Ραδιενέργεια

Εισαγωγή στη Ραδιενέργεια

Η ραδιενέργεια είναι το φαινόμενο κατά το οποίο ασταθείς ατομικοί πυρήνες εκπέμπουν σωματίδια ή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία για να μετατραπούν σε πιο σταθερούς πυρήνες. Ανακαλύφθηκε το 1896 από τον Henri Becquerel και μελετήθηκε εκτενώς από τους Marie και Pierre Curie.

Τύποι Ακτινοβολίας

Ακτινοβολία Άλφα (α)

• Αποτελείται από πυρήνες ηλίου $^{4}_{2}He$
• Έχει φορτίο $+2e$ και μάζα $4u$
• Χαμηλή διεισδυτική ικανότητα (σταματά από χαρτί)
• Υψηλή ιοντίζουσα ικανότητα

Ακτινοβολία Βήτα (β)

Βήτα αρνητική (β⁻): Εκπομπή ηλεκτρονίου

• Φορτίο: $-e$
• Μάζα: $m_e = 9,109 \times 10^{-31}$ kg

Βήτα θετική (β⁺): Εκπομπή ποζιτρονίου

• Φορτίο: $+e$
• Μάζα: ίση με του ηλεκτρονίου

Μέτρια διεισδυτική ικανότητα (σταματά από αλουμίνιο)

Ακτινοβολία Γάμμα (γ)

• Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία υψηλής ενέργειας (φωτόνια)
• Μηδενικό φορτίο και μηδενική μάζα ηρεμίας
• Υψηλή διεισδυτική ικανότητα (απαιτεί μόλυβδο ή σκυρόδεμα)
• Χαμηλή ιοντίζουσα ικανότητα

Νόμος Ραδιενεργού Διάσπασης

Ο αριθμός των ραδιενεργών πυρήνων που απομένουν μετά από χρόνο $t$ δίνεται από:

$$N(t) = N_0 \cdot e^{-\lambda t}$$

όπου:

• $N_0$: αρχικός αριθμός πυρήνων
• $N(t)$: αριθμός πυρήνων τη χρονική στιγμή $t$
• $\lambda$: σταθερά διάσπασης (σε s⁻¹)

Σταθερά Διάσπασης

Η σταθερά διάσπασης $\lambda$ εκφράζει την πιθανότητα διάσπασης ενός πυρήνα ανά μονάδα χρόνου. Συνδέεται με τον χρόνο ημιζωής:

$$\lambda = \frac{\ln 2}{T_{1/2}} = \frac{0,693}{T_{1/2}}$$

Ρυθμός Διάσπασης (Ενεργότητα)

Ο ρυθμός διάσπασης ή ενεργότητα $A$ είναι ο αριθμός των διασπάσεων ανά μονάδα χρόνου:

$$A = -\frac{dN}{dt} = \lambda N$$

Η ενεργότητα μεταβάλλεται επίσης εκθετικά:

$$A(t) = A_0 \cdot e^{-\lambda t}$$

Μονάδες Ενεργότητας

• Becquerel (Bq): 1 Bq = 1 διάσπαση/s (μονάδα SI)
• Curie (Ci): 1 Ci = $3,7 \times 10^{10}$ Bq

Νόμοι Διατήρησης

Σε κάθε πυρηνική αντίδραση διατηρούνται:

1. Ατομικός αριθμός (συνολικό φορτίο)
2. Μαζικός αριθμός (συνολικός αριθμός νουκλεονίων)
3. Ενέργεια (συμπεριλαμβανομένης της μάζας)
4. Ορμή
5. Στροφορμή

Φυσική και Τεχνητή Ραδιενέργεια

Φυσική Ραδιενέργεια

Προέρχεται από φυσικά ραδιενεργά ισότοπα:

• Ουράνιο-238, Θόριο-232, Κάλιο-40
• Κοσμική ακτινοβολία
• Ραδόνιο στην ατμόσφαιρα

Τεχνητή Ραδιενέργεια

Δημιουργείται σε:

• Πυρηνικούς αντιδραστήρες
• Επιταχυντές σωματιδίων
• Πυρηνικές εκρήξεις

Βιολογικές Επιπτώσεις

Η ιοντίζουσα ακτινοβολία μπορεί να προκαλέσει βλάβες σε ζωντανούς οργανισμούς. Η δόση ακτινοβολίας μετριέται σε:

• Gray (Gy): απορροφούμενη ενέργεια ανά μονάδα μάζας (1 Gy = 1 J/kg)
• Sievert (Sv): ισοδύναμη δόση που λαμβάνει υπόψη τη βιολογική επικινδυνότητα