Curie…osity

Δεν είναι λίγες οι φορές που η φήμη προηγείται του ονόματος. Πολλές φορές μάλιστα, το ταλέντο μας στην υπερβολή ωθεί τη φήμη να ακροβατεί μεταξύ αλήθειας και μυθοπλασίας. Κάπως έτσι κατέληξε και η ραδιενέργεια να ηχεί στα αυτιά μας ως θεομηνία.  

Ας είμαστε ειλικρινείς˙ έχουμε ακόμα να θυμόμαστε έναν τιτάνα καταστροφικών γεγονότων, όπως αυτά των Τσερνόμπιλ, Φουκουσίμα και άλλων. Θα ήταν άδικο, ωστόσο, να κρίνουμε ένα ολόκληρο κεφάλαιο της σύγχρονης πυρηνικής χημείας βάσει μιας – ή μερικών σωστότερα – αποτυχημένης απόπειρας. Αξίζει, λοιπόν, να εξετάσουμε εν τω βάθει τα χαρακτηριστικά της ραδιενέργειας, για να οδηγηθούμε σε μια καλύτερη απεικόνιση του φαινομένου. Ας ξεκινήσουμε από τα βασικά. 

 Η παραπάνω εικόνα απεικονίζει ένα άτομο (αν και απέχει πολύ από την πραγματικότητα). Στο κέντρο βρίσκεται ο πυρήνας και γύρω από αυτόν τα ηλεκτρόνια. Όπως είναι γνωστό, ο πυρήνας αποτελείται από νουκλεόνια (πρωτόνια και νετρόνια) και είναι θετικά φορτισμένος, ενώ τα ηλεκτρόνια αρνητικά. Μεταξύ των θετικά φορτισμένων πρωτονίων του πυρήνα ασκούνται ισχυρές ηλεκτροστατικές απωστικές δυνάμεις. Γιατί λοιπόν τα πρωτόνια δεν απομακρύνονται μεταξύ τους; Επειδή τα πρωτόνια και τα νετρόνια συγκρατούνται μεταξύ τους με μια τεράστια ελκτική δύναμη, την οποία ονομάζουμε ισχυρή πυρηνική. Η δύναμη αυτή έχει ισχύ βραχείας εμβέλειας, αλλά είναι σχεδόν δύο τάξεις μεγέθους (×100) μεγαλύτερη από την ηλεκτροστατική δύναμη που ασκείται μεταξύ πρωτονίων, η οποία είναι δύναμη μεγάλης εμβέλειας. 

Σε άτομα με μικρούς πυρήνες, πρωτόνια και νετρόνια βρίσκονται κοντά μεταξύ τους, επομένως οι ελκτικές πυρηνικές δυνάμεις είναι ισχυρότατες. Αντίθετα, σε μεγαλύτερους πυρήνες όπου η απόσταση των νουκλεονίων αυξάνεται, οι ελκτικές δυνάμεις που τους ασκούνται είναι ασθενέστερες, ενώ παράλληλα η απωστική ηλεκτρική δύναμη μεταξύ πρωτονίων αποκτά όλο και μεγαλύτερο ρόλο (λόγω της αύξησης του αριθμού των πρωτονίων), με αποτέλεσμα οι πυρήνες να μην είναι σταθεροί και να διασπώνται.[i]

Αυτή η διεργασία απώλειας ενέργειας (αποδιέγερση) ενός ασταθούς πυρήνα προς σχηματισμό ενός σταθερού με την ταυτόχρονη εκπομπή σωματιδίων ή/και ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας χαρακτηρίζεται ως ραδιενεργός διάσπαση, ενώ τα προϊόντα εκπομπής (σωματίδια / ακτινοβολία) συνιστούν τη ραδιενέργεια. Έτσι, πυρήνες που υπόκεινται σε αυτή τη διαδικασία ονομάζονται ραδιενεργοί και είναι πυρήνες ατόμων, οι οποίοι έχουν 83 πρωτόνια και άνω (δηλαδή τα στοιχεία από το βισμούθιο (Bi) και μετά). Εξαίρεση αποτελούν τα στοιχεία τεχνήτιο (Tc) και προμήθειο (Pm), που παρότι ελαφρύτερα του μολύβδου είναι ραδιενεργά και δεν έχουν σταθερά ισότοπα (πυρήνες του ίδιου στοιχείου με διαφορετικό αριθμό νετρονίων).[ii]

Ανάλογα με τη ραδιενεργό διάσπαση στην οποία υπόκειται ένας ραδιενεργός πυρήνας, μπορεί να απελευθερωθεί ακτινοβολία τριών τύπων: ακτινοβολία α, ακτινοβολία β και ακτινοβολία γ (ονόματα που δόθηκαν αρχικά από τον Έρνεστ Ράδερφορντ και διατηρήθηκαν για ιστορικούς λόγους). 

