Laten we bij het begin beginnen en begrijpen waar het woord "nucleair" in "nucleaire straling" vandaan komt. Hier is iets waar je je al op je gemak bij zou moeten voelen:Alles is gemaakt van atomen . Atomen binden samen tot moleculen . Dus een watermolecuul is gemaakt van twee waterstofatomen en één zuurstofatoom samengebonden tot een enkele eenheid. Omdat we op de basisschool leren over atomen en moleculen, we begrijpen en voelen ons op ons gemak bij hen. In de natuur, elk atoom dat je vindt zal een van de 92 soorten atomen zijn, ook gekend als elementen . Dus elke substantie op aarde -- metaal, kunststoffen, haar, kleding, bladeren, glas -- bestaat uit combinaties van de 92 atomen die in de natuur voorkomen. Het periodiek systeem der elementen dat je in de scheikundeles ziet, is een lijst van de elementen die in de natuur voorkomen plus een aantal door de mens gemaakte elementen.

Binnen elk atoom zijn drie subatomische deeltjes :protonen, neutronen en elektronen. Protonen en neutronen binden samen om de te vormen kern van het atoom, terwijl de elektronen de kern omringen en in een baan om de kern draaien. Protonen en elektronen hebben tegengestelde ladingen en trekken elkaar daarom aan (elektronen zijn negatief en protonen zijn positief, en tegengestelde ladingen trekken elkaar aan), en in de meeste gevallen is het aantal elektronen en protonen hetzelfde voor een atoom (waardoor het atoom neutraal belast wordt). De neutronen zijn neutraal. Hun doel in de kern is om protonen aan elkaar te binden. Omdat de protonen allemaal dezelfde lading hebben en elkaar van nature zouden afstoten, de neutronen fungeren als "lijm" om de protonen stevig bij elkaar te houden in de kern.

Het aantal protonen in de kern bepaalt het gedrag van een atoom. Bijvoorbeeld, als je 13 protonen combineert met 14 neutronen om een ​​kern te creëren en dan 13 elektronen rond die kern laat draaien, wat je hebt is een aluminium atoom. Als je miljoenen aluminium atomen groepeert, krijg je een substantie die aluminium is -- je kunt aluminium blikjes vormen, aluminiumfolie en aluminium gevelbeplating eruit. Al het aluminium dat je in de natuur vindt, wordt aluminium-27 genoemd. De "27" is de atomair massagetal -- de som van het aantal neutronen en protonen in de kern. Als je een atoom aluminium neemt en het in een fles doet en over een paar miljoen jaar terugkomt, het zal nog steeds een atoom van aluminium zijn. Aluminium-27 wordt daarom a . genoemd stal atoom. Tot ongeveer 100 jaar geleden, men dacht dat alle atomen zo stabiel waren.

Veel atomen komen in verschillende vormen voor. Bijvoorbeeld, koper heeft twee stabiele vormen:koper-63 (ongeveer 70 procent van al het natuurlijke koper) en koper-65 (ongeveer 30 procent). De twee vormen worden genoemd isotopen . Atomen van beide isotopen van koper hebben 29 protonen, maar een koper-63-atoom heeft 34 neutronen, terwijl een koper-65-atoom 36 neutronen heeft. Beide isotopen werken en zien er hetzelfde uit, en beide zijn stabiel.

Het deel dat tot ongeveer 100 jaar geleden niet werd begrepen, is dat bepaalde elementen isotopen hebben die radioactief . In sommige elementen, alle isotopen zijn radioactief. Waterstof is een goed voorbeeld van een element met meerdere isotopen, waarvan er één radioactief is. normale waterstof, of waterstof-1, heeft één proton en geen neutronen (omdat er maar één proton in de kern is, er is geen noodzaak voor de bindende effecten van neutronen). Er is nog een isotoop, waterstof-2 (ook bekend als deuterium), dat één proton en één neutron heeft. Deuterium is zeer zeldzaam van aard (ongeveer 0,015 procent van alle waterstof), en hoewel het werkt als waterstof-1 (bijvoorbeeld je kunt er water van maken) blijkt het voldoende te verschillen van waterstof-1 doordat het in hoge concentraties giftig is. De deuteriumisotoop van waterstof is stabiel. Een derde isotoop, waterstof-3 (ook bekend als tritium), heeft één proton en twee neutronen. Het blijkt dat deze isotoop is instabiel . Dat is, als je een container vol tritium hebt en over een miljoen jaar terugkomt, je zult zien dat het allemaal is veranderd in helium-3 (twee protonen, één neutron), die stabiel is. Het proces waarbij het in helium verandert, heet radioactief verval .

