آشنایی و کاربرد رادیواکتیویته

● دیدکلی:
مواد رادیواکتیو از اتم های ناپایداری تشکیل می شوند که تجزیه می شوند و انرژی سطح بالایی به نام تابش رادیواکتیو را آزاد می کنند این اتمها نهایتا عناصر جدیدی را تشکیل می دهند. سه نوع تابش رادیواکتیو وجود دارد که ذرات آلفا ، ذرات بتا ، و پرتوهای گاما خوانده می شوند.
● اطلاعات اولیه
▪ پرتو آلفا (دو پروتون و دو نوترون):
جرم چهار واحد اتمی (a.m.u)
▪ بارالکتریکی مثبت در پرتو بتا (الکترونهای سریع): جرم ناچیز و بارالکتریکی منفی یک
▪ پرتو گاما (موج الکترومغناطیسی): بدون جرم و بدون بار (مثلا انرژی خالص)
▪ تاریخچه:
حدود اواخر قرن نوزدهم اکثر دانشمندان بر این عقیده بودند که تمام مسائل عمده فیزیک حل شده اند ، به غیر از چند مورد جزئی برای قطعیت دادن به برخی نظریه های ضروری بود. در سال ۱۸۹۵ ، رزتگن اشعه ایکس را کشف کرد. این اشعه نخست در معاینات پزشکی به کار رفت و بعدها برای بررسی ساختمان اساسی مواد مورد استفاده قرار گرفت چند ماه بعد ماری کوری این پدیده جدید را رادیو اکتیو نامید. او و شورش پی یر کوری ، همچنین پولونیم (po ، فلز ضعیف) و رادیم (Ra ، فلز قلیایی خاکی) را کشف کردند. ماری کوری نخستین کسی بود که از اصطلاح «رادیواکتیو» برای موادی که فعالیت الکترومغناطی قابل توجه دارند استفاده کرد. خاصیت رادیواکتیویته این دو عنصر جدید از اورانیم بیشتر بود.
● سیر تحولی و رشد:
ماری کوری تحقیق خود را با جستجوی کاربردهای پزشکی رادیواکتیو ادامه داد. و قدرت تشعشع ترکیبات اورانیم را اندازه گرفت و تحقیق خود را به عناصر دیگر از جمله توریم ، گسترش داد.
در سال ۱۹۳۴ میلادی زوج ژولیو- کوری رادیواکتیویته مصنوعی را کشف کرد.
ماری کوری پی یر کوری همراه با فیزیکدان فرانسوی هانری بکرل (۱۹۰۸-۱۸۵۲ م) مدل دیوی انجمن سلطنتی انگلستان و جایزه نوبل را در فیزیک برای کشف رادیواکتیو دریافت دریافت می کنند. پی یر کوری کشف می کند که رادیم Ra خود بخود حرارت آزاد می کند. این خاصیت نمود ثبت شده از انرژی اتمی به شکل گرماست.
در سال ۱۹۱۰ میلادی در کنفرانس بروکسل در مورد رادیواکتیویته ، واحد رادیواکتیویته به افتخار او کوری نامیده شد. در مورد کشف رادیواکتیویته توسط هانری بکرل باید بگوییم که در سال ۱۸۹۶ میلادی ، بکرل در جستجوی شواهدی بود که ثابت کند مواد شیمیایی که نور طبیعی فلوئورسان هستند از خود پرتو ساطع می کنند.
او یک نمونه سولفات پتاسیم اورانیم را برداشت و آن را همراه با یک صفحه عکاسی در کاغذ سیاه پیچید. از آنجا که روزی ابری بود. نمونه بکرل خاصیت فلوئورسانی را از خود نشان نمی داد. او آن را درکشویی در آزمایشگاه خود گذاشت و به آزمایشهای خود در مورد لامپهای اشعه کاتدی ادامه داد. چند روز بعد ، دریافت که نمونه تصویری را بر روی صفحه عکاسی ایجاد کرده است. این نشان می داد که ماده مذکور شکلی از تشعشع را که بعدا ماری کوری آن را رادیواکتیویته نامید ، از خود ساطع کرده است.۱۹۲۲ میلادی نیلز بور نظریه طیفهای ساختار اتمی را منتشر کرد و در ۱۹۲۷ میلادی اصل مکمل بودن را تنظیم می کند که رفتار پیچیده رادیواکتیویته را توصیف می کند.
