Radioactiviteit

Aan de ontdekking van, en het onderzoek naar, radioactiviteit hebben veel mensen hun naam verbonden. Enkele van de voornaamste zijn:

• Becquerel zag een verband tussen de door Röntgen ontdekte stralen en experimenten die hij eerder deed met kaliumuranylzouten.
• Pierre en Marie Curie noemden het verschijnsel radioactiviteit. Ze ontdekten dat er in uranium- en thoriumverbindingen andere stoffen zaten die er oorspronkelijk niet waren.
• Rutherford bestudeerde de straling die vrijkwam bij radioactiviteit en ontdekte dat er drie soorten van straling waren: alfa-, bèta- en gammastraling.
• Soddy gaf vervolgens met Rutherford de naam emanatie aan edelgassen die uit radioactieve stoffen kwamen en kwam tot het besluit van de radioactieve transformaties. Een derde zeer belangrijke ontdekking van Soddy was het bestaan van isotopen. Samen met Fajans beschreef hij vervolgens de drie natuurlijke vervalwegen.
• Irène Joliot-Curie ontdekte de kunstmatige radioactiviteit.

Radio-isotopen kunnen op een aantal verschillende manieren uiteenvallen. Al deze processen hebben gemeen dat het strikt eerste-ordeprocessen zijn, die volledig te beschrijven zijn door een halfwaarde- of halveringstijd. Het is zelfs zo dat de halfwaardetijden vrijwel niet door uitwendige processen te beïnvloeden zijn. De enige uitzondering is elektronenvangst. Daar zijn kleine verschillen mogelijk als gevolg van de verschillen in de golffunctie van het ingevangen elektron.

Radioactiviteit wordt uitgedrukt in becquerel (Bq). Als er van een stof 1 atoom per seconde vervalt (desintegreert) is die stof een radioactieve bron (stralingsbron) met een sterkte van 1 becquerel.

Eén Bq wordt ook wel 1 desintegratie per seconde (dps) genoemd. De fysische dimensie is die van s⁻¹, dezelfde dimensie als die van hertz.

Om wat duidelijkheid te verkrijgen over hoe klein of hoe groot een becquerel is: de minister van Volksgezondheid grijpt pas in als voedsel radioactiever is dan 600 becquerel per kilogram. De hoeveelheid natuurlijke radioactieve stoffen in het menselijk lichaam is zo'n 120 Bq/kg, voornamelijk als gevolg van kalium-40 en koolstof-14. De gemiddelde mens is dus een radioactieve bron van circa 8500 Bq.

Door een noodverordening naar aanleiding van de ramp bij de kerncentrale van Fukushima werden op 25 maart 2011 de stralingsnormen tijdelijk versoepeld. De verruiming gold voor producten uit Japan.[1][2] De limiet voor zuivelproducten werd verhoogd tot maximaal 1000 Bq/kg en die voor de meeste andere voedingsmiddelen tot 1250 Bq/kg. Voor visolie en specerijen was de limiet zelfs meer dan een factor 20 versoepeld tot 12.500 Bq/kg. Na protesten van Europarlementariërs gelden sinds 11 april 2011 voor voedingsmiddelen uit Japan dezelfde (hogere) normen zoals Japan die hanteert. In juni 2011 komt de Europese Commissie met een nieuw voorstel voor normen voor de maximale hoeveelheid radioactiviteit in voedsel, die dan voor alle voedingsmiddelen zouden gaan gelden, niet alleen die uit Japan.[3]

Met name binnen de olie-industrie, bijvoorbeeld bij metingen van de natuurlijke radioactiviteit van gesteenten of mineralen, wordt voor de mate van radioactiviteit meestal de gamma-ray-waarde gebruikt. Deze waardes zijn opgesteld door het American Petroleum Institute.

Elk atoom bestaat uit een positieve atoomkern en negatieve elektronen die daaromheen zwerven. Wanneer de elektronen samen net zo negatief zijn als de atoomkern positief is, is het atoom neutraal. Als er echter één of meerdere elektronen worden weggenomen, is het atoom niet meer neutraal. Het is dan een geladen deeltje, ook wel een ion genoemd.

Straling die in staat is een elektron van een atoom weg te schieten en het atoom daarmee achter te laten als ion, wordt daarom ioniserende straling genoemd. Op deze manier geïoniseerde atomen zijn in de regel zeer reactief en reageren met elk molecuul dat toevallig in de buurt is.

De straling die bij radioactiviteit wordt uitgezonden is ioniserende straling. Ze wordt soms radioactieve straling genoemd. Dit is feitelijk onjuist: de stof is radioactief, niet de straling.

Er zijn verschillende soorten ioniserende straling: alfa- (α), bèta- (β) en gammastraling (γ) zijn veel voorkomende vormen. Als er losse neutronen vrijkomen spreekt men van neutronenstraling.

