Radioaktiwiteit

Radioaktiwiteit kom oral voor en het nog altyd bestaan. Radioaktiewe minerale wat natuurlik voorkom, is aanwesig in die aardkors, binne die vloere en mure van mense se huise, skole of kantore, en in die voedsel wat deur alle lewende wesens ingeneem word. Selfs die atmosfeer bevat radioaktiewe gasse. Die menslike liggaam bevat ook natuurlike radioaktiewe elemente in die spiere, bene en ander weefsels. Die mens is nog altyd aan natuurlike straling – vanuit die aarde, sowel as van buite – blootgestel. Oor die algemeen word die term "radioaktiwiteit" met skadelike of negatiewe persepsies geassosieer, soos byvoorbeeld die atoombomme wat op Hirosjima en Nagasaki laat val is, of ongelukke soos die Tsjernobil-kernramp naby Kiëv in die hedendaagse Oekraïne. Ioniserende straling en die effekte daarvan kan beter verstaan word indien mense weet wat straling veroorsaak. Straling word deur radioaktiewe atome afgegee. Alle materiale in die heelal bestaan uit kombinasies van verskillende chemiese elemente. Met ingang van 2007 was daar 94 verskillende soorte elemente in die natuur. 'n Atoom bestaan uit twee hoofdele: 'n kern, en 'n elektronwolk wat om die kern wentel. Protone en neutrone is subatomiese deeltjies wat saam die kern vorm. Atome se grootte wissel van eenvoudige waterstofatome, wat een proton en een elektron bevat, tot groot atome soos uraan, met 92 protone, 92 elektrone en 141 tot 146 neutrone (143 en 146 in sy mees algemene isotope).

Radioaktiewe elemente is dié waarin die atome onstabiel is en verval om atome van 'n ander element te vorm. Hierdie verval gaan gepaard met die vrystelling van ioniserende straling in die vorm van onsigbare klein deeltjies en hoë-energiegolwe. Uraan (U), torium (Th) en kalium-40 (⁴⁰K) is voorbeelde van radioaktiewe elemente wat natuurlik voorkom.

Radioaktiewe atome is atome met onstabiele kerns of nukleone (protone en neutrone). Op 'n gegewe oomblik stort die kerns ineen, en dit word radioaktiewe verval genoem. Tydens die spontane verval, skier 'n kern dan deeltjies uit en dit veroorsaak radioaktiewe bestraling. 'n Atoom bestaan uit 'n positief gelaaide kern waaromheen negatief gelaaide elektrone sirkel. Die kern bevat protone en neutrone en die aantal protone in 'n atoom bepaal die chemiese element waartoe dit behoort.

Die kern van 'n radioaktiewe atoom kan met 'n muur met los bakstene daarin vergelyk word. Op 'n gegewe oomblik stort die kern (muur) spontaan ineen terwyl dit deeltjies en strale uitsend (emissie). Tydens hierdie radioaktiewe "verval" verander die kern dan ook van samestelling. Wanneer 'n atoomkern van samestelling verander, beteken dit dat die element ook verander en na die verval tot 'n ander groep elemente behoort. 'n Element met 'n groot aantal onstabiele kerns verval telkens (met vaste tussenpose) terwyl dit radioaktiewe bestraling veroorsaak, en so gebeur dit byvoorbeeld dat uraan (U) uiteindelik tot lood (Pb) verval, koolstof 14 (C- 14) tot stikstof, ensovoorts.

Radioaktiewe straling word gewoonlik in terme van die straling by die verval van 1 gram radium teen van die oudste bekende radioaktiewe stowwe) uitgedruk. Die verval van 1 g radium (Ra) is min of meer gelyk aan 1 curie (Ci) of 1 becqeurel (Bq), wat gelyk is aan 37 X 10⁹ emissies per sekonde. Die energie verbonde aan die emissie van radioaktiwiteit word in Joule/kilogram gemeet en in die Rad ("radiation absorbed dose") of die Rem (“Röntgen equivalent man") uitgedruk. Die Rad en die Rem is egter groot eenhede en word gewoonlik deur 1 000 gedeel om in millirad (mrad) en millirem (mrem) uitgedruk te word. By radioaktiewe emissies word 3 soorte strale vrygestel:

- Alfastrale ( $\alpha$ -strale), wat uit heliumkerns met 2 protone en 2 neutrone ( ${4 \over 2}$ He) bestaan. Dit het ŉ positiewe lading (+2).

