Radioactiviteit
Radioactiviteit is een spontane verandering van een instabiele atoomkern. Ze is fundamenteel probabilistisch: geen klok vertelt wanneer een bepaalde kern zal vervallen, maar een grote populatie vertoont voorspelbaar gemiddeld gedrag dat wordt gekenmerkt door een vervalconstante en een halveringstijd.
Drie veelvoorkomende emissies veranderen kernen op verschillende manieren
Bij alfaverval wordt een helium-4-kern uitgezonden en dalen A met 4 en Z met 2. Bij bèta-minverval wordt een neutron omgezet in een proton terwijl een elektron en een antineutrino worden uitgezonden; A blijft dus gelijk en Z stijgt met 1. Gamma-emissie voert overtollige kernexcitatie af als een foton zonder A of Z te veranderen.
Activiteit telt vervallen per tijdseenheid
A = λN
1 becquerel (Bq) = 1 verval per seconde.
Activiteit hangt zowel af van het aantal instabiele kernen als van de kans per tijdseenheid dat elke kern vervalt. Ze is niet hetzelfde als de telsnelheid van een detector, de geabsorbeerde dosis of het biologische effect.
Behoudswetten begrenzen elk verval
Lading, totale energie, impuls en impulsmoment moeten behouden blijven. Bij bètaverval is ook een neutrino of antineutrino betrokken; zonder die deeltjes zouden gemeten elektronenenergieën en impulsbalansen niet met de behoudswetten overeenkomen.
Stralingstype en gevaar zijn verschillende vragen
Doordringend vermogen, ionisatiedichtheid, energie, blootstellingsroute en biologische verdeling zijn allemaal van belang. Alfadeeltjes worden buiten het lichaam gemakkelijk tegengehouden, maar kunnen zeer dicht energie afzetten als een alfa-emitterend materiaal zich in het lichaam bevindt. Gammafotonen dringen sterker door, maar het gevaar kan niet alleen op basis van de deeltjesnaam worden gerangschikt.
Houd bron, straling en detector uit elkaar. Een radioactieve bron heeft een activiteit die door zijn kernen wordt bepaald. De straling die de bron verlaat kan worden geabsorbeerd of verstrooid voordat zij een detector bereikt, en de detector registreert slechts een deel van de gebeurtenissen die plaatsvinden. Een dalende telsnelheid kan dus het gevolg zijn van radioactief verval, veranderde geometrie, extra afscherming of detectoreffecten; de fysische oorzaak moet worden vastgesteld voordat het getal wordt geïnterpreteerd.
Uitgewerkte voorbeelden
1. Dochterkern bij alfaverval
Oplossing
23892U dat alfaverval ondergaat geeft A=234 en Z=90: thorium-234.
2. Dochterkern bij bèta-minverval
Oplossing
146Bèta-minverval van C houdt A=14 en verhoogt Z tot 7, en geeft dus stikstof-14.
3. Activiteit
Oplossing
Als λ=2,0×10⁻5 s⁻1 en N=3,0×10⁸, dan is A=λN=6,0×10³ Bq.