Produkty

Radioaktivita je proces rozpadu jader atomů, při kterém se atom jednoho prvku přeměňuje na jeden či více atomů prvku jiného. Vedlejším produktem rozpadu je pak ionizující záření, což jsou částice odnášející přebytečnou energii uvolněnou při rozpadu. Některé radioaktivní prvky se vyskytují běžně v přírodě, jako např. uran či radon. Ty mají na svědomí přírodní radioaktivitu, které jsme vystaveni po celý život. Pokud však člověk uměle vytvoří radiaktivní materiál, nazýváme takovou radiaci umělou.

Radioaktivní záření je proud částic vylétajících z materiálu, který podléhá radioaktivnímu rozpadu. Ne všechny materiály však vysílají stejné částice. Existují základní tři druhy záření:
Alfa, kde částicemi jsou jádra atomů helia a které je tak málo pronikavé, že jej zastaví i papír.
Beta, kde částicemi jsou elektrony či pozitrony a které zastaví tenká vrstva kovu.
Gama, kde částicemi jsou fotony a které lze zastavit jen silnou vrstvou olova či podobného materiálu.

Jádra atomů jsou složená ze dvou druhů částic: protonů a neutronů, kde počet protonů určuje, o jádro kterého prvku se jedná. Poměr počtu protonů a neutronů v jádře pak určuje, zda dojde k radiaktivní přeměně. Zjednodušeně můžeme říci, že pokud není prvek spokojený se svým počtem neutronů, tak je radioaktivní.

V běžném životě i ve vědě se do začátku dvacátého století zdálo, že se svět řídí newtonovskou mechanikou. To znamená, že tělesa mění svou polohu a rychlost podle toho, jak na ně působí síly. Mnoho velmi přesných experimentů však vedlo vědce k vytvoření jiného popisu světa – kvantové mechaniky. V kvantovém světě nemá smysl hovořit o rychlosti ani trajektorii, tak jak jsme na ně zvyklí. Oproti tomu zavádíme pravděpodobnost výskytu těles na různých místech. Například, pokud vezmeme kladně nabité jádro atomu a obklopíme jej záporně nabitými elektrony, systém se nechová jako analogie miniaturní sluneční soustavy. Elektrony nebudou kroužit kolem jádra po různých orbitách. Lepší způsob, jak si to představit, je jako oblak elektronů kolem jádra. Hustota oblaku nám určuje pravděpodobnost nalezení elektronu v daném místě.

Jádra radioaktivních atomů, ať už přírodních či umělých, se rozpadají na jádra jiných nuklidů (atomů s jinými počty částic v jádře) Mnoho takových rozpadů však vede k jádrům, která jsou též radioaktivní. V takovém případě se bude jádro rozpadat a rozpadat než se stane jádrem, které je stabilní. Tomuto procesu říkáme rozpadová řada. V mlžné komoře můžeme například pozorovat rozpad radonu-220 na polonium-216, které je tak nestabilní, že se skoro okamžitě rozpadá na olovo-212. Potom vidíme dvě alfa částice, jednu z každého rozpadu, jak vylétají ze skoro stejného místa. Rozpadová řada radonu pak pokračuje přes tři další rozpady až k finálnímu stabilnímu produktu, olovu-208.

Radioaktivní záření je sice všudypřítomné, ale pokud jsou mu organismy vystaveny v nadměrném množství, má nežádoucí účinky na jejich zdraví. Radioaktivní záření je tak dobrým služebníkem ale zlým pánem. Pokud chceme, radiaci využívat ku svému prospěchu, musíme zároveň zajistit bezpečnost všech osob i životního prostředí. Černobylská katastrofa nebyla pouhou souhrou náhod, ale především výrazným nedodržením bezpečnostních postupů, které se na provoz jaderné elektrárny vztahují. V případě dodržení všech postupů jsou jaderné elektrárny velmi bezpečným zdrojem elektrické energie, jak dokazují fungující elektrárny po celém světě.

PET = pozitronová emisní tomografie je diagnostická metoda založená na radioaktivním materiálu s krátkým poločasem rozpadu. Ten je vpraven do těla a koncentruje se v metabolicky aktivních tkáních jako např. rakovinných nádorech. Pokud pak detekujeme odkud částice záření vylétají, jsme schopni určit polohu nádoru. Protonová léčba je naopak léčebná metoda, při které se ozařuje nádor proudem protonů. Protony jsou využívány proto, že mají méně nežádoucích účinků než jiné formy záření.