Bepaalde elementen zijn van nature radioactief in al hun isotopen. Uranium is het beste voorbeeld van een dergelijk element en is het zwaarste natuurlijk voorkomende radioactieve element. Er zijn acht andere natuurlijk radioactieve elementen:polonium, astatine, radon, frank, radium, actinium, thorium en protactinium. Alle andere door de mens gemaakte elementen die zwaarder zijn dan uranium zijn ook radioactief.

Radioactief verval

Radioactief verval is een natuurlijk proces. Een atoom van een radioactieve isotoop zal spontaan vervallen in een ander element via een van de drie gebruikelijke processen:

• Alfa verval
• Bèta-verval
• Spontane splijting

In het proces, er worden vier verschillende soorten radioactieve straling geproduceerd:

• Alfa stralen
• Bètastralen
• Gamma stralen
• Neutronenstralen

Americium-241, een radioactief element dat vooral bekend staat om zijn gebruik in rookmelders, is een goed voorbeeld van een element dat ondergaat alfa-verval . Een americium-241 atoom zal spontaan een alfadeeltje . Een alfadeeltje bestaat uit twee protonen en twee aan elkaar gebonden neutronen, wat het equivalent is van een helium-4-kern. Tijdens het uitzenden van het alfadeeltje, het americium-241-atoom wordt een neptunium-237-atoom. Het alfadeeltje verlaat het toneel met een hoge snelheid -- misschien 10, 000 mijl per seconde (16, 000 km/sec).

Als je naar een individueel americium-241-atoom kijkt, het zou onmogelijk zijn om te voorspellen wanneer het een alfadeeltje zou afwerpen. Echter, als je een grote verzameling americiumatomen hebt, dan wordt de mate van verval vrij voorspelbaar. Voor americium-241, het is bekend dat de helft van de atomen in 458 jaar vervalt. Daarom, 458 jaar is de halveringstijd van americium-241. Elk radioactief element heeft een andere halfwaardetijd, variërend van fracties van een seconde tot miljoenen jaren, afhankelijk van de specifieke isotoop. Bijvoorbeeld, americium-243 heeft een halfwaardetijd van 7, 370 jaar.

Tritium (waterstof-3) is een goed voorbeeld van een element dat ondergaat bètaverval . Bij bètaverval, een neutron in de kern verandert spontaan in een proton, een elektron, en een derde deeltje genaamd een antineutrino. De kern werpt het elektron en antineutrino uit, terwijl het proton in de kern blijft. Het uitgeworpen elektron wordt a . genoemd bètadeeltje . De kern verliest één neutron en krijgt één proton. Daarom, een waterstof-3-atoom dat bètaverval ondergaat, wordt een helium-3-atoom.

In spontane splijting , een atoom splitst zich in plaats van een alfa- of bètadeeltje af te werpen. Het woord 'splijting' betekent 'splitsing'. Een zwaar atoom zoals fermium-256 ondergaat ongeveer 97 procent van de tijd spontane splijting wanneer het vervalt, en in het proces, het worden twee atomen. Bijvoorbeeld, één fermium-256-atoom kan een xenon-140 en een palladium-112-atoom worden, en in het proces zal het vier neutronen uitwerpen (bekend als "prompt neutronen" omdat ze worden uitgeworpen op het moment van splijting). Deze neutronen kunnen door andere atomen worden geabsorbeerd en kernreacties veroorzaken, zoals verval of splijting, of ze kunnen botsen met andere atomen, zoals biljartballen, en ervoor zorgen dat gammastraling wordt uitgezonden.

Neutronenstraling kan worden gebruikt om niet-radioactieve atomen radioactief te maken; dit heeft praktische toepassingen in de nucleaire geneeskunde. Neutronenstraling wordt ook gemaakt van kernreactoren in energiecentrales en kernaangedreven schepen en in deeltjesversnellers, apparaten die worden gebruikt om subatomaire fysica te bestuderen.

Vaak, een kern die alfa-verval heeft ondergaan, bètaverval of spontane splijting zal zeer energetisch en daarom onstabiel zijn. Het zal zijn extra energie elimineren als een elektromagnetische puls die bekend staat als a Gamma-straal . Gammastraling is als röntgenstraling, omdat ze materie binnendringen, maar ze zijn energieker dan röntgenstralen. Gammastraling bestaat uit energie, geen bewegende deeltjes zoals alfa- en bètadeeltjes.

