רדיואקטיביות וקרינה משומשות לעתים קרובות לסירוגין, אך הן מתארות תהליכים שונים (אך קשורים).
אבל לפני שנמשיך להתבונן בהבדלים האלה, כדאי להבין מה הם אטומים וכמה מושגים לגבי התנהגותם.
אטום הוא החלקיק הקטן ביותר שניתן לתאר ככימיקל. חלקיקים קטנים אינם כימיקלים כפי שגלגלים, שמשות ומושבים אינם מכוניות – הם חלקים מהם, אך נדרשים כמה כדי ליצור מכלול.
במרכז כל אטום נמצא גרעין המכיל מספר פרוטונים (חלקיקים בעלי מטען חיובי). מספר הפרוטונים קובע את ההרכב הכימי של אטום. כל גרעיני הפחמן מכילים שישה פרוטונים – זה מגדיר אותם כגרעיני פחמן. חמישה פרוטונים הם בורון, שבעה פרוטונים הם חנקן.
הגרעין מכיל גם מספר נויטרונים (חלקיקים ללא מטען). לאטומים של אותו כימיקל יכול להיות מספר שונה של נויטרונים. לכ-99% מאטומי הפחמן יש שישה נויטרונים, כאשר מוסיפים לששת הפרוטונים זה נותן מסה אטומית של 12.
בחלק מאטומי פחמן יש יותר או פחות נויטרונים – שבעה נויטרונים מייצרים פחמן-13 ושמונה לפחמן-14. הגרעינים של פחמן-12 ופחמן-13 יציבים, אך פחמן-14 הוא רדיואקטיבי ומהווה את הבסיס לתיארוך – פחמן.
אטומים של אותו כימיקל עם מספר שונה של נויטרונים ידועים כאיזוטופים.
מסביב לגרעין ישנם חלקיקים קטנים מאוד בעלי מטען שלילי הנקראים אלקטרונים. אלה מוחזקים במקומם (אורביטלים) על ידי משיכתם לגרעין הטעון חיובי. האטום מכיל כמות שווה של אלקטרונים ופרוטונים.
הוספה או הסרה של אלקטרון מהאטום גורמת לחלקיק טעון, הנקרא יון. יונים יכולים להתנהג בצורה שונה מאוד מאטומים. אטום של כלור הוא מאוד ריאקטיבי ומסוכן; יון כלורי הוא חלק ממלח שולחן.
אז מהי רדיואקטיביות?
רדיואקטיביות היא המונח שניתן לפירוק (דעיכה) או סידור מחדש של גרעין האטום. ריקבון מתרחש באופן טבעי וספונטני לגרעינים לא יציבים. אי יציבות זו נגרמת בדרך כלל מחוסר התאמה בין מספר הפרוטונים והנייטרונים.
ריקבון רדיואקטיבי יכול להתרחש בכמה דרכים, כאשר הנפוצות יותר הן:
- ביקוע ספונטני: ידוע גם כ”פיצול האטום” מכיוון שהגרעין מתפרק לשני חלקים
- שחרור נויטרונים: נויטרון נפלט מליבת האטום
- ריקבון אלפא: הגרעין משחרר חלקיק אלפא (גרעין הליום-4) המורכב משני נויטרונים ושני פרוטונים
- ריקבון בטא: הגרעין פולט אלקטרון (או פוזיטרון). הערה: זה לא זהה לאלקרון שהוסר מהאורביטלים סביב הגרעין
- ריקבון גמא: הפרוטונים והנייטרונים בתוך הגרעין מתארגנים מחדש לצורה יציבה יותר, ואנרגיה נפלטת כקרן גמא.
שחרור ניוטרונים, ריקבון אלפא ובטא מלווים כולם בשחרור של חלקיק. החלקיק (או קרן הגמא בהתפרקות גמא) הוא ה”קרינה” הקשורה לרדיואקטיביות.
מה זה זמן מחצית החיים?
זמן מחצית חיים, ברדיואקטיביות, מרווח הזמן הדרוש למחצית מגרעיני האטום של דגימה רדיואקטיבית להתפרק (לשנות באופן ספונטני למינים גרעיניים אחרים על ידי פליטת חלקיקים ואנרגיה).
