Radioaktiivsus
Radioaktiivsus on ebastabiilse tuuma spontaanne muundumine teiseks tuumaolekuks või nukliidiks koos osakeste või footonite kiirgumisega. Lagunemise hetk on ühe tuuma jaoks juhuslik, kuid suure hulga identsete tuumade käitumist kirjeldab väga täpselt eksponentsiaalne seadus.
Visuaalne mudel
Interaktiivne mudel
Alfa-, beeta- ja gammakiirgus
Alfalagunemisel väljub ⁴He tuum: massiarv väheneb 4 ja aatomnumber 2 võrra. Beetamiinuse lagunemisel muutub tuumas neutron prootoniks koos elektroni ja antineutriino emissiooniga; A jääb samaks ja Z suureneb ühe võrra.
Gammakiirgus on ergastatud tuuma elektromagnetiline üleminek madalamale energiatasemele. Gammafooton ei muuda A ega Z väärtust. Sageli järgneb gammakiirgus alfa- või beetalagunemisele, kui tütartuum jääb ergastatud olekusse.
Säilivusseadused on tuumavõrrandi kontroll
Tuumareaktsiooni võrrandis peab säilima elektrilaeng ning nukleonide arvestus peab olema kooskõlaline. Beetaprotsessides tuleb arvestada ka neutriinot või antineutriinot, et energia, impulss ja leptonarv säiliksid.
Näiteks ²³⁸U → ²³⁴Th + ⁴He on massiarvu järgi 238 = 234 + 4 ja aatomnumbri järgi 92 = 90 + 2. Selline kontroll tabab kiiresti vale tütarnukliidi.
Lagunemiskonstant ja poolestusaeg
Identsete radioaktiivsete tuumade arv muutub seaduse N(t)=N₀e^(−λt) järgi. Poolestusaeg T₁/₂ = ln2/λ on aeg, mille järel statistiliselt pool algsetest tuumadest on lagunenud.
Poolestusaeg ei tähenda, et iga üksik tuum „ootab” täpselt selle aja. Tuumal puudub klassikaline vananemiskell; lagunemistõenäosus ajaühikus on mudelis konstantne.
Aktiivsus ja bekerell
Aktiivsus on lagunemiste arv ajaühikus: A_act = λN. SI ühik bekerell (Bq) tähendab üht lagunemist sekundis. Sama aktiivsus ei tähenda tingimata sama neeldunud doosi või bioloogilist riski.
Proovi vananedes väheneb N ja seega ka aktiivsus. Kui alles jääb veerand radioaktiivsetest tuumadest, on samadel tingimustel alles ka veerand algsest aktiivsusest.
Kiirgus, aine ja risk
Alfaosakesed ioniseerivad tihedalt, kuid läbivad aines lühikese tee; gammakiirgus on palju läbitungivam. Beetakiirgus jääb nende vahele. Varjestusmaterjal tuleb valida kiirguse liigi ja energia järgi.
Ohu hindamiseks ei piisa ainult sõnast „radioaktiivne”. Olulised on aktiivsus, kiirguse liik ja energia, kokkupuute kestus, kaugus, aine paiknemine kehas ning neeldunud doos. Füüsikaline aktiivsus ja terviserisk on eri suurused.
Ülesanded
Kaks poolestusaega
Kui palju jääb alles pärast kahte poolestusaega?
Lahendus: (1/2)² = 1/4 ehk 25% algsest tuumade arvust.
Alfalagunemine
Mis juhtub A ja Z väärtustega alfalagunemisel?
Lahendus: A väheneb 4 võrra ja Z 2 võrra.
Aktiivsus
Mida tähendab 500 Bq?
Lahendus: Proovis toimub keskmiselt 500 radioaktiivset lagunemist sekundis.