Za objev radioaktivity vděčíme špatnému počasí. Francouzský fyzik Henri Becquerel se pokoušel studovat fluorescenci, jev, při kterém určité materiály září, když jsou vystaveny slunečnímu světlu, ale zamračené dny jeho pokusy zmařily, a tak zabalil fluoreskující uranové soli do látky a nechal je v zásuvce spolu s fotografickou deskou a měděným křížem. Tato prostá náhoda v roce 1896 odhalila existenci radioaktivity, jevu, který otevřel okno do subatomárního světa a odstartoval jadernou revoluci.
Poznání radioaktivity
Když konečně přinesl soli, Becquerel zjistil, že se na fotografické desce objevil obraz kříže – přestože soli nebyly vystaveny světlu.
„Nyní jsem přesvědčen, že uranové soli produkují neviditelné záření, i když byly drženy ve tmě,“ napsal po provedení dalších pokusů.
Becquerelova doktorandka Marie Curieová se svým manželem Pierrem věc zkoumala a zjistili, že tento jev nemá nic společného s fluorescencí, místo toho zjistili, že některé materiály přirozeně vyzařují stálý tok energie. Vytvořili termín „radioaktivita“ a také objevili dva nové radioaktivní prvky: polonium a radium. Za tuto hlubokou a vzrušující práci získali Becquerel a Curieovi v roce 1903 Nobelovu cenu za fyziku.
Fyzikové Ernest Rutherford a Frederick Soddy se ponořili hlouběji a zjistili, že nepatrná množství hmoty obsahují obrovské zásoby energie. Uvědomili si také, že v procesu radioaktivního rozpadu se může jeden prvek přeměnit v jiný – atom uranu se může (přes několik mezikroků) přeměnit v atom olova.
Na celém světě lidé předpokládali, že tyto zázračně energetické materiály lze dobře využít. Až do 20. let 20. století mnozí výrobci projímadel a zubních past hrdě přidávali do svých výrobků radioaktivní thorium a radioaktivní látky byly ve spotřebním zboží v USA zakázány až v roce 1938.
Jak radioaktivita funguje?
Dnes máme mnohem ucelenější představu o tom, co je radioaktivita, jak může být nebezpečná a jak ji můžeme využívat.
Tady je základní přehled: Představte si atom, který se skládá z oblaku elektronů kolem centrálního jádra, v němž jsou namačkány částice zvané neutrony a protony. Některá uspořádání protonů a neutronů jsou stabilnější než jiná; pokud je neutronů v porovnání s protony příliš mnoho, jádro se stane nestabilním a rozpadne se. Při tomto rozpadu se uvolňuje jaderné záření ve formě částic alfa, částic beta a záření gama.
Částice alfa unáší dva protony a dva neutrony, a protože prvek je definován počtem protonů, stává se mateřský atom po vyzáření částice alfa zcela novým prvkem. Při rozpadu beta se neutron přemění na jeden proton a jeden elektron a elektron se urychlí, zanechá za sebou další proton a opět vznikne atom jiného prvku. Vedle obou výše uvedených částic mohou rozpadající se jádra produkovat také záření gama: elektromagnetické záření s vysokou energií.
Jaké jsou účinky na zdraví?
Jak zjistili Becquerel a Curieovi, radioaktivita je přirozeně se vyskytující jev. Mnoho minerálů v Zemi vyzařuje pomalý a stálý proud záření, vzduch, který dýcháme, obsahuje radioaktivní plyny, a dokonce i potraviny a naše těla obsahují malé procento radioaktivních atomů, například draslíku-40 a uhlíku-14. Země také přijímá záření ze Slunce a jako vysokoenergetické kosmické záření. Tyto zdroje vytvářejí přirozenou, ale nevyhnutelnou úroveň radiačního pozadí. K tomu se přidává mnoho umělých zdrojů, včetně lékařských zákroků, jako je rentgenové záření, detektory kouře, stavební materiály a hořlavá paliva.
Zpravidla nám neškodí nízkoúrovňové zdroje záření na pozadí, protože rozsah poškození závisí na délce a úrovni expozice. Záření může poškozovat vnitřní chemii těla, narušovat chemické vazby v našich tkáních, zabíjet buňky a poškozovat DNA, což může vést ke vzniku rakoviny. Ve velmi vysokých dávkách může záření způsobit onemocnění a smrt během několika hodin.
Využití jaderné energie
Působení radioaktivity se v historii projevilo v ještě větším měřítku při roztavení jaderných elektráren. Radioaktivní proces štěpení se již několik desetiletí využívá k výrobě elektřiny: jádro atomu se rozštěpí, vzniknou nejméně dvě „dceřiná“ jádra a uvolní se energie ve formě tepla. Toto teplo se využívá k vaření vody a tvorbě páry, která roztáčí turbínu a vyrábí elektřinu. Bohužel se nejedná o čistý proces – vzniká radioaktivní odpad, který je obtížné bezpečně zlikvidovat, a v extrémních případech se reakce mohou vymknout kontrole, jako například při katastrofě vyvolané zemětřesením v jaderné elektrárně Fukušima Daiiči v roce 2011.
Jiný radioaktivní proces by mohl poskytnout bezpečný způsob výroby čisté energie: fúze. Na rozdíl od štěpení se při fúzi spojují dvě atomová jádra. Při tomto procesu se také uvolňuje energie – přesně tento proces probíhá ve Slunci a dalších hvězdách – ale fúze vyžaduje extrémně vysoké teploty a tlaky, které jsou drahé a na Zemi je obtížné je znovu vytvořit.
Dlouhá cesta před námi
Becquerel zemřel 12 let po svém prvním objevu ve věku 54 let s popáleninami a jizvami pravděpodobně po manipulaci s radioaktivními materiály a Marie Curie zemřela o několik desetiletí později na leukémii. Radiace pravděpodobně pomalu zabíjela i Pierra Curieho, i když je těžké to zjistit, protože byl v roce 1906 smrtelně sražen kočárem.
Dnes nám větší porozumění radioaktivitě umožňuje používat ji mnohem bezpečněji. Nehody s radioaktivními materiály se díky přísným bezpečnostním opatřením a důkladné reakci na mimořádné události staly méně častými a mají za následek méně obětí. Při poslední jaderné havárii ve Fukušimě nedošlo k žádnému úmrtí v důsledku ozáření – ale stále je před námi ještě dlouhá cesta, než budeme moci bezpečně využívat obrovskou surovou sílu radioaktivity.