عنصر رادیو اکتیو رادیوم
رادیم بنا به خواص شیمیایی آن یک فلز قلیایی خاکی است. برای جرم اتمی آن ، عدد 226 بدست آمد. با توجه به خواص شیمیایی و جرم ، رادیوم در خانه خالی 88 جدول تناوبی قرارداده شد.
در سنگهای معدنی اورانیم ، همیشه رادیوم به مقدار خیلی کم وجود دارد (حدود 1 گرم رادیوم در 3 تن اورانیوم ). به این سبب استخراج رادیوم فرایند پُر زحمتی است.
رادیوم یکی از فلزات کمیاب و بسیار گرانبهاست و به عنوان چشمه متمرکز تابش پرتوزا ارزش زیادی دارد.
سایر عناصر رادیواکتیو
تحقیقات بعدی که توسط کوری‌ها و دیگر دانشمندان انجام گرفت شمار عناصر پرتوزای شناخته شده را به مقدار زیادی افزایش داده است. معلوم شده است که تمام عناصری که عدد اتمی آنها بیش از 83 باشد، پرتوزا هستند. معمولا این عناصر را به مقدار کم از آمیزه‌های اورانیوم ، رادیوم و توریم بدست آوردند.
ایزوتوپهای پرتوزای تالیم ، سرب و بیسموت نیز از طریق مشابه پیدا شدند. باید توجه داشت که فقط ایزوتوپهای کمیاب این عناصر که با اورانیم ، رادیم و توریم آمیخته باشند، پرتوزا هستند. تالیم ، سرب و بیسموت معمولی پرتوزا نیستند. افزون بر عناصر آخر جدول تناوبی ، معلوم شده است که ساماریوم ، سزیم و روبیدیوم نیز پرتوزا هستند. پرتوزایی این عناصر ضعیف و با زحمت آشکارسازی می‌شود.
تاثیر اشعه رادیواكتیو بر موجودات زنده چگونه است؟
به طور كلی همه‌ی عنصرهای سنگین‌تر از سرب، یعنی از بیسموت به بعد، در جدول تناوبی عناصر، رادیواكتیو هستند. عناصر رادیواكتیو دارای هسته‌ی ناپایدار هستند و به تدریج به عنصرهای دیگر تبدیل می‌شوند. از میان این هسته‌ها، سه هسته‌ی توریم 232 و اورانیوم 238 و اورانیوم 235 از دیگران پایدارترند. محصول نهایی هر سه هسته پس از متلاشی شدن، ایزوتوپهای سرب است. توریم به سرب 208، اورانیوم 238 به سرب 206، و اورانیوم 235 به سرب 207 تبدیل می‌شود.
تاثیر اشعه رادیواكتیو بر موجودات زنده چگونه است؟
چون اشعه‌ی آلفا، بتا و گاما با خود انرژی نسبتا" زیادی را حمل می‌كنند، بنابراین می‌توانند در اتم‌هایی كه به آنها برخورد می‌كنند تغییرات شیمیایی ایجاد كنند. همه انواع اشعه‌ها به هنگام برخورد با اتم‌ها یا مولكول‌ها می‌توانند باعث برانگیخته‌شدن الكترون‌های آنها و در نهایت باعث یونیزه شدن آنها بشوند. این اشعه‌ها به همین دلیل می‌توانند به موجودات زنده آسیب برسانند، یعنی باعث یونیزه(ذرات باردار)شدن مولكول‌های سازنده سلول زنده و مرگ آن شوند. میزان آسیبی كه این اشعه‌ها به بدن انسان وارد می‌كنند به دو عامل بستگی دارد: یكی نوع اشعه و دیگری مقدار انرژی اشعه.
