Vi kan tacka dåligt väder för upptäckten av radioaktivitet. Den franske fysikern Henri Becquerel försökte studera fluorescens, ett fenomen där vissa material glöder när de utsätts för solljus, men mulna dagar motverkade hans experiment och därför lindade han in sina fluorescerande uransalter i tyg och lämnade dem i en låda, tillsammans med en fotografisk platta och ett kopparkors. Denna enkla slumpmässiga olyckshändelse avslöjade 1896 förekomsten av radioaktivitet, ett fenomen som öppnade ett fönster in i den subatomära världen och som gav startskottet för kärnkraftsrevolutionen.
Förståelse av radioaktivitet
När han äntligen hämtade salterna upptäckte Becquerel att en bild av korset hade dykt upp på den fotografiska plattan – trots att salterna inte hade exponerats för ljus.
”Jag är nu övertygad om att uransalter producerar osynlig strålning, även när de har förvarats i mörker”, skrev han efter att ha genomfört ytterligare experiment.
Becquerels doktorand, Marie Curie, undersökte saken tillsammans med sin make Pierre och de insåg att effekten inte hade något med fluorescens att göra, utan upptäckte i stället att vissa material naturligt avger ett konstant energiflöde. De myntade begreppet ”radioaktivitet” och fann också två nya radioaktiva grundämnen: polonium och radium. För detta djupgående och spännande arbete fick Becquerel och Curies Nobelpriset i fysik 1903.
Fysikerna Ernest Rutherford och Frederick Soddy gick djupare och upptäckte att små mängder materia innehåller enorma energireserver. De insåg också att i den radioaktiva sönderfallsprocessen kan ett grundämne förvandlas till ett annat – en uranatom kan (via några få mellansteg) förvandlas till en blyatom.
Runt om i världen antog man att dessa mirakulöst energirika material skulle kunna användas på ett bra sätt. Fram till 1920-talet var många tillverkare av laxermedel och tandkräm stolta över att ha spetsat sina produkter med radioaktivt torium, och radioaktiva ämnen förbjöds i konsumentprodukter i USA först 1938.
Hur fungerar radioaktivitet?
I dag har vi en mycket mer omfattande förståelse för vad radioaktivitet är, hur den kan vara farlig och hur vi kan använda den.
Här kommer en grundläggande genomgång: Föreställ dig en atom, som består av ett moln av elektroner runt en central kärna där partiklar som kallas neutroner och protoner är hopträngda tillsammans. Vissa arrangemang av protoner och neutroner är stabilare än andra; om det finns för många neutroner jämfört med protoner blir kärnan instabil och faller isär. Vid detta sönderfall frigörs kärnstrålning i form av alfapartiklar, betapartiklar och gammastrålning.
En alfapartikel bär med sig två protoner och två neutroner, och eftersom ett grundämne definieras av antalet protoner blir moderatatomen ett helt nytt grundämne när en alfapartikel avges. Vid betasönderfall omvandlas en neutron till en proton och en elektron, och elektronen rusar iväg och lämnar kvar en extra proton och resulterar återigen i en atom av ett annat grundämne. Vid sidan av någon av ovanstående partiklar kan sönderfallande atomkärnor också producera gammastrålar: elektromagnetisk strålning med hög energi.
Vad är hälsoeffekterna?
Som Becquerel och Curies upptäckte är radioaktivitet ett naturligt förekommande fenomen. Många mineraler i jorden avger en långsam och stadig rännil av strålning, luften vi andas innehåller radioaktiva gaser, och även livsmedel och våra kroppar innehåller en liten andel radioaktiva atomer som kalium-40 och kol-14. Jorden tar också emot strålning från solen och som kosmisk strålning med hög energi. Dessa källor skapar en naturlig men oundviklig nivå av bakgrundsstrålning. Många konstgjorda källor bidrar till detta, bland annat medicinska förfaranden som röntgenstrålning, rökdetektorer, byggnadsmaterial och brännbara bränslen.
Vi skadas i allmänhet inte av bakgrundsstrålning på låg nivå, eftersom omfattningen av skadan beror på exponeringens längd och nivå. Strålning kan skada kroppens inre kemi, bryta upp kemiska bindningar i vår vävnad, döda celler och skada DNA, vilket kan leda till cancer. I mycket höga doser kan strålning orsaka sjukdom och död inom några timmar.
Har man utnyttjat kärnkraft
Effekterna av radioaktivitet har känts i ännu större skala i samband med kärnkraftverkens härdsmälta genom historien. Den radioaktiva fissionsprocessen har utnyttjats i flera decennier för att producera elektricitet: atomkärnan delas, vilket skapar minst två ”dotterkärnor” och frigör energi i form av värme. Värmen används för att koka vatten och skapa ånga som driver en turbin och genererar elektricitet. Tyvärr är detta inte en ren process – den ger upphov till radioaktivt avfall som det är svårt att göra sig av med på ett säkert sätt, och i extrema fall kan reaktionerna gå överstyr, som den katastrof som utlöstes av en jordbävning vid kärnkraftverket Fukushima Daiichi 2011.
En annan radioaktiv process skulle kunna ge ett säkert sätt att generera ren energi: fusion. Till skillnad från fission innebär fusion att två atomkärnor förenas. Denna process frigör också energi – det är exakt den process som sker i solen och andra stjärnor – men fusion kräver extremt höga temperaturer och tryck, vilket är dyrt och svårt att återskapa på jorden.
En lång väg framåt
Becquerel dog 12 år efter sin första upptäckt vid 54 års ålder, med brännskador och ärr som troligen härrörde från hanteringen av radioaktivt material, och Marie Curie dog flera decennier senare av leukemi. Strålningen dödade troligen långsamt även Pierre Curie, även om det är svårt att veta eftersom han 1906 blev dödligt påkörd av en vagn.
I dag gör vår större förståelse för radioaktivitet att vi kan använda den på ett mycket säkrare sätt. Olyckor med radioaktiva ämnen har minskat i frekvens och ger färre dödsfall på grund av stränga säkerhetsåtgärder och grundliga räddningsinsatser. I den senaste kärnkraftskatastrofen i Fukushima skedde inga dödsfall till följd av strålningsexponering – men det är fortfarande en lång väg kvar innan vi på ett säkert sätt kan utnyttja radioaktivitetens enorma råkraft.