רדיואקטיביות

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
סמל אזהרה לחומר רדיואקטיבי

רדיואקטיביות היא פליטה של חלקיקים מגרעין אטום. רדיואקטיביות היא פליטה ספונטאנית הגורמת לגרעין בלתי יציב להיות יציב יותר, על ידי הנמכת האנרגיה שלו. החלקיקים הנפלטים הם קרינה מייננת, כלומר קרינה באנרגיה גבוהה. סוגי הקרינה הראשונים שנתגלו הם קרינת אלפא, קרינת בטא וקרינת גמא, ונקראו כך על סמך הפיצול של אלומות הקרינה בשדה חשמלי או מגנטי ומחוסר במידע אחר עליהן. מאוחר יותר נתגלו גם סוגי קרינה נוספים.

כיום ידוע שקרינה רדיואקטיבית מסוכנת ביותר לרקמות חיות, אולם דבר זה לא היה ידוע לחוקרים הראשונים אשר זכו בפרסי נובל על עבודתם, אך גם סיכנו את חייהם.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

תופעת הרדיואקטיביות נתגלתה באקראי בשנת 1896 על ידי הפיזיקאי אנרי בקרל בשעה שערך ניסיונות במלחי אורניום. בשעה שניסה לבדוק השערה על תופעת הזרחנות הוא השאיר במגירה מלחי אורניום על לוח צילום שנעטפו בנייר שחור וגילה להפתעתו שלמרות שלא נחשפו לאור שמש כבדרך כלל הם בכל זאת השחירו את הלוח. הוא שיער שהם פולטים קרינה באופן ספונטני בלי קשר לחשיפה מוקדמת לאור שמש, והוא כינה אותה "קרינת אורניום". פייר ומארי קירי שחקרו את התופעה וגילו את היסודות הרדיואקטיביים פולוניום ורדיום נתנו לה את השם: רדיואקטיביות. תגלית זו זיכתה את שלושת הפיזיקאים הללו בפרס נובל לפיזיקה לשנת 1903. יש לציין יחד עם אלו את ארנסט רתרפורד שגילה בשנת 1911 את החלוקה של הקרינה לאלפא, בטא וגמא. חוקר נוסף שקידם רבות את הבנת תופעת הרדיואקטיביות היה פרדריק סודי, כימאי בריטי, שזכה בפרס נובל לכימיה לשנת 1921 על מחקריו בתחום.

חוקרים אלו גילו שבנוסף לאורניום קיימים יסודות כימיים נוספים או איזוטופים שלהם, שהם רדיואקטיביים. לאיזוטופים רדיואקטיביים אלו יישומים חשובים רבים. ביניהם: מעקב אחר תהליכים ביולוגיים בגוף האדם לצורך אבחון (רפואה רדיואקטיבית) שימור מזון בפחיות שימורים על ידי הרג של החיידקים ותיארוך מרבצים גאולוגיים בהתבסס על ההנחות של קצב ההתפרקות של האיזוטופים והיחסים ביניהם במרבץ (ראו הערה נוספת בעניין זה, בתחתית הדף).

סוגי קרינה רדיואקטיבית[עריכת קוד מקור | עריכה]

מקורות הקרינה הרדיואקטיבית[עריכת קוד מקור | עריכה]

קרינת רקע טבעית[עריכת קוד מקור | עריכה]

כדור הארץ והיצורים השוכנים בו נחשפים באופן קבוע לקרינה מהחלל. חלקיקים טעונים מהשמש והכוכבים מגיבים על המפגש עם האטמוספירה והשדה המגנטי של כדור הארץ במטר של קרינה, בדרך-כלל קרינת בטא וגמא. כמויות הקרינה באזורים שונים, משתנות על-פי ההבדלים בגובה ובשדה המגנטי.

חומרים רדיואקטיביים מצויים באופן טבעי באדמה, במים ובצמחיה. מקצתם נספגים בגוף מהאוכל והמים, או מהאוויר במקרה של הגז רדון, מבלי לגרום נזקים משמעותיים.

