Радіонукліди

Термін "радіонуклід" порівняно молодий. Він замінив і для фахівців, і для широкого загалу довші терміни типу "радіоактивне ядро" чи "радіоактивний ізотоп" і означає "ядро (від лат. nucleus), що здатне до випромінювання" (від лат. radius — промінь). Отже, вважатимемо, що нуклід означає стійке ядро, радіонуклід — нестійке, здатне до самовільної трансформації, яка супроводжується викиданням назовні утворених чи вилучених з його складу частинок (або "проміння").

Хоча великі нестійкі ядра можуть виділяти з себе "багато чого" (що саме, показано на рис. 4), та природні радіонукліди найчастіше виділяють у- і [3-випромінювання, значно рідше — а-частинки. Такий самий комплект випромінюють і радіонукліди, які забруднюють територію України після катастрофи в Чорнобилі (рис. 36). Значно рідше найважчі з природних ядер (це може бути уран-235) діляться на дві великі частини з одночасним звільненням кількох нейтронів.

Важливо мати правильне уявлення про природу й особливості найпоширеніших видів випромінювання (а, (3 і у).

у-промені (у-кванти, у-фотони) є маленькими цугами електромагнітних хвиль дуже високої частоти і, відповідно, малої довжини хвилі. Лише цими характеристиками вони й відрізняються від звичних нам фотонів (цугів хвиль) видимого світла, які мають набагато більші розміри і, відтак, меншу енергію. Як і світло, у-промені не мають електричного заряду й існують тільки в русі, а народжуються під час перебудови взаємного розташування заряджених частинок у ядрах.

Відомо, що світло може відбиватися від полірованих металів чи білих тіл і поглинатися темними, нагріваючи їх. Світло проходить лише крізь прозорі тіла, які не поглинають і не відбивають фотонів. Внаслідок надто високої частоти своїх хвиль у-кванти не відбиваються, тому для них усі речовини більшою чи меншою мірою проникні. Коли їх енергія велика, то, потрапивши у речовину, вони спочатку навіть не поглинаються, а зіштовхують електрони з орбіт, відриваючи їх від молекул і надаючи їм чималої швидкості. Нагадаємо, що це явище називають іонізацією молекул чи атомів, бо після відриву електрона ці молекули перетворюються на позитивно заряджений іон.

Відірваний електрон забирає від у-кванта частину його енергії. Вона цілком достатня для того, щоб цей електрон сам став іонізатором, зриваючи з місця інші електрони чи розбиваючи молекули на частини з утворенням іонів обох знаків, доки не втратить швидкість. Отже, випромінені радіонуклідами у-кванти іонізують молекули живої речовини, утворюючи з них іони обох знаків, звільняючи електрони, збуджуючи молекули. Саме цими процесами спричинюється радіаційне ураження живих істот.

Лише втративши більшу частину енергії, у-кванти поглинаються і зникають.

Випромінювання є потоком викинутих радіонуклідами швидких електронів з негативними зарядами. Спочатку їхня швидкість лише трохи менша за швидкість світла у порожнечі, що становить майже 300 тис. км/с. Рухаючись у речовині, вони також іонізують її, утворюючи іони, нові електрони і збуджуючи вцілілі молекули. Втрачаючи енергію, pi-частинки гальмуються і приєднуються до якоїсь з мо-

Рис. Іонізуючі частинки — продукти розпаду чорнобильських викидів молекул. Надалі вони вже нешкідливі. Маючи заряд, pi-частинки сильніше за pi-кванти взаємодіють з речовиною, швидше втрачають енергію.

а-частинки найважчі і, хоч їх швидкість у десять разів менша за швидкість а-частинок, енергія їх більша. Кожна така частинка є дуже міцним агрегатом з двох нейтронів (без електричного заряду) і двох позитивно заряджених протонів. Маючи великий заряд, а-частинки примудряються утворювати іони буквально "на кожному кроці", лишаючи позаду густий ланцюг пошкоджених, розірваних на частини, збуджених молекул. Втративши швидкість, а-частинки приєднують два електрони і стають нешкідливим і хімічно інертними атомами гелію. Шкодять а-частинки живому також тільки під час швидкого руху.

Природні та штучні радіонукліди

Радіонукліди бувають як природного (їх порівняно мало), так і штучного походження. Останніх (для всіх елементів таблиці Менделєєва) фізики отримали вже понад 2000. Десятки видів подібних активних ядер утворюються під час роботи ядерних дослідних чи енергетичних реакторів.

До найголовніших характеристик радіонуклідів належать: *

кількість Z протонів (заряд ядра), яка й визначає, ізотопом якого хімічного елементу є цей радіонуклід. Спираючись на дані хімії і знаючи Z, можна багато що сказати про хімічні властивості атомів з радіоактивними ядрами; *

кількість нейтронів N і атомне число А (загальна кількість частинок у радіоактивному ядрі). Ядра з однаковими Z і різними N (їх називають ізотопами) мають різну стійкість; *

види їх випромінювання та енергії частинок; *

час напіврозпаду Г1/2 — кількість років (діб чи й годин), за які половина початкової кількості радіонуклідів розпадається з виділенням іонізуючого випромінювання.

Стійкість ядер тим вища, чим більший час напіврозпаду. Останній для різних нестійких ядер може дуже відрізнятися. Для одних час напіврозпаду може бути значно менший за секунду, для інших (як для урану чи торію) він може перевищувати мільярд років. У табл. 31 наведено деякі радіонукліди, які мають певне екологічне значення, а також зазначено періоди напіврозпаду і типи їх випромінювання.

У цій таблиці значком (+) позначено випромінювання з малою енергією. Частинка з такою енергією до зупинки іонізує 500-1500 молекул живої речовини. Знак (++) відповідає більшій енергії й утворенню до 6 тис. пар іонів кожною частинкою з такою енергією. А от для енергії (+++) кількість іонізованих молекул досягає 10 тис. і більше. Найбільшу енергію (++++) мають а-частинки, які до зупинки можуть створити аж 100 тис. пар іонів.

Таблиця 31 Характеристики екологічно важливих радіонуклідів   |

Радіонукліди | Період піврозпаду | Тип випромінювання

а | Р | Y

1 | Трітш (^НО | 12,4р.   | +  

2 | Вуглець- 1 4 (С) | 5569 р.