Radioaktiivsus

Radioaktiivsus ehk tuumalagunemine on ebastabiilse (või suure massiga) aatomituuma iseeneslik lagunemine. Aatomituuma püsivus sõltub prootonite ja neutronite omavahelisest suhtest, kusjuures väikestes stabiilsetes aatomites on neid võrdselt ning suurtes on neutroneid natukene rohkem. Aatomituuma püsivust hinnatakse ka tuuma seoseenergia suurusega. Lagunemisega kaasneb radioaktiivne kiirgus. Samuti nimetatakse radioaktiivsuseks ebastabiilsete elementaarosakeste (nt neutronite) lagunemist.
Tuuma lagunemine võib toimuda kas alfa- või beetalagunemise teel. Esimesel juhul kiirgab tuum alfaosakese (heeliumi aatomi tuuma) ja teisel juhul elektroni. Kui suur aatomituum laguneb suuremateks (enam-vähem võrdseteks) tükkideks, siis nimetatakse seda ka tuumalõhustumiseks. Tuumalõhustumine on radioaktiivne lagunemine, kui see toimub spontaanselt. Muul juhul on tegemist tuumareaktsiooniga.
Tuuma lagunemise tulemusena võib tuum jääda ergastatud olekusse, millest väljumiseks kiirgab tuum gammakvandi. Seega kaasneb tuumalagunemisele lisaks alfa- ja beetakiirgusele ka gammakiirgus.
Radioaktiivusega seotud ühikud.
Radioaktiivsuse suurust on võimalik kirjeldada erinevate füüsikaliste suurustega. Radioaktiivse lagunemise kiirust näitab poolestusaeg. Selle aja jooksul on pool esialgsest radioaktiivsest ainest lagunenud. Ajaühikus 1 sekund toimunud lagunemiste arvu näitab ühik bekrell (Bq), mis on ühtlasi ka radioaktiivsuse ühik SI-süsteemis alates aastast 1975. Varasem ühik radioaktiivsele lagunemisele oli kürii (1 Ci=3,700x1010 Bq) ning oli määratud 1 grammi raadium-226 lagunemise aktiivsusega.
Radioaktiivsust saab iseloomustada ka neeldunud energia kaudu. Neeldunud kiirguse energiat näitavad ühikud grei (Gy) ja siivert (Sv). Mõlemad ühikud näitavad, kui palju ioniseerivat kiirgust neeldub 1 kg aine kohta, kuid need ei ole siiski samad. Siivert näitab ekvivalentdoosi ning võib mõningatel juhtudel osutuda samaks neeldumisdoosi greiga, nt beeta-, gamma- ja röntgenikiirguse korral. Alfakiirguse korral on ekvivalentdoos 20 korda suurem neeldumisdoosist ning neutronitel 5–20 korda suurem sõltuvalt nende energiast.
Radioaktiivsuse uurimise ajaloost.
Radioaktiivsuse avastas 1896. aastal prantsuse füüsik Henri Becquerel. Ta märkas, et valguskindlas pakendis fotoplaadid riknesid, kui nende lähedale asetati kolb uraanisooladega. Katseteseeria abil tegi ta kindlaks, et uraaniühendeist lähtub suure läbitungimisvõimega kiirgus, mis mõjub fotoplaadile analoogiliselt valgus- või röntgenikiirtega. Et uraani kiirguse intensiivsus ei sõltunud välistingimustest, vaid üksnes uraani kogusest, luges ta selle uraaniühendite sisemiseks omaduseks – radioaktiivsuseks (lad. "radio + activus" – kiirgustoime. Esimene sõnaosa "radio" tuleb sõnast "radius" - kiir).
Aastal 1897 märkasid Marie ja Pierre Curie, et uraaniühendite aktiivsus säilib ka pärast metallilise uraani eraldamist. Keemikutena hakkasid nad otsima kiirgusallikat, viies maagijäätmetega läbi keemilisi reaktsioone ja mõõtes saaduste aktiivsust. Sel meetodil õnnestus neil 1898. aasta maagijäätmeist eraldada kaks senitundmatut metalli – polooniumi ja raadiumi – mille aktiivsus ületas uraani oma tuhandeid kordi. Neist aktiivsema – polooniumi – omapäraks on aktiivsuse kiire vähenemine, mida hakati seostama polooniumi aatomituumade muundumisega mittekiirgavaks aineks – pliiks.
Radioaktiivsed elemendid.
Kõik vismutist suurema prootonite arvuga elemendid on radioaktiivsed. Radioaktiivse lagunemise käigus muutub sageli üks radioaktiivne element teiseks, mistõttu esinevad "radioaktiivse lagunemise read". Tuntakse kolme radioaktiivse lagunemise rida:
Nende lagunemiste lõppsaadusteks on plii stabiilsed isotoobid 208Pb, 207Pb ja 206Pb.