מקורות קרינה מעשי ידי אדם[עריכת קוד מקור | עריכה]

בממוצע כל אדם סופג כ-2.4 מיליזיוורט לשנה (240 מילירם לשנה)‏[1], ערך הנע בין 0.2-10 מיליזיוורט בתלות במקום מגוריו והרגליו. מתוכם, כ-0.4 מיליזיוורט מקורם בקרינה קוסמית, 0.4 מיליזיוורט ממקורות קרינה ארציים, 1.2 מיליזיוורט משאיפת גזים רדיואקטיביים (בעיקר רדון) ו-0.3 מיליזיוורט ממזון. מקורות טבעיים תורמים כ-1.8 מיליזיוורט (80%) משיעור הקרינה הנספגת בשנה ויתר ה-20% נתרמים ממקורות קרינה מלאכותיים. בתוכם, כ-0.3 מיליזיוורט לשנה בממוצע נתרמים משימושים רפואיים של קרינה, כגון: צילומי רנטגן, רפואה גרעינית והקרנות. בין מקורות הקרינה המלאכותיים הנוספים ניתן למנות טלוויזיות, גלאי עשן וחלק מהתצוגות הזוהרות לשעונים ומדידים אחרים.

עובדים המטפלים בדלק גרעיני, לרבות כרייה, עיבוד, ניצול (למשל בכורים גרעיניים) וטיפול בדלק משומש, נחשפים לכ-1.8 מיליזיוורט לשנה בממוצע. גם עובדים במכונים אונקולוגיים, מעבדות למחקר גרעיני וחיילים המוצבים בצוללות ובספינות גרעיניות נחשפים לקרינה בשיעור נמוך יותר בממוצע. החשיפה של עובדים אלה לקרינה מנוטרת באמצעות מד מינון קרינה (דוזימטר). אנשי צוות אוויר נחשפים לכ-3.0 מיליזיוורט לשנה בממוצע, בשל שיעור מוגבר של חשיפה לקרינה קוסמית.

טבלה של מקורות קרינה ניתן למצוא ב‏[2].

השפעות הקרינה על אנשים[עריכת קוד מקור | עריכה]

מקובל לחשוב על ההשפעות הביולוגיות של קרינה במידת השפעתם על תאים חיים. השפעתה של חשיפה מזערית לקרינה היא זניחה ולא ניתן לזהותה. לגוף האדם מנגנוני הגנה כנגד סוגים שונים של נזק כתוצאה מקרינה כמו אף חומרים כימיים מסרטנים. ייתכנו שלוש תוצאות לקרינה על תאים:

  • תאים שניזוקו מתקנים את עצמם, וכתוצאה אין נזק שיורי.
  • תאים שניזוקו מתים, בדומה למיליוני תאים אחרים שמתים מדי יום ומוחלפים בתהליכים ביולוגיים רגילים.
  • תאים מתקנים את עצמם בצורה שגויה וגורמים בכך לשינוי ביופיזיקלי.

הקשר בין חשיפה לקרינה והתפתחות סרטן מבוססים בעיקר על אוכלוסיות שנחשפו לכמויות גבוהות יחסית של קרינה מייננת (לדוגמה: ניצולים מן הפצצות האטומיות שהוטלו על יפן ואנשים שעברו טיפולים רפואיים לצורך אבחון או ריפוי). באמצעות רדיותרפיה ניתן לרפא סוגי הסרטן הקשורים על ידי שימוש בכמויות גדולות של קרינה כגון לוקמיה, סרטן השד, סרטן הכבד, סרטן הריאות וכו'.
התקופה שבין החשיפה לקרינה וגילוי הסרטן ידועה כ"תקופה רדומה". סוגי סרטן אלו היכולים להתפתח כתוצאה מחשיפה לקרינה אינם שונים מאלו הקורים באופן טבעי, או כתוצאה מחשיפה לחומרים מסרטנים.