לאיזוטופ הרדיואקטיבי קובלט-60, המשמש לטיפול בהקרנות, יש, למשל, זמן מחצית חיים של 5.26 שנים. לפיכך, לאחר מרווח זה, דגימה המכילה במקור 8 גרם קובלט-60 תכיל רק 4 גרם קובלט-60 ותפלוט רק חצי מכמות הקרינה. לאחר מרווח נוסף של 5.26 שנים, הדגימה תכיל רק 2 גרם של קובלט-60. עם זאת, לא הנפח ולא המסה של הדגימה המקורית יורדים בעליל, מכיוון שגרעיני הקובלט הבלתי יציבים מתפרקים לגרעיני ניקל 60 יציבים, שנשארים עם הקובלט שעדיין לא נרקב.
מה ההבדל בין רדיואקטיביות לקרינה?
כפי שראינו, ריקבון רדיואקטיבי הוא תכונה של גרעין מסוים. לשם השוואה, קרינה היא תוצאה אפשרית של תהליכים רבים, לא רק רדיואקטיביות.
קרינה היא המונח שניתן לחלקיק או גל נע וניתן לפצל אותה לשלושה סוגים עיקריים:
- קרינה בלתי מייננת: בעצם החלקים דלי האנרגיה של הספקטרום האלקטרומגנטי. זה כולל את כל האור שאתה רואה, גלי רדיו ואינפרא אדום (“קרינת חום”). אולטרה סגול נופל לקצה האנרגיה הגבוה של קטגוריה זו.
- קרינה מייננת: קרינה שיכולה להסיר אלקטרון ממסלולו.
- נויטרונים: חלקיקי נויטרונים חופשיים שיכולים להתנגש באטומים אחרים.
קרינה בלתי מייננת בדרך כלל מזיקה בצורה ברורה. ההשפעות של גלי מיקרו או גלי אינפרא אדום גורמות לחומרים רגישים להתחמם. קרינה מייננת, לעומת זאת, פחות ברורה, אך עלולה לגרום לנזק ממושך יותר על ידי המרת אטום ליון יותר ריאקטיבי.
קרינה מייננת מתחלקת לשתי צורות עיקריות:
- קרינה אלקטרומגנטית בעלת אנרגיה גבוהה: כולל קרני רנטגן וקרני גמא
- קרינת חלקיקים: חלקיקי אלפא ובטא.
צורות שונות אלו של קרינה מייננת נבדלות ביכולתן לגרום נזק וביכולתן לחדור לחומרים.
קרינה אלקטרומגנטית מייננת
קרני רנטגן וקרני גמא הם קרינה חודרת וקרינה מייננת והן בעצם אותו דבר. (ההבדל בטרמינולוגיה הוא בדרך כלל שקרני גמא מגיעות מהתפרקות גרעינית, בעוד שקרני רנטגן מגיעות מאורביטלים של אלקטרונים.)
אורכי גל אלו של קרינה אלקטרומגנטית מכילים מספיק אנרגיה כדי לדחוף אלקטרון ממסלולו סביב האטום – שוב ויוצרים יון. הם נעצרים על ידי חומרים צפופים מאוד כמו עופרת או כמויות גדולות של אדמה או בטון.
קרינת חלקיקים
קרינת חלקיקים היא עלולה להיות מזיקה מאוד, אך קלה יחסית לחסימה.
חלקיקי אלפא, עם שני נויטרונים ושני פרוטונים, הם בעצם יוני הליום. אלה יכולים להסיר את האלקטרונים מאטום אחר על מנת להפוך לאטומי הליום. חלקיקי בטא הם פשוט אלקטרונים חופשיים שניתן ללכוד על ידי אטומים בדיוק כמו כל אלקטרון אחר.
למרבה המזל, ההגנה מפני אלה קלה למדי. חלקיקי אלפא נחסמים על ידי פיסת נייר, וחלקיקי בטא על ידי כמה מילימטרים של מתכת או כמות שווה של פלסטיק.
ניוטרונים חודרים יותר ולכן הם עלולים להיות מסוכנים יותר.
בכל מקרה, האטום המקורי (נניח אטום חנקן) משתנה כדי להפוך לסוג אחר של אטומים (לדוגמה: פחמן-14). לאטום החדש יהיו תכונות כימיות שונות.
ניוטרונים מואטים או נלכדים בבטחה על ידי חומרים כגון גרפיט או תרכובות המכילות הרבה מימן (לדוגמה: מי ברז!).
אז מה ההבדל בין רדיואקטיביות לקרינה? קרינה היא האנרגיה או החלקיקים המשתחררים במהלך התפרקות רדיואקטיבית. הרדיואקטיביות של חומר מתייחסת לקצב בו הוא פולט קרינה .
