קרינה רדיואקטיבית, רדיואקטיביות

אבנים זרחניים

אָנְטוֹן הֶנְרִי בָּקַרֵל (Antoine Henri Becquerel)

נולד ב-15 לדצמבר 1852, בפריז, בירת צרפת. בתור דור שלישי למשפחת פיזיקאים, סיים בקרל לימודי תואר ראשון במדע בגיל 24. את עבודת התיזה שלו הוא ערך בתחום הקריסטלים ותכונתם להטמיע קרינת אור. הוא עסק גם בחקר תופעת הזרחנות. לאחר גילוייה של קרינת רנטגן, החליט בקרל לנסות קרינה זו במחקריו. בנוסף לכישורי המדע אותם ירש ממשפחתו, הוא גם קיבל את אוסף האבנים הזרחניים שאביו עסק בהם. בין אותם חומרים היו גם גבישי מלח מאורניום.

לקראת סוף שנת 1895 נתגלתה קרינת רנטגן על-ידי

וִילְהֶלְם קוֹנְרַאד רֶנְטְגֵן (Wilhelm Conrad Röntgen)

, מדען גרמני/הולנדי. הקרינה נוצרה תוך שימוש בשפופרת ריק קתודית. הקרינה עצמה נקלטה בדף צילום מיוחד, כאשר בתצלום נראים תוכנם של עצמים מוצקים. קרינה זו עוררה עניין רב בקרב שכבת המדענים באירופה. גם בקרל התעניין בקרינה זו. יותר מכל הוא היה מעוניין לגלות אם יוכל להשיג קרינה זו גם בדרך אחרת. הוא החליט לבדוק אם יוכל לגרום לפליטת קרינה מגבישים מיוחדים שהיו ברשותו באמצעות קרני השמש.

במקום להשתמש בשפופרת ריק קתודית חשף בקרל את האבנים הזרחניים שהיו ברשותו לקרני השמש. הוא גילה כי חשיפה של אותם גבישי מלח מאורניום לאור השמש בלבד אכן מאפשרת להם להקרין קרינה הנקלטת על משטח צילום. יתירה מכך, גם אם משטח הצילום אינו חשוף ואף מכוסה היטב עדיין נקלטה בו אותה קרינה. זו הייתה הפתעה קטנה.

בקרל נאלץ להשהות את המשך ניסוייו בגלל שמיים אפורים באחד מימי החורף של סוף חודש פברואר. הוא אחסן את הגבישים ואת לוחות הצילום העטופים במגירה אחת. לאחר יומיים-שלושה, כשפתח את המגירה, הוא הופתע לגלות כי למרות העדר קרני השמש הופצה קרינה מהגבישים והיא נקלטה היטב בלוחות הצילום המכוסים. משמעות הדבר היא כי אורניום הנו יסוד הפולט קרינה באופן טבעי מבלי להזדקק למקור אנרגיה חיצוני כמו קרני השמש. כלומר, אורניום הנו יסוד רדיואקטיבי המפיץ קרינה רדיואקטיבית (אם כי מושג הרדיואקטיביות ייטבע רק מאוחר יותר). זו הייתה הפתעה גדולה.

אך באותה תקופה מדעני אירופה היו שקועים בחקר התגלית המרעישה של רנטגן. רנטגן גילה כאמור קרינה חדשה החודרת מעבר לעצמים מוצקים ומאפשרת לצלם את תוכנם. תגליתו של בקרל, שבאה לאחר-מכן, על הקרינה הנפלטת באופן ספונטני מגבישי מלח מסוג אורניום לא תפסה עניין. המחשבה הייתה כי קרינת האורניום הינה למעשה קרינת רנטגן בצורה אחרת. מכיוון שקרינת האורניום הייתה חלשה יותר ומכיוון שאורניום היה קשה להשגה הועדף על כולם לעבוד ולחקור את קרינת קרני הרנטגן באמצעות שפופרת הריק הקתודית. בעזרת שפופרת הריק ניתן היה לייצר קרינה מסוגים שונים ובעוצמות שונות. תגליתו של בקרל נדחקה הצידה ונזנחה.