Ακτινοβολία α 

Αποτελείται από σωματίδια α (σύζευξη δύο πρωτονίων και δύο νετρονίων), δηλαδή πυρήνες ηλίου (He). Ένας βαρύς πυρήνας, για να οδηγηθεί σε σταθερότερη ενεργειακά κατάσταση, αποβάλλει ένα σωματίδιο άλφα και μεταστοιχειώνεται σε ελαφρύτερο και συνεπώς ενεργειακά σταθερότερο πυρήνα. Είναι ακτινοβολία μικρής διαπερατότητας, καθώς δεν διαπερνά πέτασμα από χαρτί.  

Ακτινοβολία β 

Αποτελείται από σωματίδια β, που είναι ηλεκτρόνια ή ποζιτρόνια (αντιύλη του ηλεκτρονίου) υψηλής ενέργειας. Είναι ακτινοβολία μέτριας διαπερατότητας, καθώς δεν διαπερνά πέτασμα από αλουμίνιο. 

Ακτινοβολία γ 

Αποτελείται από ακτίνες γ, δηλαδή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (φως) υψηλής ενέργειας, με συχνότητες ακόμη μεγαλύτερες από αυτές των ακτίνων Χ. Είναι η ακτινοβολία με τη μεγαλύτερη διεισδυτικότητα στην ύλη, αφού δεν διαπερνά πέτασμα από μόλυβδο πάνω από ορισμένο πάχος μέτρων! Στην εικόνα οι ακτίνες γ φαίνονται στα δεξιά.[iii]

Πηγή: http://www.socped.gr/sZV0GwOg5C4ISyhH

Το φαινόμενο της ραδιενέργειας παρατηρήθηκε – λίγο-πολύ τυχαία – για πρώτη φορά από τον Γάλλο φυσικό Ανρί Μπεκερέλ την 1η Μαρτίου 1896, δύο μόλις μήνες μετά την ανακάλυψη των ακτίνων Χ από τον Βίλχελμ Κόνραντ Ρέντγκεν. Ο Μπεκερέλ πρόσεξε πως ενώσεις του ουρανίου (U) εκπέμπουν συνεχώς ακτινοβολία, που μοιάζει με τις ακτίνες Χ, και προσβάλλει τη φωτογραφική πλάκα. Το φαινόμενο αυτό της αυθόρμητης εκπομπής ενέργειας χωρίς εξωτερικό αίτιο, αρχικά, τάραξε τα νερά της επιστημονικής κοινότητας, μιας και φαινομενικά ερχόταν σε αντίθεση με το θεμελιώδες αξίωμα της διατήρησης της ενέργειας. Το ζεύγος Κιουρί (Πιέρ Κιουρί και Μαρία Σκλοντόφσκα) δεν θα μπορούσε να λείπει από το προσκήνιο μιας και η εντατική έρευνά τους πάνω στην ανακάλυψη του Μπεκερέλ, τους οδήγησε στην ανακάλυψη της ραδιενέργειας του θορίου (Th) (Απρίλιος 1898), καθώς επίσης και των νέων στοιχείων πολώνιο (Po) (καλοκαίρι 1898) και ράδιο (Ra) (26 Δεκεμβρίου 1898). Τέλος, ο Έρνεστ Ράδερφορντ ήρθε να ρίξει φως πάνω στο παράδοξο της φαινομενικά αναιτιολόγητης εκπομπής ενέργειας, όταν παρατήρησε πως η πηγή της εκπεμπόμενης ενέργειας είναι διάσπαση του πυρήνα με ταυτόχρονη εκπομπή, όπως αναφέρθηκε, σωματιδίων ή ακτινοβολίας, ενώ παράλληλα ονόμασε τους τρεις τύπους της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας και τους διαχώρισε σε ακτίνες σωματιδιακής υφής (ακτίνες α και β) και σε ακτίνες ηλεκτρομαγνητικής υφής (ακτίνες γ) – όπως και οι ακτίνες Χ.  

