Erradioaktibitatea
Erradioaktibitatea fenomeno naturala da; elementu batzuen zenbait isotoporen propietatea da, eta garrantzi handia izan du zientzia eta teknologiaren historian. Erradioaktibitatearen aurkikuntza izan zen, Thomsonek elektroia aurkitzearekin batera, atomoa zatiezina ez zela frogatu eta zerez osatuta egon zitekeen pentsatzeko bidea urratu zuena. Zientzia-ikerkuntzan maiz gertatu den bezala, erradioaktibitatea ere halabeharrez aurkitu zen. 1896an, H. Becquerel frantsesa fosforeszentzia eta fluoreszentzia aztertzen ari zen. Fenomeno horiek urtebete lehenago W. Roentgenek aurkitutako X izpiekin zerikusia izan ote zezaketen aztertu nahi zuen. Uranio-gatzekin egindako saiakuntzetan, plaka fotografikoak inpresionatu egiten zirela ikusi zuen eta, gainera, uranioaren edozein konposatuk propietate bera zuela ohartu ere bai. Gertakari horren eragilea substantzia horiek igortzen zuten erradiazio bat izan behar zuela pentsatu eta, intentsitatea denborarekin ez zela gutxitzen ikusita, fosforeszentziarekin zerikusirik ez zuela atera zuen. Horrenbestez, erradiazio-igortze horretan uranioaren beraren propietate batek zerikusia zuela ondorioztatu zuen. Horrez gain, erradiazioak airea elektrizatzeko, hau da, ionizatzeko ahalmena zuen.
Handik gutxira, 1898an, Marie eta Pierre Curie fisikari frantsesak, pekblenda uranio-minerala aztertzen ari zirela, uranio hutsak baino erradiazio bortitzagoa igortzen zuela konturatu ziren. Uranioa kendu ondoren ere erradiazioak segitzen zuenez, beste zerbaitek eragina behar zuen izan eta, azkenik, elementu berri bat aurkitu zuten, uranioa baino 1,4 aldiz aktiboagoa (masa bererako). Radio izena eman zioten eta horrelako erradiazioa igortzeari, erradioaktibitate.
1899an, E. Rutherford britainiarrak erradiazio hura bakuna ez zela aurkitu zuen. Izpi batzuk paper-orri mehe batek ere gelditzen zituen; beste batzuk, berriz, aluminio-orri batean 5 milimetroraino barnera zitezkeen. Gainera, eremu magnetiko batek bi erradiazioak desbideratu egiten zituen, alde banatara baina hein desberdinean desbideratu ere. Lehengoei alfa izpiak eta bigarrenei beta izpiak deitu zien. Desbideratzea karga-kontua zen (alfa izpiak positiboak dira eta beta izpiak negatiboak), baina desbideratze horren neurria, masa- eta abiadura-kontua. Urtebete geroago, P. Villard frantsesak elementu erradioaktiboen erradiazioan hirugarren erradiazio-mota bat ere bazegoela aurkitu zuen. Besteak baino askoz ere sarkorragoa zen eta eremu magnetikoak ez zuen desbideratzen; kargarik gabea zen, beraz. Gamma izpiak eman zien izena. Ia aldi berean, Becquerel eta beste zenbaitek beta izpiak elektroiak zirela frogatu zuten,1903an Rutherfordek alfa izpiak helio-nukleoak zirela argitu zuen eta, azkenik, gamma izpiak X izpiak baino uhin-luzera txikiagoko erradiazio elektromagnetikoa zirela jakin zen.
Bistan denez, partikula horiek atomotik bertatik irtenak ziren eta atomoa zatiezina zenik ezin zen jadanik defendatu. Elektroia lehendik aurkituta zegoen, gainera (J.J. Thomson, 1897). Elementu erradioaktibo gehiago aurkituta ere, igortzen ziren erradiazio-motak beti berak ziren. Horiek horrela, atomo guztiak partikula jakin batzuez osatuak zirela pentsatzen hasi ziren zientzialariak. Horrez gain, atomoak partikulak galtzen baditu, ezin da hortik aurrera atomo bera izan, beste elementu bat izango da. Horri transmutazio deitu zitzaion. Beraz, erradioaktibitatea atomoaren barruan gertatzen diren aldaketen ondorioetako bat da.