מארי ופייר קירי

מָרִיַה סְקלוֹדוֹבְסְקָה (Maria Sklodowska)

נולדה ב-7 לנובמבר 1867, בוורשה, בירת פולין. כינויה בילדותה היה מאניה. הוריה עבדו בהוראה אך לאחר דיכוי המרד הפולני על-ידי הרוסים נאלצו ההורים הפטריוטיים לפרוש ולהתפרנס מהשכרה. כדי לעזור בנטל כלכלת המשפחה עבדה מריה הקטנה בהשגחה ולימוד ילדים קטנים. למרות הצורך בפרנסה היא סיימה את לימודיה בהצלחה רבה. מריה עזבה את פולין מכיוון שלא היה מקובל בפולין של אותה תקופה שנשים ימשיכו ללימודים אקדמאיים. בגיל 24, בשנת 1891, היא הצטרפה לאחותה הגדולה שהוסמכה לרפואה בפריז ונישאה שם. בצרפת התקבלה מריה ללימודי פיזיקה ומתמטיקה בסורבון. היא נרשמה תחת שם פרטי חדש, מארי.

תקופת לימודיה הייתה קצרה יחסית, תוך שלוש שנים היא השלימה תואר בפיזיקה ומתמטיקה. מארי הקדישה כל כולה ללימודים בלבד. הכספי הקשה היה קשה ועקב כך תנאי מחיה לא קלים. היא שכרה עליית-גג קטנה בפאריז ונאלצה להסתפק במזון פשוט וסבלה מהקור בחורפים. למרות כל זאת, היא העריכה את החופש שניתן לה ללמוד מדעים, תחום אותו אהבה כל-כך והייתה מאושרת.

הצלחתה בלימודים השתלמה והיא קיבלה מלגה ועידוד לעריכת מחקר בתחום תכונת המגנטיות של סוגי ברזלים שונים. לשם עריכת הניסויים היא נזקקה לשירותי מעבדה. ל

פְּיֶיר קוּרִי (Pierre Curie)

הייתה מעבדה, פשוטה למדי, אך מספיק טובה לניסויים של מארי. כך הכירו השניים והידידות בינם הלכה והעמיקה. הם נישאו ביולי 1895.

לאחר עוד שנתיים מארי סיימה את עבודת המחקר בנושא מגנטיות. אז גם נולדה ביתם הראשונה. שלא כמצופה מאימא פולנייה האפשרות לזנוח את עולם המחקר המדעי לטובת גידול המשפחה המתרחבת לא עמד אצלה בכלל על הפרק. המדע הפך לחלק בלתי נפרד משני בני הזוג. אך הדאגה לטובת התינוקת החדשה ולרווחתה לא הרפתה מהם. הפיתרון נמצא בדמותו של אביו של פייר ששמח להשגיח ולטפל בנכדתו בזמן היעדרם של ההורים הצעירים. לאחר תקופה קצרה חיפשה מארי נושא לעבודת מחקר – דוקטורט. היא רצתה להמשיך בתחום המחקר המדעי באקדמיה.

מחסן בבית-ספר עירוני שימש כמקום למעבדה עבור מארי קירי. תחילה היא ניסתה תרכובות שונות המכילות אורניום בכמויות שונות ובמצבים שונים (מוצק, אבקה, תמיסה וכו'). ניסויים אלו הוכיחו שוב ושוב כי כמות הקרינה הנפלטת תלויה אך ורק בכמות האורניום ולא בשום דבר אחר. אגב ניסוייה היא גילתה חומר נוסף שפולט קרינה דומה גם הוא, ת'וריום. את הקרינה הנפלטת כינתה קרינה רדיואקטיבית שמשמעה קרינה פעילה למרחק (מיוונית: רדיו – מרחק ואקטיבי – פעיל). דבר מתגליות אלו לא הכין אותה לתגלית המפתיעה הבאה. קירי גילתה כי גוש עופרת שהכיל יסודות רבים מייצר כמות קרינה גדולה מאוד, הרבה יותר ממה שהושג בעזרת אורניום או ת'וריום בלבד. בני הזוג היו נרעשים כי ייתכן ובתוך גוש העופרת מתחבא בין כל מרכיביו יסוד חדש שלא היה ידוע עד כה והוא אחראי להפצת הקרינה הספונטאנית החזקה. כעת שני בני הזוג החלו יחד בעבודת מחקר בנושא. אחד אחד הם בידדו כל יסוד מגוש העופרת ובדקו אותו. בסופו של תהליך ארוך ומייגע הם מצאו כי הקרינה נפלטת משני יסודות חדשים שלא היו ידועים עד כה. יסוד אחד הם קראו על שמה של פולין, מולדתה האהובה של מארי, והוא נקראה פּוֹלוֹנְיוּם. את היסוד השני הם כינו רָדְיוּם, נגזר מהמילה הלטינית - קרן. אלו הם שני יסודות רדיואקטיביים נוספים.

