funkcijom:
$ N(t) = N_0 \cdot e^{-\lambda t} $
gde je:
- ( N_0 ) – početni broj jezgara,
- ( \lambda ) – konstanta raspada (verovatnoća raspada u jedinici vremena).
Ako je proteklo vreme jednako periodu poluraspada, važi:
$ \frac{N_0}{2} = N_0 \cdot e^{-\lambda T_{1/2}} $
Skraćivanjem i logaritmovanjem dobijamo vezu:
$ \lambda = \frac{0.693}{T_{1/2}} $
Aktivnost radioaktivnog uzorka
Aktivnost (( A )) pokazuje koliko se raspada desi u uzorku svake sekunde:
$ A = \lambda \cdot N $
Meri se u Bekerelima (Bq), gde 1 Bq znači jedan raspad u sekundi.
Ako uvrstimo izraz za ( N(t) ), dobijamo:
$ A(t) = A_0 \cdot e^{-\lambda t} $
Veći uzorak istog radionuklida ima veću aktivnost jer sadrži više jezgara. Zato se uvodi specifična aktivnost:
$ a = \frac{A}{m} \quad \text{(Bq/kg)} $
Radioaktivnost oko nas
Prirodna radioaktivnost je svuda – u zemljištu, vodi, pa i u našem telu. Osim kosmičkog zračenja, izloženi smo radonu, uranijumu, torijumu i drugim radionuklidima. Sa prirodnom radioaktivnošću živimo milionima godina, ali nekontrolisana upotreba radionuklida u industriji i medicini može biti opasna.
Černobiljska katastrofa je nuklearna nesreća koja se dogodila 26. aprila 1986. u nuklearnoj elektrani Lenjin u blizini grada Pripjat u Ukrajini. Smatra se je to najveća ekološka katastrofa u istoriji nuklearne energije. Elektrana se sastojala od 4 reaktora, svaki reaktor je proizvodio 1 GW električne energije, a sva četiri reaktora su zajedno proizvodili oko 10% ukupne električne energije trošene u Ukrajini. Prva eksplozija na četvrtom reaktoru je prouzrokovala dalje eksplozije koje su praćene oslobađanjem velike količine radioaktivnog otpada u atmosferu. Radioaktivni oblaci prekrili su gotovo celu Evropu. Iz oblasti je evakuisano preko 100.000 stanovnika, a Pripjat je danas napušten i nalazi se u centru zabranjene zone.