Terwijl we het over verschillende stralen hebben, er zijn ook kosmische stralen te allen tijde de aarde bombarderen. Kosmische straling is afkomstig van de zon en ook van dingen als exploderende sterren. De meerderheid van de kosmische straling (misschien 85 procent) zijn protonen die met de snelheid van het licht reizen, terwijl misschien 12 procent alfadeeltjes zijn die heel snel reizen. Het is de snelheid van de deeltjes, trouwens, dat geeft hen hun vermogen om door de materie heen te dringen. Als ze de atmosfeer raken, ze botsen op verschillende manieren met atomen in de atmosfeer om secundaire kosmische stralen te vormen die minder energie hebben. Deze secundaire kosmische stralen botsen dan met andere dingen op aarde, inclusief mensen. We worden voortdurend geraakt door secundaire kosmische straling, maar we zijn niet gewond omdat deze secundaire stralen een lagere energie hebben dan primaire kosmische stralen. Primaire kosmische straling is een gevaar voor astronauten in de ruimte.

Een "natuurlijk" gevaar

Hoewel ze "natuurlijk" zijn in de zin dat radioactieve atomen van nature vervallen en radioactieve elementen een onderdeel van de natuur zijn, alle radioactieve emissies zijn gevaarlijk voor levende wezens. Alfa deeltjes, bètadeeltjes, neutronen, gammastraling en kosmische straling staan ​​allemaal bekend als: ioniserende straling , wat betekent dat wanneer deze stralen een interactie aangaan met een atoom, ze een orbitaal elektron kunnen afstoten. Het verlies van een elektron kan problemen veroorzaken, inclusief alles van celdood tot genetische mutaties (leidend tot kanker), in elk levend wezen.

Omdat alfadeeltjes groot zijn, ze kunnen niet ver in de materie doordringen. Ze kunnen niet doordringen in een vel papier, bijvoorbeeld, dus als ze buiten het lichaam zijn, hebben ze geen effect op mensen. Als u atomen eet of inademt die alfadeeltjes uitstoten, echter, de alfadeeltjes kunnen nogal wat schade aanrichten in je lichaam.

Bètadeeltjes dringen wat dieper door, maar nogmaals, ze zijn alleen gevaarlijk als ze worden gegeten of ingeademd; bètadeeltjes kunnen worden tegengehouden door een vel aluminiumfolie of plexiglas. Gamma stralen, zoals röntgenstralen, worden tegengehouden door lood.

Neutronen, omdat ze geen lading hebben, heel diep doordringen, en worden het best tegengehouden door extreem dikke lagen beton of vloeistoffen zoals water of stookolie. Gammastraling en neutronen, omdat ze zo indringend zijn, kan ernstige gevolgen hebben voor de cellen van mensen en andere dieren. Je hebt misschien ooit gehoord van een nucleair apparaat genaamd a neutronenbom . Het hele idee van deze bom is om de productie van neutronen en gammastralen te optimaliseren, zodat de bom zijn maximale effect op levende wezens heeft.

Zoals we gezien hebben, radioactiviteit is "natuurlijk, " en we bevatten allemaal dingen zoals radioactieve koolstof-14. Er zijn ook een aantal door de mens gemaakte nucleaire elementen in het milieu die schadelijk zijn. Nucleaire straling heeft krachtige voordelen, zoals kernenergie om elektriciteit op te wekken en nucleaire geneeskunde om ziekten op te sporen en te behandelen, evenals grote gevaren.

Veel meer informatie

gerelateerde artikelen

• Kernbomquiz
• Hoe kernenergie werkt
• Hoe radon werkt
• Hoe röntgenstralen werken
• Hoe kernbommen werken
• Hoe koolstof-14-datering werkt
• Hoe nucleaire geneeskunde werkt
• Kernenergie Quiz

Meer geweldige links

• Meer informatie:"Aftellen tot nul"
• Straling en gezondheidsfysica
• Stralingsprimer
• The Sustainable Energy &Anti-Uranium Service - informatie over kernenergie vanuit het perspectief van een tegenstander
• Aware Electronics - Makers van pc-gebaseerde en stand-alone geigertellers, stralingsradonmonitors en andere monitoren voor gebruik met pc's
• Lunar Helium-3 als energiebron
• Experimenten met menselijke straling
• Detectie van radioactiviteit
• Straling opnieuw beoordeeld:het meetmoeras
• Het ABC van de nucleaire wetenschap
• Medcom:instrumenten voor stralingsdetectie