בשנת 1903 זכו בני הזוג, יחד עם בקרל, בפרס נובל לפיזיקה.

קרינה רדיואקטיבית או רדיואקטיביות

את היסודות בטבע ניתן לחלק ליסודות "כבדים" וליסודות "קלים". יסוד יכונה "כבד" אם מספר הניוטרונים בו הוא גדול מאוד. למשל, אורניום המכיל 238 אטומים יכונה יסוד "כבד". יסוד המכיל מספר קטן של ניוטרונים יכונה כיסוד "קל". למשל, הליום המכיל רק שני ניוטרונים יכול בהחלט להיות מכונה יסוד "קל". מספר מצומצם של יסודות מבין היסודות ה"כבדים" הם גם בעלי מבנה לא יציב שמאפשר את התפרקותם בקלות יחסית ליסוד המכיל פחות חלקיקים תוך פליטת החלקיקים העודפים כקרינת חלקיקים או גלים. חומר המורכב מיסוד רדיואקטיבי נמצא תמידית בתהליך של התפרקות איטית של האטומים המרכיבים אותו ופולט קרינה רדיואקטיבית.

נזכיר שמבנה האטום כולל גרעין בו נמצאים הניוטרונים והפרוטונים (במספר שווה) וממעטפת הגרעין המכילה את האלקטרונים. הניוטרון הוא חלקיק נייטראלי מבחינה חשמלית. הפרוטון הוא חלקיק בעל מטען חשמלי חיובי והאלקטרון בעל מטען חשמלי שלילי. גם הניוטרונים וגם הפרוטונים מורכבים מחלקיקים קטנים יותר.

אטום של יסוד "כבד" מכיל מספר רב של ניוטרונים ופרוטונים בגרעינו ומספר רב של אלקטרונים במעטפת. הללו נפלטים בצורת קרינה רדיואקטיבית. נבחין בין שלושה סוגים שונים של קרינה רדיואקטיבית:

קרינת אלפא – זוהי פליטה של חלקיק אלפא. חלקיק אלפא מורכב משני זוגות של ניוטרון ופרוטון בכל זוג.
קרינת ביתא – זוהי על פי רוב פליטה של אלקטרונים בעלי מטען חשמלי שלילי, או במקרים פחות נפוצים של פוזיטרונים בעלי מטען חשמלי חיובי.
קרינת גמא – זוהי פליטה של קרני גמא. קרן גמא היא קרן אלקטרומגנטית רבת עוצמה.

הקרינה הרדיואקטיבית מסוכנת ביותר ליצורים חיים ועלולה לפגוע בבריאותם ולעלות להם אף בחייהם. במהלך הקרינה הרדיואקטיבית נפלטים חלקיקים שונים ואו קרינה אלקטרומגנטית חזקה. כל אלה עלולים בפוגעם בתא חי לגרום לשינוי בו ולהפיכתו לתא פגום ואף גרוע מכך לתא סרטני. תא סרטני הוא תא שמנגנון הריבוי העצמי שלו נפגע והוא מתרבה באופן בלתי מבוקר. התאים החדשים שנוצרים ממנו הם גם בעלי אותה תכונה של ריבוי בלתי נשלט ומתרבים בעצמם. תהליך הריבוי נמשך ומתקבל גידול סרטני בגוף היצור החי. בסופו של דבר החולה, באם לא ניתן להסיר את כל הגידול הסרטני, מת כשהגידול משתלט לו על מערכות חיים שונות בגופו.