Η ραδιενέργεια έμεινε έτσι για μερικά χρόνια ένα ασαφές κεφάλαιο της χημείας, μέχρι να ερμηνευθούν επαρκώς τα βασικά χαρακτηριστικά της, ώσπου γίνονται οι πρώτες απόπειρες αξιοποίησής της. Ξεκινούν τα πρώτα προγράμματα για την παραγωγή ενέργειας μέσω πυρηνικών αντιδραστήρων, ενώ δεν έλλειψαν και πολλά στρατιωτικού χαρακτήρα για κατασκευή πυρηνικών όπλων, βομβών και άλλων. Ο υπέρμετρος ενθουσιασμός απέναντι στη νέα αυτή «μαγική» (όπως χαρακτηρίστηκε εκείνη την εποχή) ενέργεια ήταν μεγάλος. Αυτός, σε συνδυασμό με την ελλιπή -για τα τότε χρόνια- γνώση πάνω στη ραδιενέργεια και στην πλήρη κατανόηση της συμπεριφοράς ενός πυρήνα, είναι που οδήγησαν σε πληθώρα ατυχημάτων και τραγωδιών που ακολούθησαν.  

Η ραδιενέργεια δουλεύει όπως πολλά άλλα πράγματα γύρω μας και η χρήση της δεν διαφέρει σημαντικά από εκείνη του ίντερνετ, ενός κινητού τηλεφώνου, ενός όπλου. Επικίνδυνη στα χέρια όσων θέλουν να την αξιοποιήσουν για δύναμη, λυτρωτική σε όσων την αξιοποιούν για πρόοδο και ευδοκίμηση της κοινωνίας ως συνόλου. 

Οι αρνητικές εκφάνσεις της είναι προφανείς και γνωστές σε όλους μας. Δοκιμές και χρήση πυρηνικών οπλικών συστημάτων, κατασκευές βομβών, επιβολή πάνω στο ανθρώπινο γένος για καθυπόταξη και κυριαρχία. Όπως αναφέρθηκε και νωρίτερα, τα πυρηνικά ατυχήματα και στρατιωτικά εγχειρήματα είναι εδώ, για να μας υπενθυμίζουν διαρκώς την ανυπέρβλητη δύναμή της. Η ραδιενεργός ακτινοβολία (σωματιδιακή ή ηλεκτρομαγνητική) προκαλεί διέγερση, ιονισμό και καταστροφή των κυττάρων. Η βλάβη που προκαλείται από την ακτινοβολία εξαρτάται από το είδος της, την έντασή της και τη διάρκεια της έκθεσης. Συστηματική έκθεση σε μεγάλες δόσεις ραδιενέργειας μπορεί να οδηγήσει – όπως και κάθε άλλη υψηλής ενέργειας ακτινοβολία – σε σχάση δεσμών των μορίων, ενώ είναι ικανές να διεισδύσουν στο DNA (γενετικό υλικό) προκαλώντας πληθώρα μεταλλάξεων (ακόμα και τερατογενέσεων), οι οποίες μπορεί να είναι ακόμα και κληρονομούμενες, με καταστροφικές συνέπειες στους ζώντες οργανισμούς αλλά και στο προσβαλλόμενο οικοσύστημα εν συνόλω. Ένας από τους μεγαλύτερους κινδύνους που δεν θα μπορούσε να παραληφθεί σε αυτό το σημείο είναι φυσικά η δημιουργία καρκίνου σε υγιείς ιστούς με πορεία εξέλιξης που λίγο- πολύ είναι γνωστή σε όλους. Έκθεση στη ραδιενέργεια μπορεί να γίνει άμεσα (όπλα, βόμβες, πυρηνικοί αντιδραστήρες κ.λπ.) ή έμμεσα (έκθεση σε πυρηνικά απόβλητα, σε περιοχές με μεγάλη ηφαιστειογενή δραστηριότητα κ.ά.). Ακόμα και η ίδια μας η ατμόσφαιρα αποτελεί πηγή ραδιενέργειας, αφού στα ανώτερα επίπεδά της σχηματίζεται ο ραδιενεργός άνθρακας – 14 (14C) (μετά από πρόσπτωση κοσμικής ραδιενεργού ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα και συγκεκριμένα στο άζωτο (N) που περιέχει), ο οποίος μέσω των φυτών περνά σε όλη την τροφική αλυσίδα και καταλήγει φυσικά και στους ανθρώπους. Στην πραγματικότητα όλοι μας αποτελούμε μικρές πηγές ραδιενέργειας, ασήμαντης σπουδαιότητας ωστόσο, λόγω της μικρής περιεκτικότητάς μας σε ραδιενεργά στοιχεία. Αξίζει ακόμα να αναφερθεί ότι το ραδιενεργό ραδόνιο (Rn), που είναι αέριο μπορεί να διαλυθεί σε νερά ή να φθάσει στην ατμόσφαιρα και να εισέλθει στους χώρους των κατοικιών μας, όπου και συνεχίζει να διασπάται. Στην εισπνοή ραδονίου οφείλεται το μεγαλύτερο ποσοστό της έκθεσης του ανθρώπου στη φυσική ακτινοβολία υπό κανονικές συνθήκες. Τέλος, σημειώνεται η χρήση ραδιενέργειας σε πειραματικό επίπεδο στα ζώα, η οποία μάλιστα έχει και ηθική χροιά.  