Radioaktiivse kiirgusega allikad.
Radioaktiivse kiirguse kogudoos, mis inimene aastas saab, on keskmiselt 2,8 mSv ning sellest 85% on looduslikest allikatest. Looduslikust radioaktiivsest kiirgusest suurimat osa omavad radoon (~1,2 mSv/a) ning taustkiirgus, mille vähendamiseks eriti võimalusi pole. See taustkiirgus ehk foon annab aastas umbes doosi 1 mSv ning sisaldab kosmilist kiirgust, gammakiirgust ja inimese enda radioaktiivsete nukliidide kiirgust.
Tehislikest kiirgusallikast põhilise osa annab meditsiinis kasutatav kiirgus, mis moodustab 14% kogudoosist. Valdavalt kasutatakse röntgenikiirgust, kuid ka gammakiirgust ja elektrone ehk beetakiirgust. Tehiskiirguse allikateks on veel tuumakatastroofid, tarbekaubad (nt helendavad numbrilauad kelladel, suitsuandurid), radioaktiivsed heitmed tuumakatsetustest, tuumaenergeetikast, militaarehitistest, tööstusest, meditsiiniasutustest, teadusasutustest.
Osa kiirgusest saadakse tänu elukutsele ning üldjuhul on tegemist loodusliku kiirgusega. Kutsekiiritus esineb eelkõige lennunduses, kaevandustes ja ehitustel. Lennunduses on tavapärasest suurem kosmiline kiirgus, kuna kõrgemas atmosfäärikihis on kosmilise kiirguse intensiivsus suurem ning seega ka kiiritusdoos suurem. Kaevandustes on sageli suurem radoonisisaldus õhus ning väike osa inimestest puutub kokku ka maakidega, millel on keskmisest suurem radioaktiivsus.
Radioaktiivse kiirguse mõju inimesele.
Inimene ei tunneta radioaktiivset kiirgust ning seetõttu on see üks ohtlikumaid kiirgusi. Rahvusvaheliselt on kehtestatud töötajatele lubatud kiirgusdoosile ülempiir. Maksimaalne kiirgusdoos 50 mSv aastas ja 100 mSv viie aasta jooksul.
Kiirituse tagajärg sõltub suuresti neeldunud doosist ja selle kestusest. Kiiritusest tulenev pöördumatu kahjustus võib viia surmani mõne nädalaga, näiteks kui terve keha saab neeldunud doosi 50 greid lühikese aja jooksul, siis on surm vältimatu. Väiksemate dooside korral (5 grei) on võimalik õigeaegse raviga surma vältida, kuid ilma ravita on ilmselt luuüdi ja seedekulgla kahjustus siiski surmav. Üldiselt on nii, et mida väiksemad on doosid ning mida suuremale ajale see doos langeb, seda paremini organism suudab ennast ise ravida. See aga ei välista hilisemat kõrvaltoimete avaldumist. Tagajärjed võivad ilmneda alles mitmekümne aasta pärast või isegi kiiritust saanud inimese lastel.
Kõige sagedasem ioniseeriva kiirguse tagajärg on vähk, mis avaldub alles aastaid hiljem. See on ka põhjus, miks noori inimesi püütakse rohkem säästa kiiritamise eest. Noortel inimestel on elu lõpuni rohkem aega ning seega jõuab kiirituse tagajärjel tekkinud mutatsioon areneda vähiks.
Radioaktiivne kiirgus suudab mutatsioone tekitada ka suguelundites, mistõttu võib sugurakkudes tekkinud muutuste tulemusena sugurakk edasi kanda pärilikke haigusi. Nende haiguste hulgas võib olla nii kergeid ainevahetushäireid kui ka vaimseid häireid ja varajast surma. Võimatu ei ole ka olukord, kus kiirgus põhjustab inimese steriilsuse ehk kaob võimalus laste saamiseks. Sarnaselt sugurakkude kiiritamisega on soovitatav vältida ka raseduse ajal radioaktiivse kiirguse saamist, eriti kõhupiirkonda. Kõige ohtlikum aeg emaüsas olevale lapsele on 8–15 nädalat pärast viljastumist. Selles ajavahemikus kiirituse saanutel on suurim alaarengu võimalus. Looteeas kiiritust saanud kuni 15-aastastel lastel on vähki haigestumise tõenäosus kaks korda suurem.
Siinjuures tuleb rõhutada, et kuigi väikeste dooside korral doosi suurenemine tõstab tõenäosust mingi haiguse avaldumiseks, siis selle raskusaste ei sõltu kiirituse käigus saadud energiakogusest.
Radioaktiivsuse mõõtmine Eestis.