Elementární částice jsou částice, které nemají žádnou vnitřní strukturu, tzn. že je nelze rozdělit na další podčástice. Dříve si vědci mysleli, že základními částicemi jsou proton, neutron, foton a elektron. Dnes už víme, že jen elektron a foton jsou elementárními částicemi a že proton a neutron jsou složeny z kvarků a gluonů. Také byly objeveny další elementární částice: mion, tauon, bosony W+, W- a Z0, Higgsův boson a neutrina. Všechny ostatní částice se pak skládají z těch elementárních.

Složené částice jsou složené z částic elementárních. Např. částice alfa je složená ze dvou protonů a dvou neutronů, kde každý proton i neutron se ještě skládají ze tří kvarků a gluonů.

Banány jsou potravinou velmi bohatou na draslík. Draslík je náhodou jedním z prvků, který vykazuje relativně vysokou radioaktivitu kvůli přírodnímu zastoupení izotopů. Draslík-40 je zvláštní tím, že může podléhat rozpadům gamma, beta+ i beta-. A právě záření beta+ je tvořené antihmotou, konkrétně positrony, což jsou antičástice elektronů. Nepodléhejte však panice, není v lidských silách zkonzumovat dostatek banánů, aby se projevil jakýkoliv účinek radioaktivity.

Radioaktivní záření k nám nepřichází jen z naší planety, ale i z vesmíru. Naštěstí ho většinu zachytí atmosféra či magnetické pole Země, čímž nás chrání před jeho nežádoucími účinky. Sekundární záření pak vzniká právě při interakci kosmického záření s molekulami vzduchu v atmosféře. Částice, kterou fyzici pojmenovali Oh-My-God (česky ó můj bože), byla částice zachycená detektorem kosmického záření v roce 1991. Své pojmenování si vysloužila, protože její energie byla mnohonásobně vyšší než energie kterékoliv jiné pozorované částice.

Standardní model je současný obecně přijímaný model částic a interakcí.
Lze si ho představit poměrně snadno. Rozdělme tedy částice standardního modelu do dvou pomyslných skupin – na cihly a maltu. Cihlemi rozumějme první skupinu částic, které tvoří látku a je z nich vybudován vesmír. Mezi částice látky patří kvarky a leptony. Maltu potom můžeme chápat jako druhou skupinu částic – nosiče sil. Jde o jakési pojivo, které udržuje objekty ve vesmíru pohromadě a je zodpovědné za jejich vzájemné interakce.
Standardní model obsahuje také Higgsův boson – částici, kterou vědci hledali přes půl století a objevili ji až v CERNu v roce 2013.
Standardní model částicové fyziky se zpočátku zdál jako konečnou teorií všeho, která dokáže vysvětlit veškerou fyziku. Stejně jako tomu bylo ve všech ostatních odvětvích fyziky i tato teorie narazila na situace, které nedokáže vysvětlit. To sice znamená, že není zcela správně, ale i tak je standardní model velmi užitečný a vytváří prostor pro další bádání.

Nejrychlejší částice, se kterými se lze setkat, jsou buď ty z kosmického záření nebo ty, které uměle urychlíme na urychlovačích částic. Jak předpověděla Speciální teorie relativity Alberta Einsteina, pozorovatelům takových částic se zdá, že částicím čas běží pomaleji. Částice nemají hodinky, ale pokud jsou nestabilní, můžeme pozorovat, za jak dlouho se taková částice rozpadne a porovnat to s částicí, která se nepohybuje. Pak zjistíme, že pohybující částice se rozpadají pomaleji, neboli jim běží čas pomaleji.

Prvek je radioaktivní, pokud není spokojený s počtem neutronů, které jsou v jeho jádře. Pokud tedy chceme radiaktivní prvek vytvořit, musíme mu “vnutit” nějaké neutrony či protony. Takové přeměně se říká transmutace a provádí se ozařováním materiálu radioaktivním zářením např.: částicemi alfa, protony či neutrony.

Při radioaktivním rozpadu se uvolňuje mnoho energie, kterou odnáší záření. Energii částic záření však neumíme využít přímo, takže jej necháme pohltit v materiálu, který se tím zahřívá. Následně teplo odvádíme, vypařujeme s ním vodu a následně vyrábíme elektřinu parní turbínou. Dá se říci, že jedná jen o uhelnou elektrárnu s jiným způsobem ohřevu vody.

Radioaktivnímu záření se též někdy říká ionizující záření. Tento název odkazuje na schopnost vytrhávat elektrony z molekul. Pokud k tomuto dojde, vzniká takzvaný volný radikál, což je velmi reaktivní druh molekuly. Volné radikály uvnitř buněk našeho těla pak mohou zreagovat s molekulami DNA, které nesou genetickou informaci. Buňky mají mnoho mechanismů, jak se s tím vypořádat, ale pokud takových zásahů je příliš, může dojít ke vzniku rakoviny či nemoci z ozáření.