A radioaktivitás felfedezését a rossz időjárásnak köszönhetjük. Henri Becquerel francia fizikus a fluoreszcenciát próbálta tanulmányozni, azt a jelenséget, amikor bizonyos anyagok a napfény hatására világítanak, de a borult napok meghiúsították a kísérleteit, ezért a fluoreszkáló uránsókat ruhába csomagolta, és egy fiókban hagyta őket, egy fotólemezzel és egy rézkereszttel együtt. Ez az egyszerű véletlen baleset 1896-ban felfedte a radioaktivitás létezését, egy olyan jelenséget, amely ablakot nyitott a szubatomi világra, és elindította a nukleáris forradalmat.
A radioaktivitás megértése
Amikor végül elhozta a sókat, Becquerel azt tapasztalta, hogy a fényképészeti lemezen megjelent a kereszt képe – annak ellenére, hogy a sókat nem érte fény.
“Most már meg vagyok győződve arról, hogy az uránsók láthatatlan sugárzást termelnek, még akkor is, ha sötétben tartják őket” – írta további kísérletek elvégzése után.
Becquerel doktorandusza, Marie Curie férjével, Pierre-rel együtt vizsgálta a kérdést, és rájöttek, hogy a hatásnak semmi köze a fluoreszcenciához, ehelyett felfedezték, hogy bizonyos anyagok természetes módon állandó energiaáramlást bocsátanak ki. Megalkották a radioaktivitás kifejezést, és két új radioaktív elemet is találtak: a polóniumot és a rádiumot. Ezért a mélyreható és izgalmas munkáért Becquerel és Curie-ék 1903-ban megkapták a fizikai Nobel-díjat.
A fizikusok, Ernest Rutherford és Frederick Soddy mélyebbre hatoltak, és rájöttek, hogy az apró anyagmennyiségek hatalmas energiatartalékokat rejtenek. Arra is rájöttek, hogy a radioaktív bomlás során az egyik elem átalakulhat egy másik elemmé – egy uránatom (néhány köztes lépésen keresztül) ólomatommá alakulhat át.
A világ minden táján azt feltételezték, hogy ezeket a csodálatosan energikus anyagokat hasznosítani lehet. Az 1920-as évekig számos hashajtó- és fogkrémgyártó büszkén fűszerezte termékeit radioaktív tóriummal, és a radioaktív anyagokat csak 1938-ban tiltották be a fogyasztási cikkekben az Egyesült Államokban.
Hogyan működik a radioaktivitás?
Mára sokkal átfogóbb ismereteink vannak arról, hogy mi a radioaktivitás, hogyan lehet veszélyes, és hogyan használhatjuk fel.
Íme egy alapvető áttekintés: képzeljünk el egy atomot, amely egy központi atommag körüli elektronfelhőből áll, amelyben neutronoknak és protonoknak nevezett részecskék zsúfolódnak össze. A protonok és neutronok bizonyos elrendezései stabilabbak, mint mások; ha túl sok neutron van a protonokhoz képest, az atommag instabillá válik és szétesik. Ez a bomlás alfa-részecskék, béta-részecskék és gamma-sugárzás formájában magsugárzást szabadít fel.
Az alfa-részecske két protont és két neutront visz magával, és mivel egy elemet a protonok száma határoz meg, az alfa-részecske kibocsátásával az anyaatom egy teljesen új elemmé válik. A béta-bomlás során egy neutron egy protonná és egy elektronná alakul át, az elektron pedig elszáll, egy plusz protont hátrahagyva, és ismét egy másik elem atomját eredményezi. A fenti részecskék bármelyike mellett a bomló atommagok gammasugárzást is létrehozhatnak: nagy energiájú elektromágneses sugárzást.
Milyen egészségügyi hatásai vannak?
Amint Becquerel és a Curie-k felfedezték, a radioaktivitás a természetben előforduló jelenség. A Földben számos ásványi anyag lassú és állandó sugárzást bocsát ki, a belélegzett levegő radioaktív gázokat tartalmaz, és még az élelmiszerek és a testünk is kis százalékban tartalmaznak radioaktív atomokat, például kálium-40-et és szén-14-et. A Föld a Napból és nagyenergiájú kozmikus sugárzás formájában is kap sugárzást. Ezek a források természetes, de elkerülhetetlen háttérsugárzást okoznak. Ezt számos mesterséges forrás növeli, többek között az orvosi eljárások, például a röntgensugárzás, a füstérzékelők, az építőanyagok és az éghető tüzelőanyagok.
Az alacsony szintű háttérsugárforrások általában nem károsítanak bennünket, mivel a károsodás mértéke az expozíció hosszától és szintjétől függ. A sugárzás károsíthatja a szervezet belső kémiáját, felbontva a szövetünkben lévő kémiai kötéseket, elpusztítva a sejteket, és károsítva a DNS-t, ami rákhoz vezethet. Nagyon nagy dózisban a sugárzás órákon belül rosszullétet és halált okozhat.
A nukleáris energia hasznosítása
A radioaktivitás hatásait a történelem során még nagyobb mértékben érezték az atomerőművek leolvadásával. A maghasadás radioaktív folyamatát már több évtizede hasznosítják áramtermelésre: egy atom magja kettéválik, így legalább két “leány” atommag keletkezik, és hő formájában energia szabadul fel. A hőt víz forralására és gőz előállítására használják fel, amely megforgat egy turbinát és villamos energiát termel. Sajnos ez nem egy tiszta folyamat – radioaktív hulladék keletkezik, amelyet nehéz biztonságosan ártalmatlanítani, és szélsőséges esetekben a reakciók irányíthatatlanná válhatnak, mint például a 2011-es földrengés által kiváltott katasztrófa a Fukushima Daiichi atomerőműben.
Egy másik radioaktív folyamat biztonságos módot nyújthat a tiszta energia előállítására: a fúzió. A maghasadással ellentétben a fúzió során két atommagot kapcsolnak össze. Ez a folyamat szintén energiát szabadít fel – pontosan ez a folyamat játszódik le a Napban és más csillagokban -, de a fúzióhoz rendkívül magas hőmérsékletre és nyomásra van szükség, ami drága és nehezen reprodukálható a Földön.
Hosszú út áll előttünk
Becquerel 12 évvel az első felfedezése után, 54 évesen halt meg, valószínűleg a radioaktív anyagok kezeléséből származó égési sérülések és hegek miatt, Marie Curie pedig évtizedekkel később leukémiában halt meg. A sugárzás valószínűleg lassan Pierre Curie-t is megölte, bár ezt nehéz tudni, mivel 1906-ban halálosan elgázolta egy kocsi.
Mára a radioaktivitás jobb megértése lehetővé teszi, hogy sokkal biztonságosabban használjuk azt. A radioaktív anyagokkal kapcsolatos balesetek gyakorisága csökkent, és kevesebb halálos áldozatot követelnek a szigorú biztonsági intézkedéseknek és az alapos vészhelyzeti intézkedéseknek köszönhetően. A legutóbbi, fukusimai nukleáris katasztrófa során egyetlen halálos áldozat sem halt meg sugárterhelés következtében – de még hosszú út áll előttünk, mire biztonságosan hasznosíthatjuk a radioaktivitás hatalmas nyers erejét.