Radiochimie aplicată - iradierea alimentelor

Radioactivitatea (lat. radius = rază, radiaţie) este un fenomen rezultat din dezintegrarea radioactivă a atomilor sau, mai bine zis, a nucleelor acestora, este procesul prin care nucleul unui atom se transformă spontan în altă specie de nucleu atomic. -specie de atomi - un izotop - care pot suferi dezintegrare radioactivă se numeşte izotop radioactiv. Radioactivitatea depinde fundamental de numărul de neutroni din nucleu, izotopii aceluiaşi element chimic comportându-se în general foarte diferit.

Transformarea este însoţită de obicei de expulzarea unor particule subatomice având viteză foarte mare, precum şi emiterea unor unde electromagnetice cu lungime de undă foarte mică. Radioactivitatea este un fenomen exoterm (produce eliberarea energiei către mediu).

I Principii de bază

1. Viteza dezintegrării

Dezintegrarea radioactivă este un fenomen spontan (se produce fără a fi provocat extern). Nu depinde de temperatură, presiune sau de combinaţia chimică în care apare atomul al cărui nucleu suferă dezintegrarea. Pe de altă parte, dezintegrarea este un fenomen aleator: nu se poate determina când se va dezintegra un anumit nucleu atomic, deşi pentru -populaţie mare de nuclee de un anumit tip se poate estima câte nuclee vor suferi dezintegrarea într-un anumit interval de timp.

Cantitatea de substanţă variază după -lege exponenţială: , unde:

• n0 este cantitatea iniţială de substanţă (dată ca masă sau ca număr de atomi),

• nt este cantitatea rămasă (dată sub aceeaşi formă),

• t este timpul scurs de la începutul experimentului,

• Δt este -mărime numită perioadă de înjumătăţire, specifică speciei de atomi, şi reprezintă timpul după care dintr--cantitate dată de substanţă radioactivă rămâne jumătate din cantitatea iniţială.

De remarcat că asta înseamnă că prin dezintegrare radioactivă -substanţă radioactivă nu dispare niciodată complet. Practic, după 100-200 de perioade de înjumătăţire dintr--cantitate egală cu masa Pământului ar rămâne un singur atom.

Timpul de înjumătăţire variază în limite foarte largi, de la fracţiuni de secundă până la miliarde de ani. Printre cele mai lungi perioade de înjumătăţire au Uraniu-238, Uraniu-235, Thorium-232 şi Kalium-40.

2. Radiaţiile emise

Există două tipuri de „radiaţii” emise cu ocazia dezintegrării radioactive:

• Particule subatomice. Acestea au primit iniţial nume de raze deoarece natura lor nu era cunoscută la început.

-nuclee de heliu (He2+) de mare viteză, numite şi raze α,

-electroni, numiţi şi raze β,

-pozitroni, numiţi şi raze β+,

-neutroni

• Unde electromagnetice de mare energie (frecvenţă mare sau, echivalent, lungime de undă mică), numite radiaţii (raze) gamma.

Toate aceste „radiaţii” au proprietatea de-a ioniza gazele prin care trec, făcându-le astfel conductoare electrice. Din acest motiv, aceste „radiaţii” se numesc radiaţii ionizante.

„Radiaţiile” α, β şi γ se deosebesc prin puterea de penetrare (distanţa pe care -pot parcurge într-un anumit mediu, până sunt absorbite complet). Razele α sunt cele mai rapide, dar sunt complet oprite în grosimea unei foi de hârtie obişnuită sau în cel mult -zecime de milimetru de aluminiu. În aer, distanţa maximă pe care -poate străbate nu depăşeşte 11cm. Razele β sunt mai puţin rapide, dar considerabil mai dure decât cele α, putând să străbată 2-3mm de aluminiu. În aer distanţa nu depăşeşte mai mult de 10-15m. În schimb razele γ sunt cele mai penetrante datorită puterii lor de ionizare foarte scăzută(procesele de interacţiune cu atomii substanţei prin care trec sunt foarte rare), neavând nici sarcină electrică şi nici masă. Razele γ pot străbate cu uşurinţă grosimi considerabile din ţesuturi animale şi vegetale, substanţe uşoare şi chiar câţiva centimetri din substanţe grele cum ar fi de exemplu plumbul. Datorită puterii lor mari de penetrare, mai mare chiar decât a razelor X descoperite de Röentgen, razele γ sunt folosite în aceleaşi scopuri ca cele dintâi. Astfel sunt folosite în medicină, sau la măsurarea unor obiecte metalice din exterior, fără să fie nevoie măcar desfacerea acestora, se poate face controlul unor piese de maşini fabricate în serie, se pot face cercetări geologice cu privire la zăcămintele de petrol şi multe altele.

Detectarea radiaţiilor se poate face pe mai multe căi:

• datorită efectului de ionizare, pot fi detectate cu electrometre sensibile; pe acest principiu funcţionează de exemplu detectorul Geiger-Müller;

• prin înnegrirea unei plăci fotografice

• cu ajutorul camerei cu ceaţă

3. Transformările suferite de nuclee

La cele mai multe tipuri de descompunere radioactivă, are loc -transformare a nucleului în nucleul altui atom:

• Dezintegrarea α produce un nucleu cu număr atomic cu 2 mai mic şi număr de masă cu 4 mai mic

• Dezintegrarea β produce un nucleu cu număr atomic cu 1 mai mare şi cu acelaşi număr de masă. La dezintegrarea β are loc transformarea unui neutron într-un proton şi un electron, electronul fiind expulzat ca rază β. Exemplu: tritiul (3H) se transformă în heliu 3 (3He), perioada de înjumătăţire fiind de 12,46 ani.