תכונה זו של הקרינה הרדיואקטיבית מנוצלת לצרכים צבאיים ביצירת פצצות רדיואקטיביות. פצצות אלו יפלטו קרינה רדיואקטיבית ויקטלו חיים רבים מן האוייב.

ניתן להתגונן מהקרינה הרדיואקטיבית בעזרת מחסה העשוי מקירות בטון ועופרת העבים מספיק כדי לחסום את הקרינה.

איזוטופים

גם בקרינת אלפא וגם בקרינת ביתא עשוי מספר הפרוטונים שבגרעין האטום להשתנות. במקרה כזה הופך גרעין האטום של היסוד הרדיואקטיבי לגרעין של יסוד אחר.
גם בקרינת אלפא וגם בקרינת ביתא עשוי מספר הניטרונים שבגרעין האטום להשתנות. במקרה כזה הופך גרעין האטום עדיין נשאר משוייך לאותו יסוד רדיואקטיבי, אך מוגדר כאיזוטופ.

מספר מצומצם מהאיזוטופים הם רדיואקטיבים בעצמם ומכונים רדיואיזוטופים. שימוש נפוץ ברדיואיזוטופים הוא בשיטת תיארוך המכונה תיארוך רדיואקטיבי. ישנם חומרים רדיואקטיביים שמשך זמן דעיכתם יכול להימשך מפרק זמן של חלקיק שנייה ועד למיליוני שנים. פרק זמן של מחצית החיים מוגדר כפרק הזמן הנדרש לחומר להתפרק ולאבד מחצית ממסתו. בעזרת ידיעת זמן מחצית החיים של חומר והשוואתו מול חומר הנמצא בסלעים, למשל, ניתן לתארך את גיל הסלעים. באופן דומה ניתן לתארך עצמות ועצים.

שימוש נוסף של הקרינה הרדיואקטיבית הוא בעולם הרפואה. ניתן לתת לחולה כמות מועטה של חומר רדיואקטיבי ולעקוב אחרי פליטת הקרינה של החומר הרדיואקטיבי תוך שהוא נע בגופו של החולה, במערכת העיכול למשל. בעזרת הקרינה ניתן גם "להפגיז" תאים סרטניים ולהרוס אותם.





[ עמוד ראשי - המצאות | מתמטיקה קדומה | מספרים אי-רציונליים | משפט פיתגורס | גיאומטריה אוקלידית | אלגברה | התפתחות הסְפַרוֹת | משוואות קוביות וקווארדיות | מספרים מורכבים | לוגריתם | חשבון דיפרנציאלי ואינטגראלי | עיקרון הציפה | זכוכית מגדלת | משקפיים | מיקרוסקופ | טלסקופ | חוק סְנֵל | חוק בויל | חוקי התנועה | עיקרון ברנולי | שלושת חוקי התרמודינמיקה | טבלה מחזורית | מדידת מהירות האור | כוח לורנץ | קרינת רנטגן | טרנספורמצית לורנץ | תורת היחסות הפרטית | גילוי האטום | תורת היחסות הכללית | חשמל | חוק קולון | חוק אוהם | חוקי קירכהוף | נורת להט | מנוע קיטור | מנפה כותנה | מצלמה | מקרר | מזגן | מחשב | מכבש דפוס | כתב ברייל | טלגרף | טלפון | רדיו | טלוויזיה | כדור פורח | מצנח | רכבת | אופניים | מכונית | אווירון מדחף | מטוס סילון | אבק שריפה | תותח | רובה מוסקט | מרגמה | אקדח | מוקש | מקלע | רובה-מטען | הוביצר | תת-מקלע | רימון-יד | טנק | רובה-סער | פצצת אטום | תורת האבולוציה | פסטור | תיאוריית התורשה | פניצילין ]