Radiactivitas

Radiactivitas aut nucleus dissiliens vel tabescens sunt radiationes (materiae particularum et energiae) ex instabilibus atomorum nucleis sponte emissae quae ultra certum modum animantibus periculosae fiunt. Tales nuclei instabiles et compositionem suam mutantes mobiles vel radiactivi appellantur. Pariter atomi, quibus nuclei radiactivi insunt, radiactivi nominantur.

Symbolum periculi materiem radiactivam significat.

Plures atomi terrestres non sunt radiactivi, sed atomi qui numerum neutrorum habent supra aut infra numerum necessarium pro stabilitate exhibent radiactivitatem. Exempli gratia, carbonii atomus 6 protones habet, saepius 6 quoque neutrones; numerus atomicus est ergo 12 et hunc isotopum "carbonium-12" nominamus. Sunt autem atomi carbonii qui 8 neutrones habent. Haec carboni varietas est "carbonium-14" et radiactiva est. Varietates eiusdem elementi chemici quae non eundem neutronum numerum habent sunt isotopi. Exempli gratia, carbonium-12 et carbonium-14 sunt isotopi elementi carbonii.

Homines radiactivitatem ad suam utilitatem accomodarunt tam militarem cum bomba atomica, quod Societas Internationalis pro Energia Atomica prohibet, quam civilem in reactris nuclearibus quae electricitatem producunt aut in medicina nucleari.

Radiactivitatem primus descripsit Antonius Henricus Becquerel die 24 Februarii 1896, deinde Maria Curie, chemica Polona quae Lutetiae physicae studuit.

De radiactivitate inventa

Anno 1896, Henricus Becquerel physicus Francicus oxidum uranii supra laminam photographicam tegumento opaco involutam forte reliquit. Nihilominus animadvertit maculas nigras in lamina apparuisse unde rem multum miratus collegit radiationis genus fuisse. Paulo post Maria Sklodowska quae tum doctoris gradum parabat ostendit ex uranii atomis quibuscumque moleculis insertis hanc radiationem oriri. Similem proprietatem et in radio, et in thorio et in polonio invenit. Causa tamen adhuc ignota erat.

At anno 1898, Ernestus Rutherford ex declinatione in campo electrico perspecta tria radiationis genera distinxit quas α, β, γ appellavit. Radius qui ad polum negativum declinabat fuit alpha, is qui ad polum positivum beta, et tertius qui e recto itinere non declinabat gamma. Post atomi nucleum anno 1908 inventum ostendit particulas alpha e duobus neutronibus et duobus protonibus constare atque instar esse helii nuclei positive onerati; in particulis beta electrones maxima vi et celeritate e nucleo expulsos cognovit.

De praecipuis radiationum generibus

Nucleus gravis particulam alpha emittit.

Cum structura nucleorum instabilium mutatur radiationes e nucleis emitti solent e quibus praecipuae sunt:

• Particula alpha quae instar nuclei helii e duobus protonibus et duobus neutronibus constat, unde massa atomica 4 et onus electricum +2 quod notari potest ⁴
  ₂He²⁺
  aut ⁴
  ₂α aut plerumque simplicius α. Haec particula plerumque a gravioribus elementis emittitur ita ut isotopi uranii, exempli gratia, gradatim longo tempore isotopi plumbi fiant. Exemplum reactionis nuclearis ad radium in radon mutatum pertinens: ²²⁶
  ₈₈Ra → ²²²
  ₈₆Rn + α. Massa atomica quattuor unitatibus et numerus protonum duabus minuitur.