اشعه آلفا دارای قابلیت نفوذ بسیار كمی است و پس از برخورد به ماده، الكترون جذب می‌كند و به هلیم بی خطر تبدیل می‌شود. پوست بدن انسان، تقریبا" تمام اشعه آلفا را متوقف می‌كند. با این وجود اگر یك ماده تولید كننده اشعه آلفا مانند پلوتونیم 239 وارد بدن شود، در استخوان ذخیره می‌شود و اشعه آلفای حاصل از آن در تولید گلبول‌های قرمز خون تاثیر می‌گذارد. (رشد سرطانی گلبول‌های قرمز خون) به همین دلیل، پلوتونیم سم بسیار خطرناكی است كه مقدار قابل تحمل (دوز) آن، نباید از 7/0 میكروگرم بیشتر باشد.(یک میکروگرم برابر است با یک میلیونم گرم)
اشعه بتا نیز به وسیله پوست بدن متوقف می‌شود، ولی به سبب قابلیت نفوذ بیشتر در بدن، علاوه بر یونیزه كردن مولكول‌های سلول‌ها، چون انرژی جنبشی آن به گرما تبدیل می‌شود، باعث سوختگی شدید در پوست می‌گردد. با این وجود اگر یك ماده تولید كننده اشعه بتا مانند استرانسیم 90 وارد بدن شود، خطر مرگ انسان را تهدید می‌كند.
اما پوست بدن نمی‌تواند مانع نفوذ اشعه ایكس، گاما، و اشعه نوترونی به داخل بدن شود. به همین دلیل هرگاه مقدار ورود این اشعه‌ها به بدن از حد معینی تجاوز كند، خطراتی برای انسان به دنبال خواهد داشت
مقدار اشعه یا انرژی تولید شده توسط چشمه‌های رادیواكتیو (ماده تولید كننده اشعه رادیواكتیو) را معمولا" با واحدی به نام كوری (به افتخار خانم و آقای كوری كشف كنندگان عنصر رادیم) اندازه می‌گیرند. یك كوری برابر است با متلاشی شدن 7/3 ضرب در ده به توان ده اتم عنصر رادیواكتیو در یك ثانیه. شیر خوراكی در هر سانتی‌متر مكعب در حدود 5 ضرب در ده به توان هشت میكرو كوری رادیواكتیو دارد كه بیشتر مربوط به پتاسیم 40 است. در تمام بدن انسان در حدود 1/0 میكروكوری رادیواكتیو مربوط به پتاسیم 40 و كربن 14 وجود دارد كه از راه تغذیه به بدن وارد می‌شود. یك راكتور هسته‌ای( دستگاهی كه انرژی هسته‌ای را مهار می‌كند) بزرگ ممكن است تا 10 به توان 10 كوری(۱۰۱۰ )رادیواكتیو داشته باشد.
كاربرد مواد رادیواكتیو چیست؟
مواد رادیواكتیو در پزشكی، در صنعت و در تحقیقات شیمیایی كاربرد دارند. در پزشكی از اشعه گامای پرانرژی برای نابود كردن و جلوگیری از رشد سلول‌های سرطانی استفاده می‌شود. در صنعت برای تعیین میزان ساییدگی رینگ در موتورها، اندازه‌گیری سرعت زنگ‌زدن فلزات و خوردگی آنها، اندازه‌گیری ضخامت ورقه‌های فلزی و پلاستیكی و كاغذی كاربرد دارد.
نیمه عمر چیست؟
سرعت تجزیه مواد رادیواكتیو را می‌توان با تعداد اتمهای تجزیه شده در واحد زمان اندازه‌گیری كرد، ولی چون تعداد اتمهای تجزیه شده به تعداد اتمهای رادیواكتیو اولیه بستگی دارد، معمولا" برای بیان سرعت تجزیه‌ی مواد رادیواكتیو "مدت زمانی كه نصف اتمهای رادیواكتیو موجود تجزیه می‌شود" را نیمه عمر ماده‌ی رادیواكتیو می‌نامند و آن را با" t یك دوم" نشان می‌دهند. نیمه عمر مواد رادیواكتیو مختلف از میلیون‌ها سال تا چند صدم ثانیه تغییر می‌كند. مثلا" نیمه عمر اورانیوم 238 برای تبدیل شدن به توریم234 ، چهار میلیارد و پانصد میلیون سال طول می‌كشد. در حالی كه نیمه عمر پولونیم218 برای تبدیل شدن به سرب214 ، مدت سه دقیقه طول می‌كشد.
