Elemente radioactive

Redactor: Bogdan Teletin

Grafician: Lavinia Dumitru

Proprietățile chimice ale oricărui atom sunt determinate de numărul de protoni din nucleul său. Pe măsură ce atomii devin din ce în ce mai mari, nucleele devin din ce în ce mai grele, iar protonii au nevoie de neutroni care împiedică ca încărcările pozitive ale protonilor să se respingă reciproc, datorită unei forțe nucleare puternice.

Elementele pot exista cu un număr ușor diferit de neutroni. Numim aceste elemente izotopii unui element. Numărul de protoni din izotopii unui element va fi întotdeauna același, asta însemnând că elementul este neschimbat și, prin urmare, va reacționa chimic exact în același mod. În cele mai multe cazuri există mai mult de un izotop stabil al unui element. Cu toate acestea, uneori, nu există destui neutroni într-un nucleu sau sunt prea mulți pentru ca acesta să fie stabil. Nucleele vor încerca să se stabilizeze. Dacă există prea mulți protoni sau prea mulți neutroni, nucleul se poate rearanja spontan și se poate debarasa de particule în acest proces. Acesta este, în esență, ceea ce se întâmplă în dezintegrarea radioactivă.

Izotopii care au nuclee instabile sunt cunoscuți ca izotopi radioactivi sau radioizotopi. Cu cât un nucleu este mai instabil, cu atât mai repede va încerca să se rearanjeze într-o stare mai stabilă. Aceasta este cunoscută sub numele de dezintegrare radioactivă.

Fisiunea are loc atunci când un neutron se lovește de un atom mai mare, forțându-l să se divide în doi atomi mai mici, cunoscuți și sub denumirea de produse de fisiune. Sunt eliberați și neutroni suplimentari care pot iniția o reacție în lanț. Când fiecare atom se divide, se eliberează o cantitate enormă de energie. Uraniul și plutoniul sunt cel mai frecvent utilizate pentru reacțiile de fisiune în reactoarele nucleare, deoarece sunt ușor de inițiat și controlat. Energia eliberată de fisiune în aceste reactoare încălzește apa care isi starea de afregare in abur. Aburul este folosit pentru rotirea unei turbine pentru a produce energie electrică.

Fuziunea are loc atunci când doi atomi se lovesc împreună pentru a forma un atom mai greu, ca atunci când doi atomi de hidrogen fuzionează pentru a forma un atom de heliu. Acesta este același proces care alimentează soarele și creează cantități uriașe de energie - de câteva ori mai mare decât fisiunea. De asemenea, nu produce produse de fisiune foarte radioactive. Reacțiile de fuziune au fost studiate de oamenii de știință, dar sunt dificil de susținut pentru perioade lungi de timp din cauza cantității uriașe de presiune și temperatură necesare pentru a uni nucleele.

Un reactor nuclear este condus de scindarea atomilor, un proces numit fisiune, în care o particulă (un neutron) se lovește un atom, care apoi se divide în doi atomi mai mici și câțiva neutroni suplimentari. Unii dintre neutronii care sunt eliberați lovesc apoi alți atomi, făcându-i și pe aceștia să se dividă și să elibereaze mai mulți neutroni. Aceasta se numește o reacție în lanț. Aceasta reacție în lanț eliberează o cantitate mare de energie sub formă de căldură. Căldura generată este îndepărtată din reactor printr-un fluid, de obicei apă. Această căldură poate fi apoi folosită pentru a genera abur, care antrenează turbinele pentru producerea de energie electrică. Pentru a se asigura că reacția nucleară are loc la viteza potrivită, reactoarele au sisteme care accelerează, încetinesc sau opresc reacția nucleară și căldura pe care o produce. Acest lucru se face în mod normal cu tije de control, care sunt de obicei realizate din materiale care absorb neutroni, cum ar fi argintul și borul.

O reacție în lanț se referă la un proces în care neutronii eliberați în fisiune produc o fisiune suplimentară în cel puțin un alt nucleu. Acest nucleu produce la rândul său neutroni, iar procesul se repetă. Procesul poate fi controlat (putere nucleară) sau necontrolat (arme nucleare).

Neutronul eliberat călătorește cu viteze de aproximativ 10 milioane de metri pe secundă, sau aproximativ 3% din viteza luminii. Timpul caracteristic pentru o generație este aproximativ timpul necesar pentru a traversa diametrul sferei de material fisionabil.

Bombele nucleare au puterea echivalenta cuprinsa intre 10 tone TNT și 50 megatone TNT.

La 50 de secunde de la explozie, unda de șoc a parcurs aproximativ 19 km. Apoi se deplasează cu aproximativ 1261 de kilometri pe oră, ceea ce este puțin mai rapid decât viteza sunetului la nivelul mării.

Radioizotopii sunt o parte esențială a procedurilor de diagnosticare medicală. În combinație cu dispozitivele de imagistică care înregistrează razele gamma emise din interior, acestea pot fi folosite pentru imagistica pentru a studia procesele dinamice care au loc în diferite părți ale corpului.

În utilizarea radiofarmaceuticelor pentru diagnostic, pacientului i se administrează o doză radioactivă, iar activitatea în organ poate fi apoi studiată fie ca o imagine bidimensională, fie, folosind tomografie, ca o imagine tridimensională. Tehnicile de diagnosticare în medicina nucleară folosesc „markeri” radioactivi care emit raze gamma din interiorul corpului. Acești trasori sunt, în general, izotopi de scurtă durată legați de compuși chimici care permit analizarea cu atenție a unor procese fiziologice specifice. Ele pot fi administrate prin injectare, inhalare sau pe cale orală.

Peste 10.000 de spitale din întreaga lume folosesc radioizotopi în medicină, iar aproximativ 90% din proceduri sunt pentru diagnostic. Cel mai frecvent radioizotop utilizat în diagnostic este tehnețiul-99 (Tc-99), cu aproximativ 40 de milioane de proceduri pe an, reprezentând aproximativ 80% din toate procedurile de medicină nucleară și 85% din scanările de diagnosticare în medicina nucleară din întreaga lume.

Ele pot ajuta medicii să găsească, să identifice și să măsoare tumorile sau să vadă problemele dintr-un organ. Pentru terapie, materialele radioactive sunt folosite pentru a distruge țesutul canceros, a micșora o tumoare sau a reduce durerea. Deșeurile radioactive sunt un produs secundar de la reactoare nucleare, fabrici de procesare a combustibilului, spitale și unități de cercetare. Deșeurile radioactive sunt, de asemenea, generate în timpul dezafectării și demontării reactoarelor nucleare și a altor instalații nucleare. Există două clasificări largi: deșeuri cu activitate înaltă sau deșeuri cu activitate scăzută.

Una dintre cele mai mari preocupări pe care le are lumea în ceea ce privește eliminarea deșeurilor nucleare este impactul pe care materialele periculoase l-ar putea avea asupra animalelor și vieții plantelor. Deși de cele mai multe ori deșeurile sunt bine etanșate în interiorul unor recipiente alcătuite adesea din metale precum cuprul, fierul, oțelurile inoxidabile, aliajele de titan și aliajele pe bază de nichel, uneori pot apărea accidente și pot apărea scurgeri.