Wat is radioactiviteit?

vervalketen van uranium

Radioactiviteit is het natuurlijke proces waarbij sommige atomen spontaan uit elkaar vallen in kleinere atomen. Dit proces kan men niet beïnvloeden: men kan het niet versnellen of vertragen. Bij dit proces komt hoog-energetische ioniserende straling vrij. Ioniserend wil zeggen dat de straling atomen kan omvormen tot ionen.

Dit vervalproces is onvoorspelbaar: men kan niet voorspellen wanneer een atoom uit elkaar zal vallen. Voor een grote groep atomen kan men echter wel vaststellen dat de groep atomen op een constant ritme vervallen. De snelheid waarmee de atomen vervallen is constant en wordt uitgedrukt als de halfwaardetijd: de tijd waarin de helft van de atomen van een bepaalde stof vervallen. Halfwaardetijden kunnen variëren van een fractie van een seconde tot enkele miljarden jaren.

Als een radioactief atoom uit elkaar valt wordt een of meer nieuwe atomen gevormd. Deze nieuwe atomen kunnen zelf ook weer radioactief zijn. Sommige vervalprocessen zijn echte ketens waarbij de radioactieve atomen elkaar opvolgen. Het verval van uranium 238 is hier een voorbeeld van (zie figuur: halfwaardetijd uranium 238 is 4,5 miljard jaar, uranium 238 vervalt door alfa-straling naar thorium 234 met een halfwaardetijd van 27 dagen, dat vervalt op zijn beurt via beta-straling naar protactinium 234, enz... ).

Soorten radioactieve straling

Radioactieve straling bestaat uit 3 verschillende vormen: alfa, beta of gamma straling.

Alfa straling

Alfa straling (α-straling) ontstaat als een radioactieve stof met atoomnummer x uiteenvalt uit een (zwaar) element met atoomnummer x-2 en een alfadeeltje dat bestaat uit 2 protonen en 2 neutronen.

Alfadeeltjes zijn in feite atoomkernen van het tweede element in de tabel van Mendeljev: het element Helium (He). Alfadeeltjes hebben geen electronen en zijn dus positief geladen (He2+).

Door deze lading zullen de alfa deeltjes proberen electronen aan te trekken van andere deeltjes (alle materie heeft namelijk de natuurlijke neiging elektrisch neutraal te worden). Het is op deze manier dat alfadeeltjes ioniserend zijn: ze vormen andere deeltjes om tot ionen (door er electronen van de onttrekken).

Alfa deeltjes zijn sterk ioniserend, maar kunnen gemakkelijk tegengehouden worden: 5cm lucht of een blad papier is een voldoende barrière tegen alfadeeltjes.

Beta straling

Als radioactieve atomen uit elkaar vallen kunnen ook beta stralen (β-straling) met een hoge energie en hoge snelheid vrijkomen. Er bestaan 2 vormen van beta-straling: β- en β+ stralen.

β- stralen ontstaan als een neutron in de atoomkern van een radioactieve stof uit elkaar valt uit een proton en een electron. Het electron wordt met hoge snelheid uitgestoten in de omgeving, waar het zich kan binden aan een atoom met de vorming van een ion tot gevolg.

β+ stralen zijn protonen die veranderen in neutronen. Daarbij wordt een positron uitgescheiden.

Een positron is een anti-electron: een deeltje antimaterie dat, als het in aanraking komt met een electron (zijn tegenpool), 'oplost' (men noemt dit annihilatie). Bij dit proces worden beide deeltjes omgezet in een gamma straal.

Beta straling is meer doordringend dan alfa-straling: het wordt tegengehouden door een aluminium plaat, dubbel glas of een bakstenen muur.

Gamma straling

Gamma straling (γ-straling) is een hoog-frequente (zeer korte golflengte) elektromagnetische straling. Een gamma straal bestaat - net als licht - uit een foton en kan ontstaan als een radioactief deeltje een α- of een β-deeltje heeft uitgescheiden. De nieuwe atoomkern bevindt zich dan op een (te) hoog energieniveau en keert naar een lager niveau door de overtollige energie uit te stralen onder de vorm van gamma straling. Radioactieve gamma-straling komt dus altijd voor samen met alfa- of beta-straling.

Gamma stralen zijn zeer doordringend en kunnen slechts tegengehouden worden door een loden plaat van soms tientallen centimeters dik.

Wat gebeurt er als een element vervalt?

Als een radioactief atoom vervalt wordt een of meer nieuwe atomen gevormd. Het/de nieuwe element(en) kunnen op zijn/hun beurt ook weer radioactief zijn ofwel stabiel zijn.

Koolstof 14 bijvoorbeeld vervalt tot een stabiel stikstof atoom. Het stikstof is niet meer radioactief en de radioactiviteit is dus verdwenen.
In het geval van uranium is het anders: Uranium vervalt naar een thorium atoom dat op zichzelf ook weer radioactief is en zelf vervalt in nog een ander radioactief deeltje.

Natuurlijk radioactiviteit

Radioactiviteit is geen menselijke uitvinding. Radioactieve stoffen komen in de natuur voor en iedereen komt er mee in contact. De belangrijkste radioactieve stof in de natuur is radon. Radonconcentraties verschillen van gebied tot gebied. Voor België heeft het overheidsorgaan FANC een interactieve kaart gepubliceerd. De radonconcentraties in Nederland behoren tot de laagste van Europa.

Op de website telerad kan de radioactiviteit per gemeente gevolgd worden.

Een andere belangrijke radioactieve stof in de natuur is uranium. Uranium is het element met de hoogste massa dat nog in de natuur aanwezig is. Plutonium, dat gebruikt wordt in kernbommen en als aandrijfmiddel voor ruimtetuigen, komt in de natuur zo goed als niet meer voor. De reden hiervoor is dat de halfwaardetijd van plutonium - 80 miljoen jaar - veel korter is dan de leeftijd van de aarde - 4,5 miljard jaar: zo goed als al het plutonium dat op aarde aanwezig was is al vervallen tot kleinere atomen. Plutonium dat gebruikt wordt in kernbommen of voor aandrijving van ruimtetuigen kan wel geproduceerd worden in een deeltjesversneller.