چگونه از نیمه عمر مواد رادیواكتیو در تعیین عمر سنگ‌ها استفاده می‌شود؟
با استفاده از مواد رادیواكتیو موجود در سنگ‌ها و مواد آلی،(موادی كه از موجودات زنده بدست می‌آید مواد آلی می‌گویند كه عمده عناصر تشكیل دهنده آن كربن، ئیدروژن، اكسیژن و نیتروژن است.) می‌توان عمر آنها را تعیین كرد. در مورد مواد آلی و بقایای موجودات زنده روش كربن14 از همه معمول‌تر است. مقدار كربن14 در یك موجود زنده مقداری ثابت است، ولی پس از مرگ چون كربن14 جدیدی وارد جسم موجود زنده نمی‌شود، به تدریج مقدار آن كاهش می‌یابد. از روی مقدار كربن14 باقیمانده می‌توان تعیین كرد كه چه مدت از مرگ آن موجود زنده گذشته است.
واكنش‌های هسته‌ای كدامند؟
به طور كلی واكنش هسته‌ای به واكنشی گفته می‌شود كه طی آن تغییراتی در هسته‌ی اتم پدید آید. در واكنش‌های هسته‌ای همواره مقداری از ماده ناپدید می‌گردد. این ماده ناپدید شده به انرژی تبدیل می‌گردد كه مقدار این انرژی از فرمول معروف آلبرت انیشتین (E=MC۲) قابل محاسبه است. واكنش‌های هسته‌ای را به طور كلی به دو دسته تقسیم می‌كنند:
الف: یكی واكنش‌های شكافت هسته‌ای یا فیسیون (Fission) كه طی آن هسته یك اتم سنگین‌تر شكسته می‌شود و به هسته‌های سبكتر تبدیل می‌شود. این واكنش هسته‌ای، اولین بار امریكایی‌ها در ساعت 30/5 دقیقه بامداد روز 16 ژوئیه سال 1945 میلادی، اولین بمب اتمی را در صحرای نیومكزیكو آزمایش كردند و در كمتر از یك ماه بعد یعنی در روز 6 اوت 1945 دومین بمب اتمی را بر روی شهر هیروشیما، و سه روز بعد سومین بمب اتمی را بر روی شهر ناكازاكی آزمایش كردند!!؟
اساس این گونه واكنش‌های شكافت هسته‌ای بمباران كردن اورانیوم 235 به وسیله‌ی نوترون است كه منجر به محصولات گوناگونی مانند باریم و كریپتون می‌شود. بر اثر برخورد یك نوترون به یك هسته اورانیوم 235 ، سه نوترون تولید می‌شود كه این نوترون‌های تولید شده، خود به سه هسته دیگر برخورد كرده و آنها را می‌شكافند و 9 نوترون دیگر تولید می‌شود كه این‌ها نیز هسته‌های دیگر را می‌شكنند این عمل اگر كنترل نشود هم‌چنان ادامه خواهد داشت. به همین سبب، این نوع واكنش‌ها را واكنش هسته‌ای زنجیره‌ای می‌گویند. از شكستن هسته‌های هر گرم اورانیوم 235 در حدود 20 میلیون كیلوكالری انرژی آزاد می‌شود. وقتی گفته می‌شود كه كشوری یك بمب یك مگا‌تنی را آزمایش كرد، یعنی انرژی آزاد شده از آن بمب معادل انرژی حاصل از انفجار یك میلیون تن، تی ان تی ((T.N.T است.
ب:دومی واكنش‌های هم‌جوشی هسته‌ای یا فوزیون (Fusion) كه در آن هسته‌های سبكتر با هم تركیب شده و هسته سنگین‌تری را به وجود می‌آورند. هسته اتمهای سبك بسیار ناپایدارتر از هسته‌های دیگر است. بنابراین، هرگاه بتوانیم اتمهای سبكتر را به اتمهای سنگین‌تر تبدیل كنیم، انرژی بسیار زیادی آزاد خواهد شد. مثلا"با تركیب هسته‌های دو اتم دوتریم یا ئیدروژن 2، یك اتم هلیوم تولید می‌شود كه انرژی حاصل از آن، بسیار بیشتر از یك واكنش شكافت هسته‌ای است. برتری دیگر این نوع واكنش به عنوان منبع انرژی آن است كه ایزوتوپهای تولید شده معمولا" پایدار و غیر رادیواكتیو هستند و مواد اولیه آن نیز فراوان‌تر است.
