Радиоактивность: когда атом распадается

Радиоактивность — самопроизвольный распад атомных ядер с излучением частиц или излучения. Открыл её Анри Беккерель в 1896 случайно: урановая соль засветила фотопластинку в закрытом ящике. За ним — супруги Кюри, которые выделили полоний и радий.

Три типа распада

• Альфа (α): ядро испускает ядро гелия (2 протона + 2 нейтрона). Заряд ядра уменьшается на 2. Низкая проникающая способность — лист бумаги останавливает
• Бета (β): нейтрон превращается в протон + электрон + антинейтрино (β⁻). Или протон — в нейтрон + позитрон + нейтрино (β⁺). Проникает на несколько мм в ткани
• Гамма (γ): высокоэнергичный фотон. Глубоко проникает, требует свинца для экранирования

Период полураспада

Время, за которое распадается половина ядер. Это случайный процесс для отдельного ядра, но для больших количеств — строгая статистическая закономерность.

• Уран-238: 4,5 млрд лет (возраст Земли)
• Углерод-14: 5730 лет (радиоуглеродное датирование)
• Плутоний-239: 24 100 лет
• Йод-131: 8 дней (Чернобыль, радиойодная опасность)
• Технеций-99m: 6 часов (медицинская диагностика)

Радиоуглеродное датирование

Живые организмы накапливают C-14 из атмосферы. После смерти обмен прекращается. По доле C-14 в образце узнают, сколько лет назад организм умер. Работает до ~50 000 лет.

Применения

• Медицина: радиотерапия рака, диагностика (ПЭТ, сцинтиграфия)
• Энергетика: АЭС дают 10% мировой электроэнергии
• Датирование: археология, палеонтология, геология
• Промышленность: гамма-радиография, стерилизация
• Смоки-детекторы: Am-241 детектирует дым
• Космос: РИТЭГи для дальних миссий

Опасность

• Внутреннее облучение опаснее внешнего — α-частицы в лёгких или желудке
• Высокие дозы: лучевая болезнь, смерть
• Низкие хронические: рак, мутации, генетические эффекты
• Линейная беспороговая модель: любая доза несёт риск, пропорциональный величине

Катастрофы

• Хиросима, Нагасаки (1945): первое военное применение
• Кыштым (1957): авария на "Маяке", засекречено до 1989
• Три-Майл-Айленд (1979): США, частичное расплавление реактора
• Чернобыль (1986): взрыв реактора, эвакуация 135 000 человек
• Фукусима (2011): землетрясение + цунами, расплавление трёх реакторов

Фоновая радиация

Мы всегда облучаемся — от космоса, земли, стройматериалов, медицины, еды. Средняя доза: 3 мЗв/год. Полёт Москва-Нью-Йорк: 0,05 мЗв. Рентген зуба: 0,005 мЗв. Чернобыль 1986 максимум: 600 мЗв/час в первые часы.