ارنست رادرفورد فیزیکدان بریتانی نیوزلندی الاصل (۱۸۷۱-۱۹۳۷) بر روی رادیواکتیویته و ماهیت ذرات آلفا (دارای بار مثبت) تحقیق کرد و متوجه شد که بار مثبت اتم در مرکز آن و در هسته ای ریز و متراکم متمرکز است. در سال ۱۹۳۰ میلادی رادرفورد تشعشعات مواد رادیواکتیو را منتشر کرد.
● تابشهای رادیواکتیو:
چنان که گفته شد سه نوع تابش رادیواکتیو وجود دارد که ذرات آلفا از چهار ذره اتمی ، یعنی دو پروتون و دو نوترون تشکیل می شوند. این ذرات ضعیفترین نوع تابش رادیواکتیو هستند. و بار الکتریکی مثبت دارند. مسیر آنها را می توان با صفحه کاغذ مسدود کرد. ذرات بتا قدرتمند و از ذرات اتمی که الکترون خوانده می شوند و بار منفی دارند تشکیل می شوند. این کاغذ عبور می کند ولی آلومینیوم آن را مسدود می کند. پرتوهای گاما از همه قدرتمند ترند. آنها امواج الکترومغناطیسی اند و فاقد بارالکتریکی می باشند. اما پرتوهای گاما را فقط لایه ضخیمی از سرب متوقف می سازد. خروجی یا تابش رادیواکتیو می تواند وارد بافتهای زنده شود و به آنها صدمه بزند. بنابراین اطراف آن باید کنترل شود. این تابش را با وسیله ای به نام شمارنده گایگر – مولر ، که نام آن از مخترعانش اقتباس شده است ، می توان اندازه گرفت. وقتی تابش رادیواکتیو وارد این شمارنده می شود ، گاز موجود در آن حامل الکتریسیته می شود. مقدار بار را می توان روی صفحه ای قرائت کرد یا از طریق یک بلند گو به صورت صداهای تیک تیک خاصی شنید.
▪ نیمه عمر:
نیمه عمر یک ماده زمانی است که طول می کشد تا خاصیت رادیواکتیویته آن به نصف کاهش یابد. مثلا نیمه عمر کربن ۱۴ (شکل خاصی از عنصر کربن) ۵۶۰۰ سال است. یعنی ۵۶۰۰ سال طول می کشد تا نصف اتم های رادیواکتیو کربن دچار فروپاشی شوند ، یا یک گرم از اتم های رادیواکتیو به نیم گرم تقلیل یابد. ۵۶۰۰ سال دیگر طول می کشد که همین مقدار نیز به نصف برسد و به همین ترتیب.
نیمه عمر عناصر مختلف از چند ثانیه تا میلیونها سال متغیر است. فروپاشی شبکه ای زباله های اتمی زیان بخش حاصل از نیروگاههای هسته ای میلیونها سال طول می کشد. و همه موجودات زنده روی زمین حاوی مقدار معینی کربن ۱۴ (کربن رادیواکتیو) هستند که با تبادل مداوم گازهای اکسیژن و دی اکسید کربن بین موجودات زنده و جو زمین تشکیل می شود. وقتی یک گیاه یا حیوان می میرد ، این تبادل متوقف می شود و کربن ۱۴ شروع به فروپاشی می کند.