Tομογραφία εκπομπής ποσιτρονίων

Θα ήταν άσκοπο να μείνει κανείς μόνο στα παραπάνω και να παραβλέψει τη σπουδαιότητα που αποκτά η ραδιενέργεια, όταν αξιοποιείται σωστά και προς όφελος του ανθρώπου.

Πέραν της προφανούς χρήσης της για παραγωγή ενέργειας, η οποία έχει φτάσει να καλύπτει σημαντικότατες ενεργειακές ανάγκες σε περιοχές με πυρηνικούς αντιδραστήρες, ένα αδιαμφισβήτητα σπουδαίο κεφάλαιο είναι η χρήση της στην πυρηνική ιατρική. Χαρακτηριστικά παραδείγματα αποτελούν οι απεικονίσεις του ανθρώπινου σώματος μέσω σπινθηρογραφημάτων (παρεμφερή με τις ακτινογραφίες) ή τεχνικών PET (positron emission tomography – τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων), η στοχευμένη καταπολέμηση καρκινικών όγκων με ραδιοφάρμακα, η βελτιστοποίηση μηχανημάτων κ.λπ. Τα επιτεύγματα της πυρηνικής ιατρικής αποτελούν ίσως έναν από τους σπουδαιότερους λόγους που μας στρέφουν το ενδιαφέρον όλο και περισσότερο προς τη ραδιενέργεια, η οποία επεκτείνεται και στην αρχαιολογία, με τη ραδιοχρονολόγηση (μέθοδος υπολογισμού της ηλικίας ενός δείγματος) να έχει προσφέρει πολλά στην κατανόηση των απαρχών της ύπαρξης και ιστορίας μας. Η ραδιενέργεια έχει κατορθώσει να κερδίσει έδαφος και σε ζητήματα της καθημερινότητας, αφού δεν είναι λίγες οι τεχνικές συντήρησης τροφίμων που στηρίζονται σε αυτή, ενώ παράλληλα οι ανιχνευτές καπνού βασίζουν τη λειτουργία τους πάνω σε αυτή (και συγκεκριμένα στη ραδιενεργό διάσπαση του αμερίκιου (Am) που περιέχουν). Αξίζει τέλος να σημειωθεί ότι η ραδιενέργεια και η δράση της πάνω στους οργανισμούς έχει συνεισφέρει – μέσω μεταλλάξεων και άλλων – στην εξέλιξή τους, αφού πολλά γνωρίσματα διαφοροποιήθηκαν εξαιτίας της κοσμικής ακτινοβολίας. Έτσι υπό μία έννοια, οφείλουμε τη μοναδικότητά μας στη ραδιενέργεια, χωρίς την οποία η εξέλιξη των ειδών μπορεί να είχε αργήσει… [iv]

Κατόπιν όλων αυτών, ο απόηχος παραμένει ακόμα αβέβαιος. Από τη μία η ραδιενέργεια προσφέρεται ως εφαλτήριο για την πρόοδο και την περαιτέρω εξέλιξή μας και από την άλλη, αν αφεθεί ανεξέλεγκτη, στο πέρασμά της σπέρνει θάνατο και καταστροφή.

Ένα είναι σίγουρο – η ραδιενέργεια έχει κάνει αισθητή την παρουσία της, αρκεί λοιπόν να την αξιοποιήσουμε σωστά και να ξεκαθαρίσουμε τα κίνητρά μας.

Άλλωστε, αυτή δεν θα έπρεπε να είναι και η στάση μας γενικότερα απέναντι σε κάθε επίτευγμα της επιστήμης; 

Πηγές:

  1. Hewitt, P.G (2015). ΟΙ ΕΝΝΟΙΕΣ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ. Κρήτη, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης. 2
  2. Δημοτάκης, Π., & Μισαηλίδης, Π., & Παπαευθυμίου, Ε. (1998). Ραδιοχημεία και πυρηνικές μέθοδοι αναλύσεως. Αθήνα, Μακεδονικές Εκδόσεις 
  3. Hewitt, P.G (2015). ΟΙ ΕΝΝΟΙΕΣ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ. Κρήτη, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης.
  4. Δημοτάκης, Π., & Μισαηλίδης, Π., & Παπαευθυμίου, Ε. (1998). Ραδιοχημεία και πυρηνικές μέθοδοι αναλύσεως. Αθήνα, Μακεδονικές Εκδόσεις

 

 

Ακολουθείστε μας και χαρίστε μας ένα like:
Close Menu