• Particulae beta sunt electrones magna vi e nucleo expulsi dum neutrones in protones mutantur. Quia massam quasi nullam habent et onus electricum -1 notantur ⁰
  _-1e aut e^- aut β^- aut simplicius β. Ita reactio nuclearis qua tritium in helium-3 mutatur sic scribitur: ³
  ₁H → ³
  ₂He + ⁰
  _-1e. Sed post Rutherford etiam particulae β⁺ inventae sunt quae massam quasi nullam habent sed onus positivum +1 et antiparticulae nonnumquam dicuntur et notantur β⁺. Emittuntur cum protones in neutrones mutantur et positrones (⁰₊₁e) vulgo dicuntur. Ita reactio nuclearis qua natrium in neon-22 mutatur sic scribitur:

²²
₁₁Na → ²²
₁₀Ne + ⁰₊₁e.

Radiatio gamma energiam nuclei minuit.

• Radiatio gamma est radiatio electromagnetica luci similis sed maxima frequentia (inter 10¹⁷ et 10²⁰ hertz) et brevissima undae longitudine (circa 1 pm). Nam nucleus atomi photonem unum emittit cum e statu energiae superiore in inferiorem velut quiescit et considit. Itaque radiatio gamma saepe simul cum radiatione alpha aut radiatione beta emittitur.

• Minus frequenter etiam protones et neutrones e nucleo magna vi expelli possunt necnon antiparticulae, positrones et antiprotones (qui massam protonis habent sed onus negativum). Cum particula antiparticulae suae occurrit adnihilantur nec quidquam nisi energia remanet.

In biologia

Radisotopi (e.g. cobaltum-60) ad necandas cellulas cancrosas in radiotherapia adhibentur quia nimiae radiationis ionizantis quantitates animantibus graviter nocent: ambustiones, cancros, mutationes geneticas, radiorum morbum, mortem gignere solent. Non tamen aequaliter nocent: nam particulae alpha et neutrones magnae energiae vicies nocentiores aestimantur esse quam particulae beta et radiationes gamma.

Quia graviores sunt et onus electricum duplex habent particulae alpha maxima damna efficiunt cum moleculas vehementer percutiunt et electrones abripiunt ut atomi helii fiant. Attamen nisi spiritu aut haustu ingestae intra corpus non facile intrant et iam vestibus aut cornea cutis parte sistuntur. Ingestae vero periculosissimae fiunt: exempli gratia plutonium, elementum maxime toxicum et particulas alpha emittens, facile in Pu⁴⁺ oxidatur et locum Fe³⁺ in ossibus capit ubi haematopoiesin impedit.

Particulae beta facilius in corpus intrant circiter 1 cm antequam sistantur sed massa paene nulla damna minora facit. Radii gamma facile corpus transeunt et plumbeo praesidio tantum arceri possunt. Fasciculus radiorum gamma in unum punctum proiectus cellulas necat.

Revera damnum e vi et diuturnitate radiationis pendet. Nam omnes et semper sine maximo damno radiactivitati solitae et naturali obnoxii sumus, quae ex atomis nostri corporis oritur, imprimis e kalio-40 sed et e multis aliis isotopis ut carbonio-14; item e radiis cosmicis qui Tellurem attingunt; item e saxis radon aliave elementa radiactiva includentibus (illae radiationes e solo emanant), postremo etiam pro circiter decima parte ex industria humana.

Itaque ad periculum aestimandum necesse est vim radiationis metiri.

De radiactivitatis mensura

Primum energiam in corpus radiatum inlatam metiti sunt quae 'dosis radiationis exhausta' dicitur et in iuliis per chiliogrammata (J/Kg) exprimitur. Unitas SI dosis exhaustae est gray (nota: Gy) quae 1 J/Kg valet. Olim alia unitas in usu erat quae 'rad' dicebatur atque centesimam partem unius gray valebat (10^-2). Sed ut damna biologica subtilius aestimentur mensura dosis peraequatae (nota H) adhibetur (unitas SI: sievert: Sv) quae particulas et textus distinguit: exempli gratia 1 gray particulae beta aut photonis gamma 1 sievert valet, sed 1 gray particulae alpha 20 sievert valet quia damna multo maiora sunt. Radexpositio naturalis media cui obnoxii sumus 2 mSv per annum aestimatur. Ita gray quantitatem energiae, sievert autem periculum biologicum metitur.

