Radioaktiivne kiirgus

Radioaktiivne kiirgus ehk radiatsioon tekib looduslikes tingimustes radioaktiivsete elementide ebastabiilsete tuumade lagunemisel. Samuti tekib radioaktiivne kiirgus kergete tuumade ühinemisel vesinikupommi plahvatusel ja tähtede termotuumareaktsioonides. Radioaktiivse kiirguse moodustavad suure energiaga osakesed (heelium-4 tuumad ehk alfaosakesed, elektronid või positronid ehk beetaosakesed, footonid ehk gammakvandid ja neutronid), mis tekivad tuumareaktsioonides. Teatavates tuumalagunemistes võib eralduda ka suuremaid osakesi. Näiteks mõned raadiumi isotoobid kiirgavad süsiniku C aatomituumi.
Radioaktiivne kiirgus on ioniseeriv kiirgus ja seetõttu inimesele ohtlik, kuna ta ioniseerib aatomeid ning lõhub seetõttu keemilisi sidemeid molekulide vahel.
Radioaktiivse kiirguse liigid.
Radioaktiivsed kiirgused jagunevad otseselt ioniseerivateks kiirgusteks ja kaudselt ioniseerivateks kiirgusteks. Ioniseerivad kiirgused on alfa-, beeta- ja gammakiirguseks. Neutronkiirgus on kaudselt ioniseeriv kiirgus; tema ioniseeriv toime tuleneb võimest tuuma ergastada ja lagunema sundida.
Alfakiirgus.
Alfakiirgus koosneb alfaosakestest – kahest prootonist ja kahest neutronist koosnevatest heeliumi aatomituumadest. Alfaosakesed on rasked, suure laenguga (2e) ja suhteliselt aeglased, mistõttu on tõenäosus, et nad oma teel mõne teise aatomi vastu põrkavad, suur. Piisab tavalisest paberilehest või mõnesentimeetrisest õhukihist, et kõik alfaosakesed põrkuks mõne ees seisva aatomi vastu ja ioniseeriks selle.
Beetakiirgus.
Beetakiirgus koosneb beetaosakestest – sõltuvalt lagunemise tüübist kas elektronist (β–) või positronist (β+). Beetaosakeste läbimisvõime on alfaosakeste omast suurem. Aatomiga kokku põrganud beetaosakesed võivad neelduda aatomi elektronkattes tekitades negatiivse iooni või pidurduda aatomi elektronkatte negatiivses elektriväljas. Viimasel juhul annab beetaosake osa oma liikumise energiast üle aatomi elektronkatte elektronidele (ergastades neid), kuid ise aatomiga ei ühine. Ergastatud aatom läheb tagasi oma põhiolekusse, kiirates footoni. Sel moel tekkinud röntgenikiirgust nimetatakse teiseseks kiirguseks.
Beetakiirguse varjestamiseks piisab õhukesest metall-lehest.
Gammakiirgus.
Gammakiirgus koosneb suure energiaga gammakvantidest. See on inimesele kõige ohtlikum kiirgus, kuna tema läbimisvõime on suur (gammakiirguse peatamiseks on vaja paksu pliikihti) ning ta on tugeva ioniseeriva toimega. Gammakiirgus lõhub inimese kehas orgaanilisi molekule põhjustades kiiritustõbe. Lõhkudes DNA molekuli võib gammakiirgus põhjustada geneetilisi mutatsioone ja vähki. Eriti ohtlik on gammakiirgus arenevatele organismidele (lapsed), kuna arenevate organismide aktiivse rakupooldumise tulemusena levib gammakiirguse tekitatud geneetiline defekt kiiresti.
Gammakvantide läbimisvõime on kõige suurem. Et gammakvandil (footonil) puudub elektrilaeng, siis gammakvandid (erinevalt alfa- või beetaosakestest) aatomituuma või aatomi elektronkatte elektromagnetväljas ei pidurdu. Gammakvant neeldub ainult siis, kui ta põrkab kokku aatomituumas oleva prootoniga või aatomi elektronkattes oleva elektroniga. Seetõttu on gammakiirguse neeldumise tõenäosuse suurendamiseks tarvis varjestamisel kasutada võimalikult suure aatomnumbriga (palju elektrone ja prootoneid samas aatomis) ja võimalikult suure tihedusega (palju aatomeid tihedasti koos) ainet. Gammakiirguse varjestamiseks kasutatakse tavaliselt hästi pakse pliiplaate.
Neutronkiirgus.
Neutronkiirgus, mis tekib raskete aatomituumade spontaansel lõhustumisel, koosneb neutronitest. Neutronkiirgus on kaudselt ioniseeriv kiirgus. Et elektriliselt neutraalsetest neutronitest koosnev kiirgus võib tungida palju sügavamale ainesse kui ükski teine radioaktiivne kiirgus, on neutronkiirgus kõige ohtlikum radioaktiivse kiirguse liik (kuni kümme korda ohtlikum kui sama tugev gammakiirgus).
Neutronkiirgus (tulenevalt oma neutraalsest elektrilaengust) ei lase ennast mõjutada aatomi elektronkatte elektromagnetväljast. Suure kiirusega liikuv neutron neeldub ainult aatomituumas. Erinevalt gammakiirgusest ei mõjuta neutroni neeldumist tuumas mitte tuuma aatomnumber (ega varjestava aine tihedus), vaid tuuma võime lisada tuumale veel üks neutron. See tähendab, et parimad neutronkiirguse neelajad on ained, mille ühe võrra suurema neutronite arvuga isotoop on energeetiliselt tasemelt võimalikult lähedal varjestajas kasutatud isotoobile. Näiteks on väga hea neutronite neelaja vesinik, kus neutroni neelamise tagajärjel tekib deuteerium. Seega on tavaline vesi väga hea neutronkiirguse neelaja. Et aga neutronite neelamisel osalevad ainult aatomituumad, siis on neutronkiirguse efektiivseks neelamiseks vaja väga paksu varjestava aine kihti.
Neutronkiirguse ohtlikus tuleneb neutronite võimest muuta aatomituumas neeldudes aatom ebastabiilseks ja ergastada teda. Ergastatud aatom vabaneb neelatud neutroni kineetilisest energiast kiirates gammakvandi (neutronkiirgus tekitab teisest gammakiirgust). Kui tekkinud isotoop on ebastabiilne, siis ta laguneb (enamasti beetalagunemise teel) ning kiirgab beetaosakese (neutronkiirgus võib tekitada teisest beetakiirgust). Seega on neutronkiirgus ohtlik eelkõige tema tekitatud teisese kiirguse tõttu. Eriti ohtlik on neutronkiirguse puhul veel see, et ta muudab radioaktiivseks ka varem mitteradioaktiivset ainet!