כמות קרינה גבוהה הורגת תאים, בעוד שכמות נמוכה גורמת לנזק או אף לשינויים בקוד הגנטי (DNA) של התאים המוקרנים שלעתים ניתן לתקנם. כמויות גדולות של קרינה יכולות להרוג כמות כזו של תאים שהרקמות והאיברים נפגעים מיד. כתוצאה נגרמת תגובה חריפה של הגוף הקרויה תסמונת קרינה חריפה. קיים יחס ישיר בין כמות הקרינה והמהירות בה יופיעו סימני הקרינה, והסיכון למוות. תסמונת זו אובחנה ברבים מניצולי ההפצצות על הירושימה ונגסקי ב-1945 ובעובדי ההצלה שטיפלו בתאונה בכור הגרעיני באסון צ'רנוביל. 134 עובדים בכור וכבאים נחשפו למנות קרינה גבוהות וסבלו מתסמונת קרינה חריפה, 28 מהם מתו ממנה.

מדידת קרינה[עריכת קוד מקור | עריכה]

כמות הרדיואקטיביות בדוגמה נתונה של איזוטופ מבוטאת כיום ביחידה הקרויה בקרל (Bq). מידה זו החליפה את המידה קירי (Ci). הבקרל מבטא קצב התפרקות אטום לשנייה והוא יחידה זעירה במיוחד. לפיכך נוהגים לבטא רדיואקטיביות במונחי פטאבקרל ואף אקסהבקרל לתיאור כמות הרדיואקטיביות עקב פיצוץ אטומי.
כמות הקרינה הנספגת בגוף נמדדת ביחידות הקרויות גריי (Gray) או בקיצור (Gy) גריי אחד שווה ערך לג'אול אחד של אנרגיה שנספג על ידי ק"ג אחד של מסת גוף.
הנזק שנגרם לתאים נמדד בסיוורט (Sivert) או בקיצור (Sv). מנת קרינה של גריי אחד של קרינת בטא, קרינת גמא או קרינת רנטגן גורמת נזק של סיוורט אחד. מנת גריי אחת של קרינת אלפא גורמת נזק של 20 סיוורט. הסיוורט הוא יחידה גדולה למדי ולכן נהוג לעבוד עם מיליסיוורט (mSv) או מיקרוסיוורט. בארצות הברית (ובארץ) עדיין נהוג להשתמש ביחידה הקרוי ראם (rem) או מיליראם (mrem) במקום בסיוורט. סיוורט אחד שווה ערך ל-100 ראם.

הקרינה ניתנת לאיתור באמצעות מד קרינה (מונה מבוסס גייגר) או מד מינון קרינה (דוזימטר).

מודל מתמטי של דעיכה רדיואקטיבית[עריכת קוד מקור | עריכה]

ההתפרקות הרדיואקטיבית היא תופעה קוונטית בעיקרה ולכן הסתברותית. כלומר: אי אפשר לדעת מתי בדיוק יתפרק חלקיק מסוים אך אפשר לדעת מה ההסתברות שלו להתפרק בכל זמן נתון. זמן ההתפרקות של חלקיק הוא משתנה מקרי T המתפלג מעריכית עם קבוע דעיכה \lambda האופייני לחלקיק ושניתן לחשבו באמצעות מכניקת הקוונטים. אחד חלקי קבוע הדעיכה (\ 1/\lambda), הוא זמן החיים הממוצע של חלקיק בודד, או תוחלת החיים שלו. פרמטר שקול לכך, שיותר קל למדוד בניסוי, הוא זמן מחצית החיים שנתון על ידי \ \ln(2) / \lambda : זהו הזמן שבו מחצית מהחלקיקים במדגם יתפרקו.

מאחר שתיאור הדעיכה המעריכית הוא הסתברותי, הוא שימושי ביותר דווקא עבור מדגמים סטטיסטיים המכילים מספר רב של חלקיקים (למשל: מספר אבוגדרו של נייטרונים), ואז גודל המדגם בזמן t כלשהו נתון על ידי

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

כאשר N0 הוא המספר ההתחלתי של חלקיקים במדגם.

התנהגות זו היא הבסיס לשיטות תיארוך ארכאולוגיות וגאולוגיות באמצעות מדידות דעיכה של איזוטופים רדיואקטיביים מתאימים שונים. לדוגמה, בארכאולוגיה מקובל מאוד השימוש בפחמן 14, שהוא איזוטופ רדיואקטיבי של פחמן.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]