Celeritatem dissilientium (vel tabescentium) nucleorum aut computatorio Geiger cum gas argon (vel neon) ionizatur strepente aut computatorio scintillatorio fulgura in substantia luminifera numerante metiri licet. Unitas systemate internationali praecepta est becquerel (nota Bq). Becquerel unum = unus nucleus in quadam materia unoquoque secundo semel dissiliens, hoc est radiationem emittens. Olim fuit alia unitas curie nomine (nota Ci) quae 3,7 X 10¹⁰ becquerel valebat, hoc est activitatem unius grammatis radii-226.

Activitas radisotoporum evolvente tempore decrescit postquam pars instabilium nucleorum in atomos stabiles mutata est. Quam evolutionem semivitis metiri solemus, hoc est tempore necessario ut dimidia tantum pars atomorum radiactivorum in aliqua substantia initio praesentium reliqua sit. Semivita uniuscuiusque isotopi propria est. Exempli gratia semivita carbonii-14 5730 annos valet, semivita iodi-131 8.05 dies. Quo brevior est semivita tanto maior est radiactivitas. Haec semivitarum constantia ad archaeologicorum inventorum datationem adhibetur, imprimis per carbonium-14.

De usu humano

Radisotopi ad moleculas sequendas et reactiones chemicas investigandas adhibentur: exempli gratia si aqua oxygenio-18 signata uteris certior fies in photosynthesi oxygenium aquae non carbohydratis incorporari sed in atmosphaeram reici. Oxygenii atomi e dioxido carbonii igitur in carbohydrata intrant. Item ad bacteria e cibis exterminanda aut ad energiam astronavibus ministrandam radiationes aptae sunt.

Radisotopi longissimae semivitae ut uranium-238 aut kalium-40 ad saxorum datationem adhibentur, inter alia illorum quae e luna proveniunt.

In ergasteriis atomicis energia et electricitas producitur neutronibus in atomos graves et fissiles (uranium 233 et 235, plutonium 239) immittendis qui nucleos in minores partes secant. Et substantiae intrantes et intertrimenta vehementer radiactiva sunt, quae sepeliri post usum quam diligentissime cautissimeque oportet. Nihilominus per millenia aetatibus futuris periculo erunt.

Fons praecipuus

• Atkins, Jones, Laverman. Principes de chimie, quarta editio, de Boeck, 2017 pp.747-776 (cap. 10A-10C).

Plura legere si cupis

• Pierre-Emmanuel Lévy, "Radioactivité, fission, fusion", Médecine de Catastrophe - Urgences Collectives, 2026: 5-10
• Julie Blanck, Leny Patinaux. "Histoires et mémoires de deux centres de stockage de déchets nucléaires", Socio-anthropologie, 2020: 39-52.

Bibliographia

• Bertulani, Carlos A. 2007. Nuclear Physics in a Nutshell. Princeton: Princeton University Press. ISBN 9780691125053
• Curie, Marie. 1904. Recherches sur les substances radioactives, editio altera. Lutetiae: Gauthier-Villars, Imprimeur-Libraire du bureau des longitudes, de l’école Polytechnique.
• Ferguson, Charles D., Tahseen Kazi, et Judith Perera. 2003. Commercial Radiation Sources: Surveying the Security Risks. Monterey: Monterey Institute of International Studies. ISBN 1885350066
• Oughton, Deborah H., et Valery Kashparov. 2009. Radioactive Particles in the Environment. Dordrecht: Springer. ISBN 9789048129478
• Quimby, Edith H. 1968. Radioactive Nuclides in Medicine and Biology, editio tertia. Philadelphia: Lea and Febiger.

Nexus externi

Vicimedia Communia plura habent quae ad radiactivitatem spectant.

Nexus interni

• Actinium
• Hibakusha
• Leuchaemia
• Physica nuclearis
• Radiatio Cherenkov
• Radiatio electromagnetica
• Radiatio Roentgensis
• Radiologia
• Semiotica atomica