Eesti Kiirguskeskus asutati 1. jaanuaril 1996. Selle mõtte käis välja juba 1994. aastal Andres Tarandi juhitav valitsus, kui oma korralduses anti Eesti Meteoroloogia ja Hüdroloogia Instituudile (EMHI-le) ülesanne luua kiirguskeskus. Keskus moodustati EMHI radioloogialaboratooriumist ning esimesteks ülesanneteks oli looduskiirguse seire Eesti riigi territooriumil, radioaktiivsete allikate käitlemise kontrollimine, suhtlemine Rahvusvahelise Aatomienergia Agentuuriga (IAEA), kiirgusalase informatsiooni levitamine jne. Hiljem lisandus veel mitteioniseeriva kiirguse (nähtav valgus, raadiosageduslik kiirgus jne) osakond.
Kiirguskeskus tegutses 2009. aasta veebruarini, mil see sai osaks Keskkonnaametist. Praegu jälgitakse õhus leiduvate osakeste radioaktiivsust ja üldist gammakiirguse taset, pinna-, mere- ja joogivee radioaktiivsust, Eestimaise toorpiima ja teiste toiduainete radioaktiivsust ning kiirgusohtlike piirkondade kiirgustaset. Proovides huvitavad Keskkonnaametit järgmised radionukliidid: triitium ehk üliraske vesinik, berüllium-7, kaalium-40, strontsium-90, tseesium-137, raadium-226 ja raadium-228.
Radioaktiivsus Eestis.
Eestis jääb loodusliku radioaktiivsuse doos aastas vahemikku 2–4 mSv ning sellest 60–70% moodustab radoon. Valdav osa radoonist pärit pinnasest ja ehitusmaterjalidest, kus see tekib uraani isotoopide lagunemise tulemusena. Ehitusmaterjalides eraldumine sõltub eelkõige materjali poorsusest ja lõhelisusest (pragudega ja poorsetes materjalides eraldub radoon paremini). Eestis kõige uraanirikkamad kohad on klindivööndis. Tavaliselt on uraanisisaldus vahemikus 0,9–5,1 mg/kg, kuid diktüoneemakildas 400–800 mg/kg. Tavalisest suurem uraanisisaldus on ka Lõuna-Eestis Devoni liivakivi tumeda savi ja aleuriidi vahekihtides ning tsirkooni sisaldavates kihtides (&lt;30 mg/kg).
Tekkivatest radooni isotoopidest on kõige pikema poolestusajaga (3,82 päeva) radoon-222 ning seetõttu omab see ka suuremat tähtsust (ülejäänud 2-l isotoobil poolestusaeg alla minuti). Radoon on õhust raskem gaas ning koguneb seetõttu pinnaselähedasse kihti. Radoon kiirgab nii alfa-, beeta- ja gammakiirgust (selle edasisel radioaktiivsel lagunemisel tekib stabiilne plii isotoop Pb-206). Seetõttu on Eestis kehtestatud piirmäär 200 Bq/m3, et piirata selle kahjulikku mõju. Välisõhu radoonisisaldus on vahemikus 3–20 Bq/m3, ühekorruseliste elamute siseõhus keskmiselt 92 Bq/m3, kuid äärmuslikel juhtudel 12 000 Bq/m3. Naaberriikides Soomes ja Rootsis on keskmine radoonisisaldus väiksem, vastavalt 84 ja 78 Bq/m3. Radoonisisaldust siseruumides on võimalik vähendada õhku ventileerides. Seevastu lõhed hoone seintes, vundamendis ja põrandas aitavad radoonil hoonetesse sisse tungida ning seega tõsta siseõhu radoonisisaldust.
Kambrium-vendi põhjavesi sisaldab tavapärasest enam raadiumi isotoope Ra-226 ning Ra-228, seega võib joogiveega saadav doos olla kuni 9 korda (0,9 mSv/a) suurem seadusandlusega soovitatud efektiivdoosist. Üldiselt jäävad toiduainete ja joogiveega saadavad doosid alla detekteerimisläve, v.a kaalium-40, mille aastane efektiivdoos jääb vahemikku 0,2–0,5 mSv. Kaalium-40 on üks levinumaid looduslik radionukliid.
Eelmise sajandi tuumakatastroof Tšornobõlis vallandas suuremas koguses radioaktiivseid aineid. Osa neist jõudis ka Eestisse. Tänapäevalgi on võimalik märgata Kirde-Eestis atmosfääris tavalisest tseesium-137 tasemest suuremat näitu.
Radoonisisalduse suhtes peaksid eriti ettevaatlikud olema suitsetajad. Kõrge radoonitase on Eestis teiseks kopsuvähi tekitajaks suitsetamise järel. Suitsetamine muudab organismi radooni suhtes tundlikumaks ning tõenäosus haigestuda kopsuvähki on suurem.