De bij radioactiviteit vrijkomende straling kan chemische veranderingen veroorzaken in materie en dus ook in menselijke cellen. Het gaat dan om beschadiging van DNA-moleculen waardoor de erfelijke informatie wordt aangetast. Het lichaam zal proberen het beschadigde DNA te repareren. Er zijn dan feitelijk drie mogelijkheden: het herstel slaagt en de cel blijft functioneren zoals voordien, het herstel is foutief en de cel sterft of het herstel slaagt niet geheel, maar de cel overleeft toch. In het eerste geval is er dus geen effect. In het tweede geval is er sprake van een biologisch effect, van apoptose met celdood als gevolg. In het derde geval is er sprake van een mutatie van erfelijke eigenschappen van de cel.

Bij heel veel straling sterven veel cellen in korte tijd en kunnen er kortetermijneffecten optreden. Dit kunnen minder ernstige effecten zijn van tijdelijke aard, zoals roodheid van de huid. Dit gebeurt vaak bij kankerpatiënten die worden bestraald. Directe effecten van straling kunnen ook zeer ernstig zijn en in het ergste geval dodelijk. Dit gebeurt maar zelden, denk aan de reddingswerkers bij de kernramp van Tsjernobyl. De wetenschappelijke term hiervoor is deterministische effecten. Het optreden van het effect is gebonden aan een bepaalde drempeldosis. Beneden de drempeldosis treedt het effect niet op, boven de drempeldosis wel. De ernst van het effect neemt toe met de blootstelling. Er bestaan verschillende drempeldoses voor verschillende deterministische effecten.

Een mutatie van een cel kan gezondheidseffecten op de lange termijn tot gevolg hebben, met name kanker. Of dergelijke effecten optreden is min of meer een kwestie van toeval, de kans dat ze optreden neemt echter toe met de hoeveelheid straling waaraan men wordt blootgesteld, dus afhankelijk van de intensiteit van de straling en de duur van de blootstelling. Er bestaat onder de wetenschappers enige controverse over de vraag of er een "veilig" niveau van blootstelling bestaat, of dat iedere blootstelling aan ioniserende straling in principe schadelijk kan zijn. Daarom wordt uit voorzorg bij het werken met radioactiviteit altijd uitgegaan van een mogelijk nadelig effect, ook bij zeer lage doses.

Dat radioactiviteit tot tumoren kan leiden, werd het eerst ontdekt bij meisjes die horlogewijzers met lichtgevende verf (op basis van het radioactieve radium) beschilderden. Ze kregen tumoren aan de lippen, doordat ze hun penselen met de mond bevochtigden.[4]

De verschillende soorten straling hebben verschillende doordringende vermogens. Zo wordt alfastraling al tegengehouden door een vel papier, en ook bètastraling is gemakkelijk tegen te houden: een dun laagje metaal of normale kleding kan al voldoende zijn. Het grootste gevaar loopt men als de radioactieve stof het lichaam binnendringt. Om gammastraling tegen te houden zijn speciale maatregelen nodig: 6 centimeter lood, 10 centimeter ijzer of 33 centimeter beton houden ongeveer 95% van de door kobalt-60 veroorzaakte straling tegen. Bij een nucleaire aanval biedt dan ook zelfs een tank geen goede bescherming. De meeste voorzorgsmaatregelen zijn er op gericht om radioactieve stoffen buiten de beschermde (en afgesloten) omgeving te houden. Er worden joodtabletten geslikt om te voorkomen dat de schildklier de radioactieve isotoop ervan, jodium-131, opneemt. Om de schadelijkheid van de straling aan te geven is de becquerel minder geschikt, omdat die niets zegt over de opgenomen hoeveelheid straling. Hiervoor zijn andere eenheden zoals de rem of de sievert beter geschikt.

Radioactieve stoffen en ioniserende straling komen overal in de natuur voor. Deze radioactiviteit is meestal het gevolg van natuurlijke processen. Er komt straling uit de ruimte, uit de bodem, uit bouwmaterialen en zelfs in het menselijk lichaam zit een kleine hoeveelheid radioactiviteit.

Ioniserende straling kan nuttig worden toegepast, bijvoorbeeld bij:

• het meten van dichtheden van stoffen in procesinstallaties;
• het detecteren van roetdeeltjes in de lucht;
• niet-destructief onderzoek van belangrijke lassen;
• diagnostisch onderzoek van weefsels/vatenstelsels in het lichaam;
• de vernietiging door bestraling van kankercellen.

• Voorbeelden van radioactief verval van isotopen
• (en) IAEA. Live Chart of Nuclides.

Zie de categorie Radioactivity van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.