مشكل اساسی در این مورد این است كه انرژی فعال‌سازی(مقدار انرژیی كه باعث شروع واكنش هسته‌ای هم‌جوشی می‌گردد.) این نوع واكنش‌های بسیار زیاد است. برای غلبه بر نیروی دافعه‌ی الكتریكی میان هسته‌هایی كه به هم نزدیك می‌شوند باید شتاب آنها بسیار زیاد باشد و عمل در دمای بسیار بالا صورت گیرد. دمایی كه در آن این نوع واكنش باید صورت گیرد حداقل 15 میلیون درجه سانتی‌گراد است. در بمب‌های ئیدروژنی كه بر این اساس ساخته می‌شوند برای تامین چنین دمایی از انفجار یك بمب هسته‌ای معمولی استفاده می‌كنند، یعنی چاشنی بمب ئیدروژنی یك بمب هسته‌ای معمولی است. انرژی ستارگان از واكنش‌های هسته‌ای هم‌جوشی تامین می‌شود. امروزه چند كشور پیشرفته صنعتی جهان (آلمان، انگلیس، فرانسه، ژاپن و...) با تشكیل گروه‌های كاری، در صدد هستند كه حداكثر تا سال 2030 میلادی راكتوری بسازند كه بتوان در درون آن، واكنش هم‌جوشی را انجام داد. عملا" این راكتور را به مرحله صنعتی برسانند. یعنی كشور‌های دیگر بتوانند از آن استفاده كنند.
چگونه انرژی هسته‌ای به برق تبدیل می‌شود؟
در سال‌های پس از جنگ جهانی دوم دستگاه‌هایی به نام راكتور ساخته شد كه در آن انرژی حاصل از واكنش‌های هسته‌ای كه به صورت انرژی گرمایی است به انرژی الكتریكی تبدیل می‌شود. جایی كه در آن واكنش هسته‌ای صورت می‌گیرد قلب راكتور نام دارد. در قلب راكتور میله‌های سوخت كه از اورانیوم 235 (حداقل 3 درصد اورانیوم دارند) ساخته شده است فرو می‌رود. و به وسیله نوترون‌ها، میله‌های سوخت را بمباران می‌كنند كه در نتیجه آن واكنش زنجیری شروع شده و گرما تولید می‌گردد. برای جلوگیری از انفجار راكتور، در قلب راكتور میله‌های كنترل كه از جنس گرافیت است فرو می‌كنند. این میله‌ها نوترون‌های آزاد شده را جذب می‌كنند در نتیجه واكنش هسته‌ای زنجیری مهار می‌گردد. در این دستگاه‌ها آب با فشار زیاد از قلب راكتور عبور می‌كند و در آن‌جا، بدون بخار شدن، به دمایی در حدود 300 درجه سانتی‌گراد می رسد. جریان دیگری از آب با فشاری كمتر گرما را از آب قبلی جذب می‌كند و به بخار با دمای حدود 260 درجه تبدیل می‌شود كه می‌تواند یك توربین را به گردش درآورد. این توربین نیز یك ژنراتور را به گردش می‌آورد كه می‌تواند انرژی مكانیكی حاصل از حركت ملكول‌های آب را به الكتریسیته تبدیل كند. این راكتورها دو عیب اساسی دارند یكی این‌كه تهیه سوخت آنها، دشوار و گران است و دیگر این‌كه دمای 300 درجه سانتی‌گراد كم بوده و بازده را كاهش می‌دهد. در توربین‌های بخار كه با سوخت‌های فسیلی كار می‌كنند دما تا 500 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. اگر در راكتورها به جای آب از سدیم استفاده شود می‌توان، دما را تا 800 درجه سانتی‌گراد افزایش داد
تبلیغات 