Erradioaktibitate naturala ezagututakoan, zientzialariak atomo erradioaktiboak artifizialki lortzen saiatu ziren. Rutherfordek 1919an nitrogeno-atomoak alfa partikulez bonbardatuz egin zituen saioen ondoren,1934an F. Joliot-Curiek aluminioa bonbardatu eta emaitza, igorpen erradioaktiboaz gain, naturan aurkitu gabeko elementu bat izan zen, fosforo arruntaren propietate fisiko eta kimikoak zituena, baina masa atomiko desberdina zuena. Fosforoaren isotopo erradioaktiboa zen, gerora beta partikulak eta gamma erradiazioa igorriz silizio bihurtzen zena. Erradioaktibitate artifizialaren hastapena izan zen. Gerora isotopo edo elementu erradioaktibo artifizial gehiago lortu dira, normalean oso bizitza laburrekoak. Bestetik, 1932an neutroia aurkitu zen eta horrekin egindako bonbardaketen bidez fisio nuklearrari bide eman zitzaion (Ik. fisio nuklear).
Erradioaktibitate naturalean zein artifizialean, atomo erradioaktiboa desintegratzen denean sortzen den atomo berria ere erradioaktiboa izan daiteke eta, horrela bada, ondoren beste desintegrazio bat gertatzen da, harik eta elementu egonkorra bihurtu arte. Desintegrazio-segida horri segida erradioaktibo deitu zitzaion eta lau aurkitu dira: uranio-radioaren, aktinioaren, torioaren eta neptunioaren familia. Lehen hiru segidak erradioisotopo naturalez gertatzen dira (Lurraren adina lehenbizikoari esker datatu da). Horien denen amaieran, aipatu elementu egonkorra dago, beruna hain zuzen ere.
Elementu bakoitzaren desintegrazioaren abiadurak lege esponentzial bati jarraitzen dio. Horren arabera, elementuaren erdibizitza edo semidesintegrazio-periodoa definitu da, hau da, elementu baten edozein atomo-kopururen erdiak desintegratzeko behar den denbora. Erdibizitza oso txikia izan daiteke (segundo-zati txiki bat) edo oso luzea (milioika urte). Elementu baten erradioaktibitatea neurtzen duen beste magnitude bat aktibitatea da, hau da, denbora-unitateko desintegratzen den nukleo-kopurua. Unitateak becquerel (SI) eta curie-a dira. Nolanahi ere, desintegrazioa ausazko fenomenoa da, alegia, banako atomo bat noiz desintegratuko den aurrez jakitea ezinezkoa da. Probabilitateaz mintza daiteke eta neurria, beraz, estatistikoa da.