- Betastrale ( $\beta$ -strale), wat uit elektrone (-1) of positrone (+ 1) kan bestaan. Die elektrone ( $\beta$ -) en die positrone ( $\beta$ +) is afkomstig uit die verval van die neutrone in die kern.

- Gammastrale ( $\gamma$ -strale), wat ŉ vorm van elektromagnetiese strale is. Dit het 'n baie kort golflengte en sluit byvoorbeeld lig in, hoewel dit baie meer energieryk as lig is.

Van die drie soorte strale is $\gamma$ –strale die deurdringendste, $\beta$ -strale minder deurdringend en $\alpha$ -strale die minste deurdringend. In al drie gevalle is die netto uitwerking van die strale egter die oordrag van energie, en wanneer die energie deur byvoorbeeld ŉ lewende wese geabsorbeer word, kan dit daardeur aangetas word. Die vernaamste gevaar van radioaktiewe strale is dat die molekules in selle ioniseer (elektrone afstoot of aantrek) en ŉ chemiese verandering kan veroorsaak. Die selle kan dan mettertyd afsterf as gevolg van stralingskade.

Radioaktiewe bronne

'n Onderskeid kan gemaak word tussen natuurlike en kunsmatige radioaktiwiteit. Natuurlike radioaktiwiteit is byvoorbeeld afkomstig van die volgende bronne:

- Radioaktiewe elemente wat van die ontstaan van die aarde af al aanwesig is (ongeveer 5 X 10⁹ jaar gelede), maar so langsaam verval het dat daar nog steeds daarvan oorgebly het. Voorbeelde hiervan is uraan-235, uraan-238, kalium-40, ensovoorts (die getal agter die naam gee die atoommassa aan).

- Elemente wat steeds gevorm word. Sommige elemente, soos uraan-238, verval byvoorbeeld tot radium-226 (die dogterproduk), wat steeds baie radioaktief is. Sommige elemente ontstaan weer onder die invloed van kosmiese strale, byvoorbeeld koolstof-14, wat uit stikstof-14 ontstaan.

- Kosmiese strate is self ook 'n bron van radioaktiwiteit.

Onnatuurlike radioaktiwiteit ontstaan tydens kernreaksies (kernkragsentrales of atoombomontploffings) of tydens die bestraling van onder meer stabiele elemente in sogenaamde kweekreaktors of in deeltjieversnellers. Tydens die bestraling van die elemente word selfs nuwe elemente gevorm, wat egter na 'n kort tyd weer verval. Die tyd waarin 'n element verval, word dikwels die halfleeftyd van die element genoem, aangesien dit vir elke element die karakteristieke tyd is waarin die helfte van die element tot 'n ander stof verval. Die oorblywende helfte van die element verval dan weer na die tyd, en die proses duur voort totdat die element in totaal verval het.

Gebruike

Radioaktiwiteit word onder meer vir die volgende doeleindes gebruik:

- In die geneeskunde, om byvoorbeeld kankerselle te vernietig.

- In die biologie, om kunsmatige mutasie in byvoorbeeld sekere plantrasse te bewerkstellig,

- In die voedselnywerheid vir preservering, om mikroörganismes te vernietig.

- In die tegnologie, om byvoorbeeld die kristalstruktuur van materiale te ondersoek.

- In die geologie, om ouderdomsbepaling van byvoorbeeld gesteentes te doen op grond van die halfleeftyd van radioaktiewe elemente.

- In die chemie, om die radioaktiewe elemente as spoorders te gebruik, byvoorbeeld tydens chemiese reaksies.

Sien ook

Bronnelys

Wêreldspektrum, 1982, ISBN 0908409648, volume 23, bl. 159