دانشمندان می دانند که نیمه عمر این کربن ۵۶۰۰ سال است. بنابراین پس از این مدت جسم مرده دقیقا نصف تشعشع رادیواکتیو زمان زندگی خود را ساطع می کند. این فروپاشی با آهنگ ثابتی انجام می شود و در نتیجه این امکان وجود دارد که با اندازه گیری میزان تابش زمان مرگ موجود مورد نظر را دریافت. باستانشناسان از عمر بعضی کربن برای یافتن تاریخ مومیایی های مصر باستان استفاده کرده اند.
از دیدگاه نظری ، همه مواد رادیواکتیو نهایتا به سرب تبدیل می شوند ، هسته اتم سرب پایدار است و بنابراین خاصیت رادیواکتیو ندارد.اما این امر به طور تجربی اثبات نشده است. زیرا نیمه عمر بعضی از عناصر بیش از عمر انسانهاست.
▪ عناصر متداول و نیمه آنها:
ـ اورانیم ۲۳۸ نیمه عمر آن ۵ میلیارد سال
ـ اورانیم ۲۳۵ نیمه عمر آن۷۰۰ میلیون سال
ـ پلوتونیم۲۳۹ نیمه عمر آن ۲۴۰۰۰سال
ـ کربن ۱۴ نیمه عمر آن ۵۶۰۰ سال
ـ ید۱۳۱ نیمه عمر آن ۸ روز
ـ طلای ۱۹۸ نیمه عمر آن ۳ روز
ـ سدیم ۲۴ نیمه عمر آن ۱۵ ساعت
ـ فلوئور ۱۷ نیمه عمر آن ۱ دقیقه
ـ پولونیم ۲۱۴ نیمه عمر آن۰۰۰۰۰۰۰۳/۰ ثانیه
ـ سرب پایدار(بدون نیمه عمر(
▪ کاربردها:
بسیاری از ایزوتوپها رادیواکتیو هستند یعنی ذرات با فرکانس بالا را از هسته (مرکز) اتمهای خود ساطع می کنند. از آنها می توان برای دنبال کردن مسیر مواد متحرکی که از دید پنهان هستند ، مانند جریان خون در بدن یک بیمار در بیمارستان ، استفاده کرد.
▪ در جریان خون:
مقدار کمی از یک ایزوتوپ رادیواکتیو به درون جریان خون بیمار تزریق می شود. سپس مسیر آن توسط آشکار سازهای خاصی که فعالیت رادیواکتیویته را مشخص می کنند دنبال می شود. این اطلاعات به یک کامپیوتر داده می شود که صفحه آن هرگونه اختلالی مانند انعقاد خون در رگها را نشان می دهد. با استفاده از روشی مشابه ، می توان از ایزوتوپها برای مطالعه جریان مایعات در تاسیسات شیمیایی نیز استفاده کرد.
▪ در فرسودگی ماشین آلات:
آهنگ فرسودگی ماشین آلات صنعتی را نیز می توان با استفاده از ایزوتوپها اندازه گرفت. مقادیر اندکی از ایزوتوپها رادیواکتیو به بخشهای فلزی ماشین آلات ، مانند یاتاقانها و رینگ پیسونها اضافه می شود. سپس سرعت فرسودگی با اندازه گرفتن رادیواکتیویته روغنی که برای روغنکاری این بخشها به کار رفته است محاسبه می شود.
● اندازه گیری رادیو اکتیویته
خروجی یا تابش رادیواکتیو می تواند وارد بافتهای زنده شود و به آنها صدمه بند ، بنابراین اطراف آن باید کنترل شود . این تابش را با وسیله ای به نام شمارنده گایگر ـمولر ، که نام آن از مخترعانش اقتباس شده است ، می توان اندازه گرفت وقتی تابش رادیو اکتیو وارد این شمارنده می شود ، گاز موجود در آن حامل الکتریسیته می شود . مقدار بار را می توان روی صفحه ای قرائت کرد ، یا از طریق یک بلندگو به صورت صداهای تیک تیک خاصی شنید

منبع : واکنش