Esan bezala, erradioaktibitatearen funtsa atomoaren nukleoaren egitura aldatzea da. Erreakzio nuklear mota bat da beraz, fisio eta fusio nuklearrak bezala. Baina zein da horren eragilea? Gakoa nukleoaren egonkortasuna da. Gaur egun, jakina da nukleoko partikulak baturik egonarazten dituen indarra elkarrekintza nuklear bortitza dela, nukleoaren mailako distantzia txikietan aldaratze elektromagnetikoa baino indartsuago dena. Hala ere, hidrogenotik aurrera neutroiak behar dira protoien arteko aldaratze-indar elektromagnetikoari kontra egiteko. Taula periodikoan kaltziora iritsi arte, isotopo egonkorretan protoi- eta neutroi-kopuru bera egoten da gutxi gorabehera. Hortik aurrera, nukleoak egonkorrak izan daitezen, neutroi gehiago behar dira. Berunetik eta bismutotik aurrera, ordea, nukleoa ez da betiko egonkorra, ezin die partikulei iraunkorki eutsi. Nukleoak energia-maila txikiagoko egoerara jotzen du eta, horretarako, desintegratu egiten da. Horretarako probabilitatea nukleoaren osaeraren, hau da, egonkortasunaren araberakoa da. Nagusiki, hiru prozesu gertatzen dira:
beta desintegrazioa: nukleoak elektroia edo positroia igortzen du. Nukleoan berez horrelakorik ez denez, bertan partikula-bihurketaren bat gertatu dela pentsatzekoa da. Izan ere, elektroia igortzen den beta desintegrazioan, neutroi bat protoi bihurtzen da eta horrekin batera elektroia eta neutrinoa sortzen dira. Eratzen den nukleo berriak masa atomiko bera du, baina zenbaki atomikoa unitate bat handiagoa da:
Beta desintegrazioan positroia ere igor daiteke. Oraingoan, protoi bat neutroi bihurtzen da eta positroia eta neutrinoa igortzen dira. Eratzen den nukleo berriak masa atomiko bera du, baina zenbaki atomikoa unitate bat txikiagoa da:
gamma desintegrazioa: aurreko prozesuen ondorioz, nukleoa egoera kitzikatuan geldi daiteke. Oreka-egoerara itzultzean, gamma motako erradiazio elektromagnetikoa igortzen du. Ez da transmutaziorik, elementu bera da emaitza, baina energia-egoera apalagoan. Alfa edo beta desintegrazioaz gain, gamma erradiazioa nukleoa egoera kitzikatu batera daramaten beste zenbait prozesutan ere igortzen da.
Erradioaktibitatean igortzen diren erradiazioak ionizatzaileak dira, hau da, atomoak ioi bihurtzeko edo molekulen lotura kimikoak hausteko adinako energia dute. Osasunerako kaltegarriak dira, eta eragindako kaltea erradiazioaren beraren energiaren, dosiaren, esposizioa gertatzen den kondizioen, irradiatutako organoaren eta beste zenbait faktoreren arabera aldatzen dira. (Ik. erradiazio ionizatzaile).
Erradioaktibitatea fenomeno naturala dela esan dugu hasieran. Adibidez, Lurraren barneko bero-energiak, nagusiki, elementu erradioaktiboen desintegrazioan du jatorria, atmosferan radon erradioaktiboa dago eta jakina da hainbat elementuren osaeran isotopo erradioaktiboak daudela, datatzeko erabiltzen den C-14 isotopoa adibidez. Dena den, izaki bizidunek jasotzen duten jatorri naturaleko erradioaktibitate-maila (gehiena gamma erradiazioa), oro har, txikia eta bizirako kalterik gabea da, material horiek oso barreiatuta eta kontzentrazio txikian daudelako, nahiz eta erradioaktibitate-maila toki batetik bestera asko alda daitekeen.
Besterik da gizakiak material erradioaktiboak, naturalak edo artifizialak, erabiltzean sortzen den arriskua. Medikuntzan, isotopo erradioaktiboak diagnosian, terapian eta prozesu fisiologikoak aztertzeko aztarna-gaitzat erabiltzen dira. Bestetik, nukleo astunen fisioaz baliatzen den armagintza eta energia-industria ditugu. Azkenik, geologia, arkeologia, eta abarretan datazioak material erradioaktiboez baliatzen diren teknikez egiten dira, izaki bizidunen aztarnak datatzeko erabiltzen den C-14 isotopoaren bidezkoa kasu. Ingurumen-azterketetan ere, aztarna-gaitzat erabiltzen dira. Lehen bi jarduera horietan, bereziki fisio-prozesuen ondorioz, erradiazio ionizatzailea eta hondakin erradioaktiboak sortzen dira. Arriskuak, beraz, jardueran bertan horiekiko esposizioa gertatzea edo hondakinak ingurunera askatzea dira (Ik. hondakin erradioaktibo).
Elhuyar